Kontrollmodelle. 1 Der Begriff des Kontrollmodells. Lernziele dieses Moduls: Kennenlernen der Ziele der Kontrollmodellierung

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1 2005 Prof. Dr. Gerd Szwillus (Control Modelling-1) Kontrollmodelle Lernziele dieses Moduls: Kennenlernen der Ziele der Kontrollmodellierung Kennenlernen der wesentlichen Vertreter dieser Modellierungstechnik Nutzen und Rolle von Kontrollmodellen im Entwicklungsprozeß Diskussion der Fragen: o Was bedeutet Modellierung des Dialogs aus Sicht des Systems? o Was kann ein Kontrollmodell leisten und was nicht? o Was grenzt Kontrollmodelle von enutzerinteraktionsmodellen ab? 2005 Prof. Dr. Gerd Szwillus (Control Modelling-2) 1 Der egriff des Kontrollmodells Ziel: Modellierung des Systemverhaltens bei Eingaben des enutzers Schwerpunkt: Spezifikation der Zustandsübergänge, die der enutzer am System auslöst uch, aber zweitrangig: Spezifikation der usgaben an den enutzer Erschließen eines Entwurfsraums der Systemreaktionen, ohne direkt zu programmieren Hilfsmittel für den Programmierer (Spezifikationssprache) bstraktion von der genaueren, softwaretechnischen Umsetzung und den enutzeraufgaben Wichtige Techniken: Dialognetze nach Janssen Transitionsnetze (RTN = Recursive Transition Networks) Dialogue Specification Notation (DSN)

2 2005 Prof. Dr. Gerd Szwillus (Control Modelling-3) 2 nsätze der Kontrollmodellierung 2.1 Dialognetze nach Janssen 1 Ziel: eschreibung der groben Dialogabläufe (auf Fensterebene ) bfolgen von Fenstern aufgrund von enutzereingaben Öffnen von Teildialogen innerhalb von Fenstern Technik: Dialognetze sind "fast" Petrinetze (leichte Variation) mit folgender Interpretation: Stellen Fenster, Sicht Markierung einer Stelle Sichtbarkeit des Fensters, der Sicht Transitionen Eingabeereignis, Nebenbedingungen und ktionen 1 ) Christian Janssen präsentierte diese Notation erstmalig auf der Software-Ergonomie-Tagung 1993, remen, ohne ihr einen Namen zu geben 2005 Prof. Dr. Gerd Szwillus (Control Modelling-4) eispiel: Drücken des uttons "Dialog X" öffnet das Fenster "Fenster X" Fenster Y utton Dialog X Fenster X

3 2005 Prof. Dr. Gerd Szwillus (Control Modelling-5) Schaltregeln: (1) Transition kann schalten, wenn alle Eingangsstellen und keine usgangsstellen markiert sind. eim Schalten entmarkiert eine Transition alle Eingangsstellen und markiert alle usgangsstellen S1 T S4 S2 S3 S5 ktivierung: S1, S2 und S3 müssen markiert sein, S4 und S5 dürfen NICHT markiert sein. Schalten: S1, S2 und S3 werden entmarkiert; S4 und S5 werden markiert 2005 Prof. Dr. Gerd Szwillus (Control Modelling-6) (2) usgangsstellen, die auch Eingangsstelle derselben Transition sind und mit Doppelpfeil angebunden sind müssen markiert sein S1 T S4 S2 S3 S5 ktivierung: S2 und S3 müssen markiert sein, S4 darf NICHT markiert sein, S1 und S5 müssen markiert sein Schalten: S2 und S3 werden entmarkiert, S4 wird markiert, S1 und S5 bleiben markiert

4 2005 Prof. Dr. Gerd Szwillus (Control Modelling-7) (3) Zu eginn eines Dialogs schaltet eine besonders beschriftete Start-Transition ohne Eingangsstellen genau einmal Start T S1 S2 ktivierung: Nach Petrinetz-Regeln: ständig; in Janssen-Netzen: genau einmal zum eginn des Dialogs Schalten: S1 und S2 werden einmal markiert (Zeigen von Startfenstern) 2005 Prof. Dr. Gerd Szwillus (Control Modelling-8) eispiel (abstrakter Dialog ohne edingungen und ktionen): Start ngebot bearbeiten Kunden Kunden Nach Start des Dialogs erscheint ein Fenster zum earbeiten von ngeboten wählt man dort den Unterpunkt Kunden erscheint ein Fenster zum earbeiten von Kundendaten wobei das ngebotsfenster aktiv bleibt

5 2005 Prof. Dr. Gerd Szwillus (Control Modelling-9) Erweiterung mit edingung und ktion (der pplikation): Start ngebot bearbeiten Kundenname eingegeben Hole Kundendaten Kunden edingung ktion der pplikation Verfeinerung der Sicht durch ngabe von enutzereingaben und Reaktionen der pplikation Erweiterte Schaltregel: (1') Eine Transition schaltet nur, wenn die angegebenen edingungen erfüllt sind und die ktionen ausgeführt wurden 2005 Prof. Dr. Gerd Szwillus (Control Modelling-10) Login-Prozeß: Start ccounteingabe ccount eingegeben Passworteingabe enutzer hat akzeptiert Passwort eingegeben, CheckID (ccount, Passwort) = 0 Weise enutzer ab Passwort eingegeben, CheckID (ccount, Passwort) > 0 Melde enutzer an OK-Rückmeldung Fehlermeldung

6 2005 Prof. Dr. Gerd Szwillus (Control Modelling-11) Erweiterung um modale Stellen: Eine modale Stelle wird mit fettem Rand gezeichnet Fehlermeldung Verhaltensregel: Ist eine modale Stelle markiert, dürfen ausschließlich Transitionen schalten, die diese als Eingangsstelle haben Strukturregel: Zu jedem Zeitpunkt darf nur höchstens eine modale Stelle markiert sein Interpretation: Markieren einer modalen Stelle deaktiviert alle Eingabemöglichkeiten außer den Transitionen, die an der modalen Stelle angebunden sind Es entsteht ein modaler Subdialog 2005 Prof. Dr. Gerd Szwillus (Control Modelling-12) eispiel: Start ngebot bearbeiten Ende Kunden eenden Sicherheitsabfrage Nicht beenden Kunden

7 2005 Prof. Dr. Gerd Szwillus (Control Modelling-13) Problem: Lösung: ei eenden bleibt ein eventuell geöffnetes Kunden -Fenster geöffnet! Optionale Flußrelationen: Grundidee: Optionale Flußrelationen haben keinen Einfluß auf die ktivierung einer Transition, aber auf das Schalten! ei Eingangsstellen, also als Fluß Stelle Transition : ggf Entfernen der Marke ei usgangsstellen, also als Fluß Transition Stelle ggf. Markieren 2005 Prof. Dr. Gerd Szwillus (Control Modelling-14) Erweiterung des obigen eispiels: Start ngebot bearbeiten Ende Kunden eenden Sicherheitsabfrage Nicht beenden Kunden Schalten der Transition eenden entfernt eine evtl. vorhandene Marke aus Kunden das Kundenfenster wird geschlossen bzw.

8 2005 Prof. Dr. Gerd Szwillus (Control Modelling-15) Zusammenfassung (Vergleich mit den Zielen auf Seite Control Modelling-2): Janssen-Netze sind schwache Kontrollmodelle Modellierung des Teilaspekts Sichtenwechsel des Systemverhaltens bei Eingaben des enutzers Modellierte Zustandsübergänge = Wechsel der gezeigten Sichten Sehr abstrakte Modellierung (=welches Fenster?) der usgaben an den enutzer Erschließung des Entwurfsgegenstandes Sichtenwechsel, ohne Programmierung Jannssen-Netze sind fast noch enutzerinteraktionsmodell Sichten und Sichtwechsel sind eng verknüpft mit den ufgaben des enutzers Modellierte Zustandswechsel sind unmittelbar evident für den enutzer, nicht systemintern versteckt Grenzen von Jannssen-Netzen: Dynamisch viele Fenster (mehrere Dokumente, MDI = Multi Document Interface) Datenabhängige Zusammenhangsstrukturen von Fenstern (Komplexe Websites!) 2005 Prof. Dr. Gerd Szwillus (Control Modelling-16) 2.2 Transitionsnetze Ziel: Technik: eschreibung der feinen Dialogabläufe bfolgen von (textuellen) ntworten aufgrund von (textuellen) enutzereingaben eschreiben der Strukturierung der Eingaben eschreiben der genauen usgaben Einsatz des Konzeptes "endlicher utomat" zur eschreibung der Zustandsübergänge von enutzungsschnittstellen Grundprinzip: Graphische Notation eines endlichen utomaten pro Zustand ein Kreis pro Übergang ein Pfeil am Pfeil steht die Eingabe unter der der Übergang erfolgt als eschriftung: Im Zustand erfolgt unter Eingabe von x ein Übergang nach x

9 2005 Prof. Dr. Gerd Szwillus (Control Modelling-17) Doppelkreis = Startknoten unbeschrifteter Pfeil = Übergang mit anderer Eingabe als an allen anderen Pfeilen (analog otherwise in case-statements) x z y b D a C Übergänge: (, x), (, y) D, (, alles außer x und y) C (, egal) D (C, a) D (D, z) (C, b) lle anderen Übergänge: es passiert nichts Startzustand: 2005 Prof. Dr. Gerd Szwillus (Control Modelling-18) ezug zum formalen Kalkül endlicher utomat : = (X, S, s 0, Y, δ, λ) heißt endlicher utomat : (1) X ist eine endliche, nicht-leere Menge von Eingabezeichen (2) S ist eine endliche, nicht-leere Menge von Zuständen (3) s 0 S heißt Startzustand (4) Y ist eine endliche, nicht-leere Menge von usgabezeichen (5) δ : S X Y ist die Zustandsüberführungsfunktion (6) λ : S Y ist die usgabefunktion Grundidee: Zu jedem Zeitpunkt ist der utomat in genau einem Zustand s S und wartet auf eine Eingabe. m nfang ist der utomat im Startzustand s 0 Kommt nun eine Eingabe x X, dann wechselt der utomat in den Zustand δ (s, x) und gibt das Zeichen λ(δ(s, x) ) aus.

10 2005 Prof. Dr. Gerd Szwillus (Control Modelling-19) eispielautomat (s. Control Modelling-17) ohne usgabe: S = {,, C, D}, s 0 =, X = {a, b, x, y, z} S X δ(s, x) a C b C x y D z C a D b D x D y D z D C a D C b C x C C y C C z C D a D D b D D x D D y D D z 2005 Prof. Dr. Gerd Szwillus (Control Modelling-20) Spezifikation der usgabe Grundprinzip: Erreichen eines Knotens (Zustands) bewirkt eine usgabeoperation an den enutzer (Meldung, ganzer ildschirm, Teiländerung des ildschirms) Simpelster Fall: Meldung = Text z y D e x a C b : Guten Tag. Unsere ilderschau zeigt Ihnen bei Eingabe von x eine Landschaft y ein Portrait und beendet das Programm bei Eingabe von e : usgabe einer Landschaft Drücken Sie irgendeine Taste um auch das Portrait zu sehen E C: Entscheiden Sie sich: b eine Landschaft a ein Portrait D: usgabe eines Portraits Mit Eingabe von z zurück zum Menü E: Danke für Ihr Interesse

11 2005 Prof. Dr. Gerd Szwillus (Control Modelling-21) Resultat (usschnitt): Willkommen bei der ilderschau Weiter mit x=landschaft, y=portrait, e=ende Eingabe x Drücken Sie irgendeine Taste, um auch das Portrait zu sehen Einbeziehen von Eingaben in die usgabe: Konzept der Eingabevariablen: eschriftung eines Übergangs (einer Transition) mit einem Variablennamen Name Zuweisung des Eingabetextes an die Variable bei Durchlaufen des Übergangs nschließend Verwendung des Wertes wie eine Textkonstante : Wie heißen Sie? : Guten Tag,, Name,! 2005 Prof. Dr. Gerd Szwillus (Control Modelling-22) Komplexere Eingabeverarbeitung Prinzip: eschreibung verschiedener Tastatureingabetechniken gepuffert, ungepuffert (single-key transition) bbruch bei maximaler Länge Erkennen spezieller bbruchtasten (CTRL-C) Sonderfälle: Zeichen + an einer Transition = utonomer Übergang ohne Eingabe ("Epsilon-Übergang") x Zeitangabe an einer Transition (30 sec) = utonomer Übergang ohne Eingabe nach blauf der Zeit, falls keine andere enutzereingabe erfolgt + 5 sec. e b y D a C E

12 2005 Prof. Dr. Gerd Szwillus (Control Modelling-23) Semantische Einflüsse auf Zustandsüberführungsdiagramme Prinzip: Einbinden von ufrufen der pplikation ( ktionen ) in das Transitionsnetz Name ID=GetID(Name) : Wie heißen Sie? : Guten Tag,, Name,! Ihre ID ist:, ID 2005 Prof. Dr. Gerd Szwillus (Control Modelling-24) Ermöglichen von Rückwirkungen semantischer ktionen auf Zustandsübergänge + Name ID=GetID(Name) ID>0 ID=0 : Wie heißen Sie? +: Guten Tag,, Name,! Ihre ID ist:, ID -: Leider sind Sie nicht registriert! - chtung: b hier ist die nalogie zum formalen Konzept endlicher utomat zu Ende!

13 2005 Prof. Dr. Gerd Szwillus (Control Modelling-25) Wichtiges Grundprinzip bei Transitionsnetzen: Jeder einzelne Zustand der enutzungsschnittstelle wird explizit gezeichnet! (Größe der Spezifikation = nzahl der Zustände der enutzungsschnittstelle) Übergänge eines erreichten Zustands sind explizit ablesbar Hohe Zustandsanzahl nicht mehr bzw. kaum noch beherrschbar x Problembeispiel: nreichern eines gegebenen utomaten um folgende Hilfefunktion: In jedem Zustand (...D) kann man mit F1 zu einem globalen Hilfebildschirm springen mit ESC kommt man in den "eigentlichen Zustand" (...D) zurück + y D 5 sec. e a C b E 2005 Prof. Dr. Gerd Szwillus (Control Modelling-26) Effekt: Die Zustandszahl wird (fast) verdoppelt! H H ESC F1 ESC F1 x + 5 sec. e b HD ESC F1 y D a C ESC F1 HC E

14 2005 Prof. Dr. Gerd Szwillus (Control Modelling-27) Zusammenfassung (Vergleich mit den Zielen von Kontrollmodellierung): Modellierung der Zustandsübergänge bei Eingaben des enutzers Relativ genaue Spezifikation der usgaben an den enutzer modellierbar! Erschließen des Entwurfsraums der Systemreaktionen, ohne direkt zu programmieren Hilfsmittel für den Programmierer (Spezifikationssprache) Transitionsnetze haben ein klares unterliegendes formales Modell (endlicher utomat) Wohldefinierte usführungssemantik, ausführbares Modell Prototypbildung! Transitionsnetze sinnvoll bei "wenigen", diskret unterscheidbaren Zuständen Transitionsnetze sinnvoll für Modellweltschnittstellen? Nein, da nicht sinnvoll bei strukturell ähnlichen Zustandsübergängen mit "nur" großer nzahl (parallel sichtbare, manipulierbare Objekte, kein innerer Zusammenhang zwischen deren lokalen Zuständen)