Технологии Программирования
Структурное и объектно-ориентированное программирование
Разработка программного обеспечения (ПО) ЭВМ в настоящее
время осуществляется с использованием двух основных технологий — структурного (процедурного) программирования и объектноориентированного программирования (ООП).
Структурное программирование.
данная технология предполагает выполнение последовательности этапов разработки программ для решения задач с использованием ЭВМ.
1. Постановка задачи – формулирование задачи и целей ее решения на естественном языке и установление критериев решения
задачи. Результат этапа – техническое задание на разработку ПО.
2. Формализация задачи с использованием математического аппарата и получение ее абстрактной математической модели в виде
формул и уравнений.
3. Выбор численного метода из возможных вариантов с учетом
требований по времени и точности решения и занимаемого объема
памяти ЭВМ.
4. Алгоритмизация – построение общего плана решения, т. е. алгоритма задачи в виде логической последовательности этапов (шагов, действий, операций), приводящих от исходных данных к искомому результату за конечное время на языке понятном человеку.
Могут быть использованы различные способы представления алгоритма – словесный, графический (схемы алгоритмов), алгоритмический язык высокого уровня (ЯВУ). ЯВУ – формализованный язык
для описания данных и набор правил (инструкций, операторов) их
обработки для реализации алгоритма задачи. Типичные ЯВУ структурного программирования – Си, Паскаль.
5. Программирование – перевод алгоритма задачи на язык ЭВМ (систему команд), т.е. кодирование алгоритма. Процесс разработки программы делится на следующие этапы: 1) запись алгоритма на ЯВУ в
виде исходного файла в памяти (например, prog1.cpp); 2) компиляция и редактирование связей (объектный файл – prog1.obj); 3) загрузка программы в оперативную память (исполняемый файл – prog1.exe); 4) исполнение программы; 5) получение результатов программы.
6. Отладка программы – поиск и исправление ошибок в программе. Этот процесс разбивается на два этапа: 1) синтаксическая
отладка – исправление формальных ошибок, связанных с нарушением норм языка программирования, с помощью ЭВМ; 2) семантическая отладка – исправление логических (смысловых) ошибок с
применением специальных тестовых данных.
7. Исполнение (эксплуатация) программы с любыми допустимыми данными и получение результатов решения задачи.
8. Интерпретация результатов и поддержка программы в процессе эксплуатации – изменение программы в соответствии с требованиями пользователей, а также исправление ошибок, выявленных
в процессе ее эксплуатации.
Существование программы можно разделить на три периода: 1)
разработка (этапы 1–4); 2) реализация

ПРЕДИСЛОВИЕ
Хорошо известно, что эффективность реализации любых технических решений зачастую не может достигать ожидаемого уровня из-за отсутствия в достаточной степени развитой теоретической базы. Именно
это происходит в области создания современных нелинейных систем
автоматического управления как непрерывных, так и содержащих импульсные модуляторы различных типов (амплитудные, широтные и частотные). Вместе с тем системы управления такого рода нашли чрезвычайно широкое применение в системах управления роботов и манипуляторов, в станкостроении, в транспортной, авиационной, оборонной,
ракетостроительной и других отраслях промышленности.
Проблема синтеза нелинейных непрерывных и импульсных САУ высокого порядка, содержащих несколько нелинейных элементов, чрезвычайно сложна и многообразна. Она включает в себя как структурный,
так и параметрический синтез систем управления отмеченных классов
в рамках общепринятых критериев качества систем для регулярных и
для случайных сигналов и помех, для стационарных и нестационарных
САУ и т. п. При этом под критериями (показателями) качества систем
автоматического управления понимаются: устойчивость, перерегулирование, время переходного процесса, точность, быстродействие, робастность и т. д.
Современное состояние теории автоматического управления показывает, что успешного решения данной проблемы по всему комплексу
показателей качества и для всего многообразия систем с единых математических и методологических позиций не найдено. Поэтому предпринимаются довольно успешные попытки создания общих теоретических подходов по отдельным направлениям проблемы.
Все внимание в данной книге сосредоточено на разработке действенных универсальных методов, имеющих единую математическую и методологическую основу для параметрического синтеза нелинейных САУ
высокого порядка с различными видами модуляции. Синтез параметров
систем управления различных классов, содержащих в общем случае r
нелинейных элементов, характеристики которых допускают кусочнолинейную или степенную (алгебраическую) аппроксимацию, проводится
с целью обеспечения в системе заданных показателей качества переходного процесса: перерегулирования, колебательности, времени затухания при
безусловном обеспечении устойчивости и грубости САУ в пределах вариации искомых параметров и технических ограничений на их реализуемость.
В качестве математического аппарата для решения поставленной задачи
применяется обращение одного из прямых вариационных методов анализа – обобщенного метода Галеркина – на решение задачи синтеза. Следует отметить, что основы данного научного направления были заложены
работами И. А. Орурка. Значительный вклад в становление научного

6. ПРОСТРАНСТВЕННАЯ ФИЛЬТРАЦИЯ
6.1. Логические операции над бинарными изображениями
Являясь результатом процесса бинаризации полутоновых изображений, дискретные бинарные изображения в качестве возможных
значений яркости пикселей могут иметь только 0 и 1. В таком случае
яркостные помехи проявляются в виде одиночных светлых пикселей
в темных областях изображения и наоборот, а также в виде одиночных нарушений прямолинейных границ и утраченных угловых точек. Пример подобных нарушений исходного изображения приведен
на рис. 6.1.
Основная идея рассматриваемых далее методов обработки бинарных изображений состоит в определении логической функции, вычисляемой в окрестности текущего пикселя исходного изображения
в зависимости от пространственного расположения и значений пикселей данной окрестности, и в присвоении соответствующему пикселю результирующего изображения значения 0 или 1 как результата
вычисления логической функции.
Несомненно, что при увеличении размера окрестности существенно возрастают сложность логической функции и время обработки
изображения. Как следствие, анализ обычно производится в диапазоне восьми соседних с центральным пикселей, т. е. логическая функция строится для окрестности размером 3 ґ 3 пикселя, условные
обозначения которых примем следующими:

Следует отметить, что вид функции зависит от выбранной схемы
связности центрального и соседних пикселей с одинаковыми значениями, т. е. схема связности определяет, является ли центральный
пиксель изолированным. Восьмисвязная схема означает, что пиксель p предполагается связанным с любым из соседних пикселей, если

Исходное бинарное изображение
1 1
1 1 1 1
1 1 1 1 1 1
1 1 1 1

1

Результат обработки L3

1 1 1 1 1
1 1 1 1 1 1
1 1 1 1 1 1

1

1 1 1 1 1 1
1 1 1 1 1 1 1

1 1 1 1 1 1 1
1 1 1 1 1 1

1 1 1 1
1

1

1 1 1 1 1 1
1

Результат обработки L

1 1 1 1 1
1 1 1 1 1 1
1 1 1 1 1 1
1 1 1 1 1 1
1 1 1 1 1 1
1 1 1 1 1 1

4

Результат обработки L
5

1 1 1 1 1 1
1 1 1 1 1 1
1 1 1 1 1 1
1 1 1 1 1 1
1 1 1 1 1 1
1 1 1 1 1 1

Рис. 6.1. Применение логических фильтров для улучшения изображения
их значения совпадают. Четырехсвязная схема означает, что пиксель p проверяется на связанность только с пикселями b, d, e, g. Следовательно, при такой схеме связности, даже если значение пикселя
p совпадает со значением какого&либо из пикселей a, c, f или h, но
отличается от значений пикселей b, d, e, g, пиксель p считается изолированным.
Например, для восьмисвязной схемы логическая функция
L1= щp•(a•b•c•d•e•f•g•h)Ъp•(aЪbЪcЪdЪeЪfЪgЪh)
позволяет изменить значение пикселя p с 1 на 0 при условии, что в
его окрестности нет ни одного пикселя со значением 1, и с 0 на 1, если
все соседние пиксели имеют значение 1. В результате подавляются светлые и темные одиночные помехи. Здесь и далее условные обозначения
соответствуют общепринятым правилам при записи