Книга: Учебное пособие по курсу «Нейроинформатика»

Общий стандарт

Этот раздел содержит описание элементов стандарта, общих для всех компонентов нейрокомпьютера.

Стандарт типов данных

При описании запросов, структур данных, стандартов компонентов нейрокомпьютера необходимо использовать набор первичных типов данных. Поскольку в разных языках программирования типы данных называются по-разному, введем единый набор обозначений для них.

Таблица 1. Типы данных для всех компонентов нейрокомпьютера

Числовые типы данных integer, long и real предназначены для хранения различных чисел. Переменные числовых типов допускаются в языках описания всех компонентов нейрокомпьютера. При необходимости записать в один массив числовые переменные различного типа следует использовать функции приведения типов, описанные в разделе «Приведение типов»

Строка. Символьный тип данных предназначен для хранения комментариев, названий полей, имен сетей, оценок и другой текстовой информации. Все строковые переменные занимают 256 байт и могут включать в себя до 255 символов. Первый байт строки содержит длину строки. В переменных типа строка возможен доступ к любому символу как к элементу массива. При этом длина имеет индекс ноль, первый символ — 1 и т. д.

Указатель на строку. При передаче данных между компонентами сети и процедурами в пределах одного компонента удобно вместо строки передавать указатель на строку, поскольку указатель занимает всего четыре байта. Для этой цели служит тип указатель на строку.

Логический тип используется для хранения логических значений. Значение истина задается предопределенной константой true, значение ложь — false.

Массивы. В данном стандарте предусмотрены массивы четырех типов — логических, целочисленных, длинных целых и действительных переменных. Длины массивов определяются при описании, но все массивы переменных одного типа относятся к одному типу, в отличие от языков типа Паскаль. Использование функций приведения и преобразования типов позволяют получать из этих массивов структуры произвольной сложности. Элементы массивов всегда нумеруются с единицы.

Вне зависимости от типа массива нулевой элемент массива имеет тип Long и содержит длину массива в элементах. На рис. 1 приведена схема распределения памяти всех типов массивов, каждый из которых содержит шесть элементов.

Все массивы, как правило, используется только в пределах одного компонента. При передаче массивов между компонентами или между процедурами в пределах одного компонента используются указатели на массивы.

Адрес функции. Этот тип используется для передачи функции в качестве аргумента. Переменная типа functype занимает четыре байта и является адресом функции. В зависимости от реализации по этому адресу может лежать либо начало машинного кода функции, либо начало текста функции. В случае передачи текста функции первые восемь байт по переданному адресу содержат слово «function».

Отображаемый элемент. Переменные типа visual (отображаемый элемент) Служат для адресации отображаемых элементов в интерфейсных функциях. Тип значений зависит от реализации библиотеки интерфейсных функций и не может изменяться пользователем иначе, чем через вызов интерфейсной функции. Особо следует отметить, что библиотека интерфейсных функций не является частью ни одного из компонентов.

Переменные типа цвет и операции с цветами

Использование цветов позволяет гибко разбивать множества на подмножества. В нейрокомпьютере возникает необходимость в разбиении на подмножества (раскрашивании) задачника. В этом разделе описывается стандарт работы с переменными типа цвет.

Переменная типа цвет представляет собой двухбайтовое беззнаковое целое. Однако основное использование предполагает работу не как с целым числом, а как с совокупностью однобитных флагов. При записи на диск используется символьное представление двоичной записи числа с ведущими нулями и разбиением на четверки символом «.» (точка), предваряемая заглавной буквой «B» латинского алфавита, или символьное представление шестнадцатеричной записи числа с ведущими нулями, предваряемая заглавной буквой «H» латинского алфавита. В табл. 2 приведена нумерация флагов (бит) переменной типа Color, их шестнадцатеричное, десятичное и дво ичное значение. При использовании в учителе или других компонентах может возникнуть необходимость в присвоении некоторым из флагов или их комбинаций имен. На такое именование не накладывается никаких ограничений, хотя возможно будет выработан стандарт и на названия часто используемых цветов (масок, совокупностей флагов).

Таблица 2. Нумерация флагов (бит) переменной типа Color

Таблица 3. Предопределенные константы операций с переменными типа Цвет (Color)

В табл. 3 приведены операции с переменными типа Color. Первые пять операций могут использоваться только для сравнения переменных типа Color, а остальные четыре операции — для вычисления выражений типа Color.

В ряде запросов необходимо указать тип операции над цветом. Для передачи таких параметров используется переменная типа Integer. В качестве значений передается содержимое соответствующей ячейки столбца код табл. 3.

Приведение и преобразование типов

Есть два пути использовать переменную одного типа как переменную другого типа. Первый путь состоит в преобразовании значения к заданному типу. Так, для преобразования целочисленной переменной к действительному типу, достаточно просто присвоить переменной действительного типа целочисленное значение. С обратным преобразованием сложнее, поскольку не ясно что делать с дробной частью. В табл. 4 приведены все типы, которые можно преобразовать присваиванием переменной другого типа. В табл. 5 приведены все функции преобразования типов.

Таблица 4. Преобразование типов прямым присваиванием переменной значения выражения

Таблица 5. Функции преобразования типов

При вычислении числовых выражений действуют следующие правила преобразования типов:

1. Выражения вычисляются слева на право.

2. Если два операнда имеют один тип, то результат имеет тот же тип.

3. Если аргументы имеют разные типы, то выражение имеет старший из двух типов. Список числовых типов по убыванию старшинства: Real, Long, Integer.

4. Результат операции деления действительных чисел (операция «/») всегда имеет тип Real, вне зависимости от типов аргументов.

В отличие от преобразования типов приведение типов позволяет по-разному интерпретировать одну область памяти. Функция приведения типа применима только к переменным или элементам массива (преобразование типов применимо и к выражениям). Рекомендуется использовать приведение типов только для типов, имеющих одинаковую длину. Например, Integer и Color или Real и Long. Список функций приведения типов приведен в табл. 6.

Таблица 6. Функции приведения типов

Следующие примеры иллюстрируют использование преобразования и приведения типов:

При вычислении следующих четырех выражений, получаются различные результаты

4096 * 4096 = 0

Поскольку константа 4096 имеет тип Integer, а 4096 * 4096 = 16777216 = 256 * 65536, то есть младшие два байта результата равны нулю.

Long(4096 * 4096) = 0

Поскольку оба сомножителя имеет тип Integer, то и выражение имеет тип Integer. Следовательно, результат умножения равен нулю, который затем преобразуется к типу Long.

Long(4096) * 4096 = 16777216

Поскольку первый сомножитель имеет тип длинное целое, то и выражение имеет тип длинное целое.

4096.0 * 4096 = 1.677722E+7

Поскольку первый сомножитель имеет тип Real, то и выражение имеет тип Real. Из-за недостатка точности произошла потеря точности в седьмом знаке.

В следующем примере, используя приведение типов, в массив действительных чисел A размером в 66 элементов складываются: действительное число в первый элемент массива; длинное целое во второй элемент массива и символьную строку в элементы с 3 по 66.

A[1] = 1.677722E+7
TLong(A[2]) = 16777216
TString(A[3]) = ‘Пример приведения типов’

Необходимо отметить, что элементы массива A, начиная со второго, после выполнения приведенного выше фрагмента программы не рекомендуется использовать как действительные числа, поскольку элемент A[2] содержит значение 2.350988Е-38, а элемент A[5] — значение –4.577438Е-18. Значение элементов, начиная с A[8] (символьная строка ‘Пример приведения типов’ содержит 23 символа и занимает 24 байта, то есть шесть элементов массива) вообще не зависят от приведенного фрагмента программы и содержат «мусор», который там находился ранее.

В списке типов определены только одномерные массивы. Однако, при необходимости, возможно использование двумерных массивов. Для этого в одномерный массив A необходимо поместить указатели на одномерные массивы. При этом I,J-й элемент двумерного массива записывается в виде:

TPRealArray(A[I])^[J]

В этом примере использована функция приведения типов TPRealArray, указывающая, что I-й элемент массива A нужно интерпретировать как указатель на одномерный массив действительных чисел, и операция «^» указывающая, что вместо указателя на массив TPRealArray(A[I]) используется массив, на который он указывает.

Таким образом, использование функций приведения типов позволяет из одномерных массивов строить структуры произвольной сложности. В языках программирования, таких как C и Паскаль, существует возможность строить пользовательские типы данных. При разработке стандарта эти возможности были исключены, поскольку использование пользовательских типов, облегчая написание программ, сильно затрудняет разработку компилятора или интерпретатора, а при использовании этого языка для описания компонентов нейрокомпьютера необходимость в пользовательских типах данных возникает чрезвычайно редко. Например, при описании примеров всех компонентов, приведенных в данной работе, такая необходимость ни разу не возникла.

Оглавление книги