Дизайн сверху вниз и снизу вверх - Top-down and bottom-up design

Сверху вниз и снизу вверх - это стратегии обработки информации и упорядочения знаний, используемые в различных областях, включая программное обеспечение, гуманистические и научные теории (см. Системность ), а также управление и организацию. На практике их можно рассматривать как стиль мышления, обучения или лидерства.

Подход « сверху вниз» (также известный как пошаговое проектирование и пошаговое уточнение и в некоторых случаях используется как синоним декомпозиции ) - это, по сути, разрушение системы для понимания ее композиционных подсистем методом обратного проектирования. При нисходящем подходе формулируется обзор системы с указанием, но не подробным описанием подсистем первого уровня. Затем каждая подсистема уточняется еще более детально, иногда на многих дополнительных уровнях подсистем, пока вся спецификация не будет сведена к базовым элементам. Нисходящая модель часто определяется с помощью «черных ящиков», что упрощает манипулирование. Однако черные ящики могут не прояснить элементарные механизмы или быть достаточно подробными, чтобы реалистично подтвердить модель. Подход сверху вниз начинается с общей картины. Оттуда он распадается на более мелкие сегменты.

Подход снизу вверх - это соединение систем по кусочкам, чтобы порождать более сложные системы, тем самым делая исходные системы подсистемами возникающей системы. Обработка снизу вверх - это тип обработки информации, основанный на входящих данных из окружающей среды, для формирования восприятия . С точки зрения когнитивной психологии информация поступает в глаза в одном направлении (сенсорный ввод или «дно»), а затем превращается в изображение мозгом, которое может быть интерпретировано и распознано как восприятие (вывод, который «создается «от обработки до окончательного познания). При восходящем подходе сначала подробно описываются отдельные базовые элементы системы. Затем эти элементы связываются вместе, чтобы сформировать более крупные подсистемы, которые затем, в свою очередь, связаны, иногда на многих уровнях, до тех пор, пока не будет сформирована полная система верхнего уровня. Эта стратегия часто напоминает «семенную» модель, в которой начало невелико, но в конечном итоге становится все сложнее и полнее. Однако «органические стратегии» могут привести к путанице элементов и подсистем, разработанных изолированно и подлежащих локальной оптимизации, а не достижению глобальной цели.

Дизайн и разработка продукта

Основная статья: Разработка нового продукта

При проектировании и разработке новых продуктов дизайнеры и инженеры полагаются как на восходящий, так и на нисходящий подход. Подход снизу вверх используется, когда готовые или существующие компоненты выбираются и интегрируются в продукт. Примером может быть выбор конкретной застежки, такой как болт, и проектирование принимающих компонентов таким образом, чтобы застежка подходила должным образом. При нисходящем подходе индивидуальная застежка может быть спроектирована таким образом, чтобы она правильно входила в принимающие компоненты. С точки зрения перспективы, для продукта с более строгими требованиями (например, веса, геометрии, безопасности, окружающей среды и т. Д.), Такого как скафандр, используется более нисходящий подход, и почти все разрабатывается индивидуально.

Информатика

Разработка программного обеспечения

Часть этого раздела взята из книги Perl Design Patterns Book .

В процессе разработки программного обеспечения , то сверху вниз и снизу вверх подходы играют ключевую роль.

Подходы сверху вниз делают упор на планирование и полное понимание системы. Само собой разумеется, что кодирование не может начинаться до тех пор, пока не будет достигнут достаточный уровень детализации в проекте хотя бы какой-то части системы. Подходы сверху вниз реализованы путем прикрепления заглушек вместо модуля. Однако это задерживает тестирование основных функциональных блоков системы до завершения значительного проектирования.

Снизу вверх упор делается на кодирование и раннее тестирование, которое может начаться, как только будет определен первый модуль. Однако такой подход сопряжен с риском того, что модули могут быть закодированы без четкого представления о том, как они связаны с другими частями системы, и что такое связывание может оказаться не таким простым, как казалось на первый взгляд. Возможность повторного использования кода - одно из основных преимуществ восходящего подхода.

Нисходящий дизайн был продвинут в 1970-х годах исследователями IBM Харланом Миллсом и Никлаусом Виртом . Миллс разработал концепции структурированного программирования для практического использования и протестировал их в 1969 году в проекте автоматизации индекса морга New York Times . Успех этого проекта в области инженерии и управления привел к распространению подхода «сверху вниз» в IBM и в остальной компьютерной индустрии. Среди других достижений Никлаус Вирт, разработчик языка программирования Pascal , написал влиятельную статью Program Development by Stepwise Refinement . Поскольку Никлаус Вирт продолжал разрабатывать такие языки, как Modula и Oberon (где можно было определить модуль, не зная обо всей спецификации программы), можно сделать вывод, что программирование сверху вниз не было строго тем, что он продвигал. Нисходящие методы были предпочтительны в разработке программного обеспечения до конца 1980-х годов, и объектно-ориентированное программирование помогло продемонстрировать идею, что можно использовать оба аспекта программирования сверху вниз и снизу вверх.

Современные подходы к разработке программного обеспечения обычно сочетают в себе подходы сверху вниз и снизу вверх. Хотя понимание всей системы обычно считается необходимым для хорошего проектирования, что теоретически ведет к нисходящему подходу, большинство программных проектов пытаются до некоторой степени использовать существующий код. Существующие ранее модули придают дизайну «восходящий» оттенок. Некоторые подходы к проектированию также используют подход, при котором частично функциональная система разрабатывается и кодируется до завершения, а затем эта система расширяется для выполнения всех требований к проекту.

Программирование

Строительные блоки являются примером восходящего проектирования, потому что сначала создаются детали, а затем их собирают, независимо от того, как детали будут работать в сборке.

Сверху вниз - это стиль программирования, основа традиционных процедурных языков, в котором дизайн начинается с определения сложных частей, а затем их разделения на последовательно более мелкие части. Методика написания программы с использованием методов сверху вниз заключается в написании основной процедуры, которая называет все основные функции, которые ей потребуются. Позже команда программистов изучает требования каждой из этих функций, и процесс повторяется. Эти разделенные на части подпрограммы в конечном итоге будут выполнять действия настолько простыми, что их можно будет легко и лаконично закодировать. Когда все различные подпрограммы закодированы, программа готова к тестированию. Определяя, как приложение объединяется на высоком уровне, работа на более низком уровне может быть автономной. Определив, как абстракции нижнего уровня должны интегрироваться в абстракции более высокого уровня, интерфейсы становятся четко определенными.

При восходящем подходе сначала подробно описываются отдельные базовые элементы системы. Затем эти элементы связываются вместе, чтобы сформировать более крупные подсистемы, которые затем, в свою очередь, связаны, иногда на многих уровнях, до тех пор, пока не будет сформирована полная система верхнего уровня. Эта стратегия часто напоминает «семенную» модель, в которой начало невелико, но со временем становится все сложнее и полнее. Объектно-ориентированное программирование (ООП) - это парадигма, в которой «объекты» используются для разработки приложений и компьютерных программ. В машиностроении с помощью таких программ, как Pro / ENGINEER, Solidworks и Autodesk Inventor, пользователи могут проектировать продукты как части, а не части целого, а затем складывать эти части вместе, чтобы сформировать сборки, такие как сборка с помощью Lego . Инженеры называют эту деталь конструкцией детали.

При восходящем подходе необходима хорошая интуиция, чтобы решить, какие функции должен обеспечивать модуль. Если система должна быть построена на основе существующей системы, этот подход более подходит, поскольку он начинается с некоторых существующих модулей.

Парсинг

Синтаксический анализ - это процесс анализа входной последовательности (например, считанной из файла или с клавиатуры) с целью определения ее грамматической структуры. Этот метод используется при анализе как естественных языков, так и компьютерных языков , как в компиляторе .

Анализ снизу вверх - это стратегия анализа неизвестных взаимосвязей данных, которая пытается сначала идентифицировать наиболее фундаментальные единицы, а затем вывести из них структуры более высокого порядка. С другой стороны, нисходящие синтаксические анализаторы выдвигают гипотезу об общих структурах дерева синтаксического анализа, а затем рассматривают, совместимы ли известные фундаментальные структуры с этой гипотезой. См Нисходящий разбор и снизу вверх синтаксического анализа .

Нанотехнологии

Основная статья: Нанотехнологии

Сверху вниз и снизу вверх - два подхода к производству продуктов. Эти термины были впервые применены к области нанотехнологий Институтом предвидения в 1989 году, чтобы различать молекулярное производство (для массового производства больших объектов атомарной точности) и традиционное производство (которое может массово производить большие объекты, не обладающие атомарной точностью). . Подходы «снизу вверх» стремятся к созданию более мелких (обычно молекулярных ) компонентов в более сложные сборки, в то время как подходы «сверху вниз» стремятся создать устройства нанометрового размера с использованием более крупных, контролируемых извне устройств для управления их сборкой. Некоторые ценные наноструктуры, такие как кремниевые нанопроволоки , могут быть изготовлены с использованием любого подхода, при этом методы обработки выбираются на основе целевых приложений.

При подходе «сверху вниз» часто используются традиционные методы цеха или микротехнологии, когда инструменты с внешним управлением используются для резки, фрезерования и придания материалам желаемой формы и порядка. К этой категории относятся методы микротекстурирования , такие как фотолитография и струйная печать . Обработку паром можно рассматривать как новый нисходящий вторичный подход к созданию наноструктур.

Подходы «снизу вверх», напротив, используют химические свойства отдельных молекул, чтобы заставить компоненты одной молекулы (а) самоорганизовываться или самоорганизовываться в некоторую полезную конформацию, или (б) полагаться на позиционную сборку. Эти подходы используют концепции молекулярной самосборки и / или молекулярного распознавания . См. Также Супрамолекулярная химия . Такие восходящие подходы должны, в широком смысле, иметь возможность производить устройства параллельно и намного дешевле, чем нисходящие методы, но потенциально могут быть подавлены по мере увеличения размера и сложности желаемой сборки.

Неврология и психология

Пример нисходящей обработки: даже если вторая буква в каждом слове неоднозначна, нисходящая обработка позволяет легко устранить неоднозначность в зависимости от контекста.

Эти термины также используются в нейробиологии , когнитивной нейробиологии и когнитивной психологии для обсуждения потока информации при обработке. Обычно сенсорный ввод рассматривается «снизу вверх», а более высокие когнитивные процессы , которые получают больше информации из других источников, считаются «сверху вниз». Восходящий процесс характеризуется отсутствием направления более высокого уровня в сенсорной обработке, тогда как нисходящий процесс характеризуется высоким уровнем направления сенсорной обработки посредством большего познания, такого как цели или задачи (Бейдерман, 19).

Согласно инструкциям колледжа, написанным Чарльзом Рамсковым, Рок, Нейзер и Грегори утверждают, что подход «сверху вниз» предполагает восприятие, которое является активным и конструктивным процессом. Кроме того, это подход, который напрямую не задается входным стимулом, а является результатом взаимодействия стимула, внутренних гипотез и ожиданий. Согласно теоретическому синтезу, «когда стимул представлен коротко и ясность неясна, что дает неясный стимул, восприятие становится подходом сверху вниз».

И наоборот, психология определяет восходящую обработку как подход, при котором происходит переход от отдельных элементов к целому. По словам Рамскова, один из сторонников восходящего подхода, Гибсон, утверждает, что это процесс, который включает в себя зрительное восприятие, которому нужна информация, доступная от проксимального стимула, производимого дистальным стимулом. Теоретический синтез также утверждает, что восходящая обработка происходит, «когда стимул представлен долго и достаточно четко».

Когнитивно говоря, определенные когнитивные процессы, такие как быстрые реакции или быстрая визуальная идентификация, считаются восходящими процессами, потому что они полагаются в первую очередь на сенсорную информацию, тогда как такие процессы, как контроль моторики и направленное внимание , считаются нисходящими, поскольку они нацелены на достижение цели. Говоря неврологически, некоторые области мозга, такие как область V1, в основном имеют восходящие связи. Другие области, такие как веретенообразная извилина, получают входы из более высоких областей мозга и считаются имеющими влияние сверху вниз.

Примером может служить исследование зрительного внимания . Если ваше внимание привлекает цветок в поле, это может быть связано с тем, что цвет или форма цветка визуально выделяются. Информация, которая побудила вас обратить внимание на цветок, пришла к вам снизу вверх - ваше внимание не зависело от знания о цветке; внешнего стимула было достаточно. Сравните эту ситуацию с той, в которой вы ищете цветок. У вас есть представление о том, что вы ищете. Когда вы видите объект, который ищете, он становится заметным. Это пример использования информации сверху вниз.

В когнитивном плане различают два подхода к мышлению. «Сверху вниз» (или «большой кусок») стереотипно называют провидца или человека, который видит более широкую картину и обзор. Такие люди сосредотачиваются на общей картине и извлекают из нее детали, подтверждающие ее. Познание «снизу вверх» (или «небольшой кусок») похоже на сосредоточение внимания в первую очередь на деталях, а не на ландшафте. Выражение «видеть лес за деревьями» отсылает к двум стилям познания.

Управление и организация

В области управления и организации термины «сверху вниз» и «снизу вверх» используются для описания того, как принимаются решения и / или как реализуются изменения.

Подход « сверху вниз » - это когда руководитель, принимающий решения, или другое высшее лицо принимает решения о том, как что-то должно быть сделано. Этот подход распространяется под их руководством на более низкие уровни иерархии, которые в большей или меньшей степени связаны ими. Например, желая улучшить состояние больницы, администратор больницы может решить, что необходимы серьезные изменения (например, внедрение новой программы), а затем руководитель использует плановый подход, чтобы довести изменения до непосредственного персонала. (Стюарт, Манжес, Уорд, 2015).

Подход к изменениям « снизу вверх » - это подход, который работает на низовом уровне - от большого количества людей, работающих вместе, вызывая принятие решения в результате их совместного участия. Решение ряда активистов, студентов или жертв какого-либо инцидента принять меры является решением «снизу вверх». Подход снизу вверх можно рассматривать как «подход к постепенным изменениям, который представляет собой возникающий процесс, культивируемый и поддерживаемый в первую очередь работниками на переднем крае» (Stewart, Manges, Ward, 2015, p. 241).

Положительные стороны нисходящих подходов включают их эффективность и превосходный обзор более высоких уровней. Также могут быть интернализованы внешние эффекты. С отрицательной стороны, если реформы воспринимаются как навязываемые «сверху», нижним уровням может быть трудно их принять (например, Bresser-Pereira, Maravall, and Przeworski 1993). Факты свидетельствуют о том, что это верно независимо от содержания реформ (например, Dubois 2002). Подход снизу вверх позволяет проводить больше экспериментов и лучше понимать, что нужно внизу. Другие данные свидетельствуют о том, что существует третий комбинированный подход к изменениям (см. Stewart, Manges, Ward, 2015).

Здравоохранение

В общественном здравоохранении существуют как нисходящие, так и восходящие подходы . Есть много примеров нисходящих программ, часто выполняемых правительствами или крупными межправительственными организациями (МПО); многие из них связаны с конкретными заболеваниями или проблемами, например борьба с ВИЧ или искоренение оспы . Примеры восходящих программ включают множество небольших НПО, созданных для улучшения местного доступа к здравоохранению. Однако многие программы стремятся объединить оба подхода; например, борьба с дракункулезом , международная программа по борьбе с одним заболеванием, которая в настоящее время реализуется Центром Картера , включала обучение многих местных добровольцев, наращивание потенциала снизу вверх, равно как и международные программы по гигиене, санитарии и доступу к первичной медико-санитарной помощи. .

Архитектура

Часто École изящных искусств школа дизайна , как говорят, в первую очередь способствовало сверху вниз дизайн , потому что он учил , что архитектурный проект должен начинаться с Parti , основной план чертежа общего проекта.

Напротив, Баухаус сосредоточился на восходящем дизайне. Этот метод проявился в исследовании перевода небольших организационных систем в более крупный, более архитектурный масштаб (например, резьба по дереву и дизайн мебели).

Экология

В экологии контроль сверху вниз означает, что высший хищник контролирует структуру или популяционную динамику экосистемы . Взаимодействие между этими высшими хищниками и их добычей влияет на более низкие трофические уровни . Изменения верхнего уровня трофических уровней оказывают обратное влияние на нижние трофические уровни. Контроль сверху вниз может иметь негативные последствия для окружающей экосистемы, если количество хищников резко изменится. Классический пример - лесные экосистемы ламинарии . В таких экосистемах каланы являются ключевыми хищниками. Они охотятся на ежей, которые, в свою очередь, едят водоросли . Когда выдры удаляют, популяции ежей растут и сокращают лес водорослей, создавая пустоши для ежей . Это снижает разнообразие экосистемы в целом и может пагубно воздействовать на все другие организмы. Другими словами, такие экосистемы контролируются не продуктивностью ламинарии, а, скорее, высшим хищником. В этом примере можно увидеть обратный эффект нисходящего управления; когда популяция выдр уменьшалась, популяция ежей увеличивалась.

Восходящий контроль в экосистемах относится к экосистемам, в которых поставка питательных веществ, продуктивность и тип первичных продуцентов (растения и фитопланктон) контролируют структуру экосистемы. Если в экосистеме недостаточно ресурсов или производителей, остальным животным в пищевой цепочке не остается энергии из-за биомагнификации и экологической эффективности . Примером может служить то, как популяции планктона контролируются доступностью питательных веществ. Популяции планктона, как правило, выше и сложнее в районах, где апвеллинг выносит питательные вещества на поверхность.

Есть много разных примеров этих концепций. Популяции обычно подвергаются влиянию обоих типов контроля, и до сих пор ведутся споры о том, какой тип контроля влияет на пищевые сети в определенных экосистемах.

Философия и этика

Нисходящее рассуждение в этике - это когда рассуждающий начинает с абстрактных универсальных принципов, а затем доводит их до конкретных ситуаций. Рассуждение снизу вверх происходит, когда рассуждающий начинает с интуитивных конкретных ситуационных суждений, а затем приводит доводы до принципов. Рефлексивное равновесие возникает, когда существует взаимодействие между рассуждениями сверху вниз и снизу вверх до тех пор, пока они оба не будут в гармонии. Иными словами, когда универсальные абстрактные принципы рефлексивно обнаруживаются в равновесии с конкретными интуитивными суждениями. Процесс происходит, когда возникает когнитивный диссонанс, когда рассуждающие пытаются разрешить нисходящее рассуждение с помощью восходящего мышления и скорректировать одно или другое, пока они не будут удовлетворены, что нашли наилучшие комбинации принципов и ситуационных суждений.

Смотрите также

Цитированные ссылки

  • Палмер С.Е., Рош Э. и Чейз П. (1981). «Каноническая перспектива и восприятие предметов». В Лонг Дж. И Баддели А. (ред.). Внимание и производительность IX . Хиллсдейл, Нью-Джерси: L. Erlbaum Associates. С. 135–151. ISBN 978-0757548895.CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )
  • Рамсков, Чарльз Б. (2008). Заметки по психологии . Кендалл Хант Паблишинг. ISBN 978-0757548895.
  • Солсо, Роберт Л. (1998). Когнитивная психология (5-е изд.). Нидхэм-Хайтс, Массачусетс: Аллин и Бэкон. ISBN 978-0757548895.
  • Lynam CP, Llope M., Möllmann C., Helaouët P., Bayliss-Brown GA, & Stenseth NC (2017). Взаимодействие между нисходящим и восходящим контролем в морских пищевых сетях .CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )
  • Коэн, Стивен. (2004). Природа морального рассуждения . https://philpapers.org/rec/COHTNO

Цитаты и примечания

дальнейшее чтение

  • Луис Карлос Брессер-Перейра , Хосе Мария Мараваль и Адам Пржеворски, 1993. Экономические реформы в новых демократиях. Кембридж: Издательство Кембриджского университета. ISBN  1-55587-532-7 .
  • Дюбуа, Ханс Ф.В. 2002. Гармонизация европейской политики вакцинации и роль TQM и реинжиниринга. Управление качеством в здравоохранении 10 (2): 47–57.
  • JA Estes, MT Tinker, TM Williams, DF Doak "Хищничество косаток на морских выдрах, связывающих океанические и прибрежные экосистемы", Science , 16 октября 1998 г .: Vol. 282. нет. 5388, с. 473 - 476
  • Мэлоун, ТС; Конли, диджей; Фишер, TR; Глиберт, PM; Хардинг, LW; Селлнер, К.Г. (1996). «Весы продуктивности фитопланктона, ограниченного питательными веществами, в Чесапикском заливе». Эстуарии . 19 (2): 371–385. DOI : 10.2307 / 1352457 . JSTOR  1352457 . S2CID  84062438 .
  • Галотти, К. (2008). Когнитивная психология: в лаборатории и за ее пределами . США: Уодсворт.
  • Гольдштейн, Е.Б. (2010). Ощущение и восприятие . США: Уодсворт.
  • Biederman, I .; Стекло, АЛ; Стейси, EW (1973). «Поиск предметов в сценах реального мира». Журнал экспериментальной психологии . 97 (1): 22–27. DOI : 10.1037 / h0033776 . PMID  4704195 .
  • Стюарт, GL; Manges, KA; Уорд, ММ (2015). «Обеспечение постоянной безопасности пациентов: преимущества сочетания подходов« сверху вниз »и« снизу вверх ». Журнал качества сестринского дела . 30 (3): 240–246. DOI : 10.1097 / ncq.0000000000000103 . PMID  25479238 . S2CID  5613563 .

Внешние ссылки