Как системный подход помогает управлять городами

N+1Наука

Архитектура для жизни

Как системный подход помогает управлять городами

Богдан Сиротич

Все вокруг построено согласно определенной архитектуре: здания и города, печатные платы устройств и протоколы, по которым они подключаются к интернету — и даже карьера бывает подчинена корпоративной архитектуре. О чем бы мы ни говорили, структурный подход облегчает процесс работы и позволяет добиться лучшего результата. В материале, подготовленном вместе с компанией Huawei, N + 1 рассказывает, что за проблемы решает архитектурный подход в IT (и не только) и какой путь к сегодняшнему дню прошли умные системы управления городами.

Подход ко всему

Когда говорят об «архитектуре», в первую очередь на ум приходят города. Бывает, что решения архитекторов не лишены изъянов, но постройки становятся культовыми. Яркий пример — Пизанская башня. Иногда архитекторы забывают, что строят здания не в Minecraft, и тогда появляется что-то вроде отеля Вдара в Лас Вегасе, чьи изогнутые зеркальные стены превращают окрестные улицы в горящий ад. Порой архитекторов осеняют действительно интересные идеи — например, позволить пешеходам самостоятельно вытоптать тропинки, после чего замостить их, как это произошло в университете штата Огайо.

От архитектурных объектов требуется соответствовать назначению и приносить пользу, выдерживать нагрузки и быть эстетически приятными. В цифровом мире архитектура должна соответствовать тем же требованиям — разве что эстетическая красота заменяется понятностью и удобностью для пользователя.

Безусловно, можно написать программу для себя или небольшой коммерческий проект, вообще не обращая внимания на архитектуру. Однако при создании сложных систем необходимо учитывать тысячи параметров и обеспечивать взаимосвязь между множеством компонентов. Здесь не обойтись без четко прописанного плана, который описывал бы как состав компонентов, так и взаимодействие между ними. Таким планом и является архитектура системы. Это верно для любых сложных объектов и систем, создаваемых человеком — не зря целые книги посвящают архитектуре предприятий, процессоров и информационных систем, а Международная организация по стандартизации (ISO) выпустила отдельный стандарт ISO/IEC/IEEE 42010:2011 «Системная и программная инженерия. Описание архитектуры».

Кстати, согласно ISO, определение архитектуры звучит так: «Архитектура (системы) — фундаментальная организация системы, реализованная в ее компонентах, их взаимосвязях друг с другом и с окружающей средой, и руководящие правила проектирования и развития системы».

В вычислительных машинах архитектурный подход появился раньше, чем некоторые города на карте. Задолго до трудов фон Неймана в переписке его обсуждали Чарльз Бэббидж и Ада Лавлейс, которые вместе работали над несостоявшимся проектом аналитической машины — прообразом современного компьютера. Конрад Цузе описывал архитектурный подход при патентовании первой версии своей вычислительной машины Z1. Впрочем, архитектуры современных интеллектуальных систем имеют мало общего с этим механическим устройством.

Архитектурный подход к созданию ПО был сформирован гораздо позже. В конце 1960-х это сделал голландский математик и исследователь структурного программирования Эдсгер Дейкстра. Возникновение подобной инициативы было связано с ростом сложности задач, которые решались с помощью компьютеров, и необходимого для этого программного обеспечения.

Сегодня в большинстве случаев ПО создается по принципу экономии времени программиста. Тогда же время вычислительных машин стоило дороже времени программиста, не говоря уже о технических ограничениях ЭВМ середины прошлого века. В итоге разработчики не имели иного выхода, кроме жесткой оптимизации кода. Парадигма структурного программирования, предложенная Дейкстрой, имела своей целью не только повысить производительность труда программистов, но и сократить число ошибок при разработке, а также упростить дальнейшую отладку и модификацию больших программных комплексов.

Маленькие части большого целого

Каждый из компонентов объемного проекта в IT выполнен по собственной архитектуре: процессор, макетная плата, сетевое размещение, облачные вычисления и нейросети. Более того, для каждого из них существует не одна, а множество архитектур. От архитектора цифровой системы требуется сделать трудный, но правильный выбор.

Взять, к примеру, RISC и CISC архитектуры процессоров. Едва ли можно сказать, что одна лучше другой. CISC процессоры более производительны, поскольку несколько команд в них можно заменить одной аналогичной. Однако стоят они дороже и потребляют больше энергии, чем RISC процессоры, которые благодаря экономичности и более демократичной стоимости популярны в мобильных устройствах. Инженеру же необходимо понять, какая архитектура лучше подойдет его проекту.

Можно выделить три важнейших комплекса технологий, находящихся в основании современных интеллектуальных систем: программное обеспечение, нейросети и облачные технологии.

Архитектура ПО

Архитектура ПО во многом опирается на логические схемы, в которых рассматриваются элементы программ и связи между ними. При этом выбор архитектуры диктуют множество факторов: это и используемый язык программирования, и устройство, для которого создается приложение, и внешние взаимодействия приложения, например, подключения к базам данных и использование сторонних API. Но некоторые архитектуры вполне универсальны.

Например MVC, или Модель-Вид-Контроллер, в которой данные приложения, пользовательский интерфейс и управляющая логика размещены в разных компонентах, благодаря чему их можно модифицировать независимо. В свою очередь эти компоненты тоже имеют свою архитектуру.

Чем сложнее приложение и выше требования к эффективности работы ПО, тем на более мелкие части эти компоненты могут быть разбиты. Как и архитекторы университета штата Огайо, разработчики программного обеспечения смотрят на цифровые тропинки, протоптанные их пользователями, и в обновлениях учитывают пользовательский опыт, чтобы взаимодействие с программой было максимально быстрым и простым. Архитектура, такая как MVC, серьезно упрощает работу, ведь для изменения интерфейса достаточно изменить одну компоненту — Вид.

Архитектура нейросетей

В мире нейросетей новые архитектуры постоянно появляются в ответ на актуальные задачи. Понятие нейросети было введено в 1943 году Мак-Каллоком и Питтсом и относилось к задаче формализации человеческого мозга.

Авторизуйтесь, чтобы продолжить чтение. Это быстро и бесплатно.

Регистрируясь, я принимаю условия использования

Рекомендуемые статьи

Макаки сложили цифры в двух рукавах лабиринта и выбрали оптимальный маршрут Макаки сложили цифры в двух рукавах лабиринта и выбрали оптимальный маршрут

Ученые научили макак перемещаться по компьютерному лабиринту

N+1
Необычные секс-традиции Древней Индии Необычные секс-традиции Древней Индии

Кое-что из этого индусы практикуют до сих пор…

Maxim
Японцы сделали робоверсию ожившего трехногого стула из аниме Японцы сделали робоверсию ожившего трехногого стула из аниме

Инженеры воспроизвели оживший стул без одной ноги и научили его ходить

N+1
Как две капли воды: топ-10 звездных мам и их маленьких копий Как две капли воды: топ-10 звездных мам и их маленьких копий

Очаровательные дочки знаменитых мам, которые похожи на них как две капли воды

Cosmopolitan
Секс, Кафка и атомная бомба. О чем может рассказать аниме Секс, Кафка и атомная бомба. О чем может рассказать аниме

Четыре фильма, которые изменят ваши представления об аниме

СНОБ
Таруса, или куда поехать на выходные Таруса, или куда поехать на выходные

Таруса: так близко и так далеко одновременно

Seasons of life
Виллами по воде Виллами по воде

В ближайшем будущем плавучие дома в России будут узаконены

Robb Report
Страстная любовь, измены и разводы: драмы звезд сериала «Моя прекрасная няня» Страстная любовь, измены и разводы: драмы звезд сериала «Моя прекрасная няня»

Как сложилась жизнь Анастасии Заворотнюк, Сергея Жигунова, Ольги Прокофьевой

Cosmopolitan
Low and slow Low and slow

Российское барбекю с техасским акцентом

Bones
Удоды охладели к самкам с насыщенно раскрашенными яйцами Удоды охладели к самкам с насыщенно раскрашенными яйцами

Окраска яиц удодов оказалась признаком, связанным с шансами на появление птенцов

N+1
Хватит ходить с суровым лицом: 7 способов находить причину улыбнуться каждый день Хватит ходить с суровым лицом: 7 способов находить причину улыбнуться каждый день

Отличная профилактика от дурного настроения

Playboy
Как я живу на 130 тысяч в месяц: история программистки из Ростова-на-Дону Как я живу на 130 тысяч в месяц: история программистки из Ростова-на-Дону

Как живет ростовская программистка с бюджетом 130 тысяч в месяц

Cosmopolitan
Склонность собак к агрессии связали с породой и опытом владельца Склонность собак к агрессии связали с породой и опытом владельца

Самыми агрессивными оказались пугливые маленькие единственные в семье собаки

N+1
Термогенетика помогла покрутить мышей ультразвуком Термогенетика помогла покрутить мышей ультразвуком

Ученые разработали метод стимуляции глубоких нейронов с ультразвуком

N+1
И себе, и людям И себе, и людям

Что такое социальное предпринимательство в России?

Harper's Bazaar
Враг на тарелке Враг на тарелке

Большое количество красного мяса в рационе может менять структуру сердца

Здоровье
Как взяли Паулюса Как взяли Паулюса

Отрывок из книги Олега Будницкого «Люди на Войне»

СНОБ
Образец для поражения Образец для поражения

О сериале «Холстон», его герое и его создателе

Weekend
«У меня была жуткая истерика»: история болезни, о которой не знали даже врачи «У меня была жуткая истерика»: история болезни, о которой не знали даже врачи

Дарье пришлось пройти многих врачей прежде, чем ей поставили правильный диагноз

Cosmopolitan
Резервы ФСИН: почему труд заключенных не поможет решить проблему нехватки кадров Резервы ФСИН: почему труд заключенных не поможет решить проблему нехватки кадров

Труд заключенных не слишком нужен бизнесу

Forbes
Сергей Лукьяненко: Предел Сергей Лукьяненко: Предел

Отрывок из новой книги Сергея Лукьяненко «Предел», продолжения романа «Порог»

СНОБ
«Влияние Илона не будет вечным». Виталик Бутерин дал интервью после обвала биткоина «Влияние Илона не будет вечным». Виталик Бутерин дал интервью после обвала биткоина

Создатель криптовалюты Ethereum Виталик Бутерин дал интервью

Inc.
Союз нерушимый Союз нерушимый

Кто и как превратил студию «Союзмультфильм» в модный бренд

GQ
Анна Матвеева: Весна, Света! Анна Матвеева: Весна, Света!

Рассказ «Весна, Света!» из новой книги Анны Матвеевой

СНОБ
Эксперимент: можно ли стирать кроссовки в стиральной машине Эксперимент: можно ли стирать кроссовки в стиральной машине

Можно ли постирать обувь в стиральной машине

CHIP
Вспомнить все: современная дача в усадебном стиле Вспомнить все: современная дача в усадебном стиле

Дореволюционная дача, построенная всего тринадцать лет назад в 30 км от Москвы

Seasons of life
Новый звездолет Илона Маска – изнутри и снаружи Новый звездолет Илона Маска – изнутри и снаружи

Starship будет способен доставить на Марс до 100 человек за раз

Naked Science
Высокий дух Нижнего Высокий дух Нижнего

Нижний Новгород является одним из главных центров русской православной культуры

Дилетант
Хозяйка поместила своего рыжего кота на известные картины: он как будто всегда там был Хозяйка поместила своего рыжего кота на известные картины: он как будто всегда там был

Россиянка добавила своего рыжего кота Заратустру на знаменитые картины

Playboy
Битва при Карансебеше. Австрийская трагикомедия Битва при Карансебеше. Австрийская трагикомедия

Иосиф II так спешил разбить османов, что в итоге разбил свою собственную армию

Дилетант
Открыть в приложении