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

Низходящий и вверх дном обе стратегии обработка информации и упорядочение знаний, используемых в различных областях, включая программное обеспечение, гуманистические и научные теории (см. системность ), а также управления и организации. На практике их можно рассматривать как стиль мышления, обучения или лидерства.

А низходящий подход (также известный как пошаговый дизайн и пошаговое уточнение и в некоторых случаях используется как синоним разложение) по сути является разрушением системы, чтобы получить представление о ее композиционных подсистемах методом обратного проектирования. При нисходящем подходе формулируется обзор системы с указанием, но не подробным описанием подсистем первого уровня. Затем каждая подсистема уточняется еще более подробно, иногда на многих дополнительных уровнях подсистем, пока вся спецификация не будет сведена к базовым элементам. Нисходящая модель часто указывается 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.[1]

А вверх дном Подход - это соединение систем по кусочкам, чтобы порождать более сложные системы, тем самым делая исходные системы подсистемами возникающей системы. Восходящая обработка - это тип обработка информации на основе входящих данных из среды для формирования восприятие. С точки зрения когнитивной психологии информация попадает 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 правильно. При нисходящем подходе индивидуальная застежка может быть спроектирована таким образом, чтобы она правильно помещалась в принимающие компоненты.[2]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 Книга шаблонов дизайна Perl.

в процесс разработки программного обеспечения, то низходящий и вверх дном подходы играют ключевую роль.

Подходы сверху вниз делают упор на планирование и полное понимание системы. Само собой разумеется, что никакое 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 присоединения заглушек вместо модуля. Однако это задерживает тестирование основных функциональных блоков системы до завершения значительного проектирования.

Снизу вверх делается упор 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 кажется на первый взгляд. Возможность повторного использования кода является одним из основных преимуществ восходящего подхода.[3]

Нисходящий дизайн продвигался в 1970-х годах IBM исследователи Харлан Миллс и Никлаус Вирт. Миллс разработал структурное программирование концепции для практического использования и опробовали их в проекте 1969 года по автоматизации Газета "Нью-Йорк Таймс указатель морга. Успех в разработке и управлении этого проекта привел к распространению подхода «сверху вниз» в IBM и в остальной компьютерной индустрии. Среди других достижений Никлаус Вирт, разработчик Язык программирования Паскаль, написал влиятельную газету Разработка программы Пошаговое уточнение. Поскольку Никлаус Вирт продолжал разрабатывать такие языки, как Modula и Оберон (где можно было определить модуль до того, как узнать обо всей спецификации программы), можно сделать вывод, что нисходящее программирование не было строго тем, что он продвигал. Нисходящие методы были одобрены в программная инженерия до конца 1980-х,[3] и объектно-ориентированного программирования помогли продемонстрировать идею того, что можно использовать оба аспекта программирования сверху вниз и снизу вверх.

Современные подходы к проектированию 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 в 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 проектирования снизу вверх, потому что детали сначала создаются, а затем собираются, независимо от того, как они будут работать в сборке.

Нисходящий - 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 группа программирования 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. Определив, 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, не являющиеся частью целого, а затем складывать эти части вместе, чтобы сформировать сборки, такие как сборка с помощью Лего. Инженеры называют эту деталь конструкцией детали.

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

Парсинг

Парсинг - это процесс анализа входной последовательности (например, считанной из файла или с клавиатуры) с целью определения ее грамматической структуры. Этот метод используется при анализе как естественные языки и компьютерные языки, как в компилятор.

Анализ снизу вверх - это стратегия анализа неизвестных взаимосвязей данных, которая пытается сначала идентифицировать самые фундаментальные единицы, а затем вывести из них структуры более высокого порядка. С другой стороны, нисходящие парсеры выдвигают общие гипотезы. дерево синтаксического анализа структур, а затем рассмотрите, совместимы ли известные фундаментальные структуры с гипотезой. Увидеть Анализ сверху вниз и Анализ снизу вверх.

Нанотехнологии

Основная статья: Нанотехнологии

Низходящий и вверх дном два подхода к изготовлению изделий. Эти термины были впервые применены к области нанотехнологий Институт Форсайта в 1989 г., чтобы провести различие между молекулярным производством (массовое производство больших объектов атомарной точности) и традиционным производством (которое может массово производить большие объекты, не обладающие атомарной точностью). Подходы снизу вверх стремятся к меньшим (обычно молекулярный ) компоненты, построенные в более сложные сборки, в то время как нисходящие подходы направлены на создание наноразмерных устройств 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. Микрорельеф методы, такие как фотолитография и струйная печать принадлежат к этой категории. Обработку паром можно рассматривать как новый нисходящий вторичный подход к созданию наноструктур.[4]

В противоположность этому восходящие подходы используют химический свойства отдельных молекул заставлять компоненты одной молекулы (а) самоорганизовываться или самоорганизовываться в некую полезную конформацию или (б) полагаться на позиционную сборку. Эти подходы используют концепции молекулярная самосборка и / или молекулярное распознавание. Смотрите 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 нейробиология, когнитивная нейробиология и когнитивная психология чтобы обсудить поток информации в обработке.[5][страница нужна ] Обычно сенсорный ввод считается восходящим, и высшие когнитивные процессы, которые имеют больше информации из других источников, считаются «нисходящими». Восходящий процесс характеризуется отсутствием более высокого уровня направления сенсорной обработки, тогда как нисходящий процесс характеризуется высоким уровнем направления сенсорной обработки посредством большего познания, такого как цели или задачи (Beiderman, 19).[3]

Согласно учебным записям колледжа, написанным Чарльзом Рамсковым,[кто? ] Рок, Нейзер и Грегори утверждают, что подход сверху вниз предполагает восприятие, которое является активным и конструктивным процессом.[6][нужен лучший источник ] 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».[7]

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.[8][страница нужна ][нужен лучший источник ][9] Теоретический синтез также утверждает, что восходящая обработка происходит, «когда стимул представлен долго и достаточно четко».[7]

Когнитивно говоря, определенные когнитивные процессы, такие как быстрые реакции или быстрая визуальная идентификация, считаются восходящими процессами, поскольку они полагаются в первую очередь на сенсорную информацию, тогда как такие процессы, как мотор контроль и направленное внимание считаются нисходящими, потому что они целенаправленны. Говоря неврологически, некоторые области мозга, например, область V1 в основном имеют восходящие соединения.[7] Другие области, такие как веретенообразная извилина получают данные из высших областей мозга и считаются имеющими влияние сверху вниз.[10][нужен лучший источник ]

Изучение визуальное внимание дает пример. 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 бросается в глаза. 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.[11]

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.[12]

А "низходящий"подход - 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).[12]

А "вверх дном"подход к изменениям основан на низовые - от большого количества людей, работающих вместе, в результате чего решение возникает 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).[12]

Положительные стороны нисходящих подходов включают их эффективность и превосходный обзор более высоких уровней.[12] Также внешние эффекты могут быть интернализованы. С другой стороны, если реформы воспринимаются как навязываемые «сверху», нижним уровням может быть трудно их принять (например, Bresser-Pereira, Maravall и 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 необходимо внизу. Другие данные свидетельствуют о том, что существует третий комбинированный подход к изменениям (см. Stewart, Manges, Ward, 2015).[12]

Здравоохранение

И нисходящий, и восходящий подходы существуют в здравоохранение. Есть много примеров нисходящих программ, часто выполняемых правительствами или крупными межправительственные организации (МПО); многие из них связаны с конкретным заболеванием или проблемой, например ВИЧ контроль или Оспа Искоренение. Примеры восходящих программ включают множество небольших НПО, созданных для улучшения местного доступа к здравоохранению. Однако многие программы стремятся объединить оба подхода; например, уничтожение дракункулеза, международная программа по лечению одного заболевания, в настоящее время реализуемая Картер Центр участвовали в обучении многих местных добровольцев, повышении потенциала снизу вверх, равно как и международные программы по гигиене, санитарии и доступу к первичной медико-санитарной помощи.

Архитектура

Часто École des Beaux-Arts школа дизайна, как говорят, в первую очередь продвигала нисходящий дизайн, потому что она учила, что архитектурный дизайн должен начинаться с партия, чертеж основного плана всего проекта.[нужна цитата ]

Напротив, Баухаус сосредоточены на восходящем дизайне. Этот метод проявился в исследовании перевода небольших организационных систем в более крупный, более архитектурный масштаб (как с резьбой по дереву и дизайном мебели).

Экология

В экология, нисходящий контроль - это когда высший хищник контролирует структуру или динамику популяции экосистема. Взаимодействие между этими высшими хищниками и их добычей - вот что влияет на низшие трофические уровни. Изменения на верхнем уровне трофических уровней имеют обратный эффект на более низкие трофические уровни. Контроль сверху вниз может иметь негативные последствия для окружающей экосистемы, если количество хищников резко изменится. Классический пример: водоросли экосистемы. В таких экосистемах морские выдры площадь краеугольный камень хищник. Они охотятся на ежи которые в свою очередь едят ламинария. Когда выдры удаляют, популяции ежей растут и сокращают лес водорослей, создавая ежи пустоши. Это снижает разнообразие экосистемы в целом и может пагубно воздействовать на все другие организмы. Другими словами, такие экосистемы контролируются не продуктивностью ламинарии, а главным хищником. В этом примере можно увидеть обратный эффект, который имеет управление сверху вниз; когда популяция выдр уменьшалась, популяция ежей увеличивалась.


Восходящий контроль в экосистемах относится к экосистемам, в которых запас питательных веществ, продуктивность и тип первичные производители (растения и фитопланктон) контролируют структуру экосистемы. Если в экосистеме недостаточно ресурсов или производителей, для остальных животных в пищевой цепочке не остается энергии из-за биомагнификация и экологическая эффективность. 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.[13] Отражающее равновесие[14] происходит, когда существует взаимодействие между рассуждениями сверху вниз и снизу вверх до тех пор, пока они не достигнут гармонии. То есть, когда универсализированные 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 сочетания 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 на сайт)
  • Рамсков, Чарльз Б. (2008). Психологические заметки. Кендалл Хант Паблишинг. ISBN  978-0757548895.
  • Солсо, Роберт Л. (1998). Когнитивная психология (5-е изд.). Нидхэм-Хайтс, Массачусетс: Аллин и Бэкон. ISBN  978-0757548895.
  • Линам К. П., Ллопе М., Мёлльманн К., Хелауэ П., Бейлисс-Браун Г. А. и Стенсет Н. С. (2017). Взаимодействие между нисходящим и восходящим контролем в морских пищевых сетях.CS1 maint: несколько имен: список авторов (ссылка на сайт)

Цитаты и примечания

  1. ^ «Дизайн сверху вниз (введение в статистические вычисления)». bactra.org. 24 сентября 2012 г.. Получено 9 сентября, 2015.
  2. ^ Walczyk, Джеффри Дж .; Махони, Кевин Т .; Доверспайк, Деннис; Гриффит-Росс, Дайана А. (9 января 1997 г.). «Когнитивное обнаружение лжи: время отклика и последовательность ответов как сигналы обмана - Спрингер». Журнал бизнеса и психологии. 24: 33–49. Дои:10.1007 / s10869-009-9090-8. S2CID  143270100.
  3. ^ а б c "ШАГ: Скрипты: Внимание: Treisman и Gelade 1980". Step.psy.cmu.edu. 13 марта 2003 г. Архивировано с оригинал 14 сентября 2011 г.. Получено Двадцать первое октября, 2012.
  4. ^ Сагаи, Джабер; Фаллахзаде, Али; Saghaei, Tayebeh (июнь 2016 г.). «Обработка паром как новый метод усиления фототока УФ-фотоприемников на основе наностержней ZnO». Датчики и исполнительные механизмы A: физические. 247: 150–155. Дои:10.1016 / j.sna.2016.05.050.
  5. ^ Палмер (1981).[страница нужна ]
  6. ^ Рамсков (2008), с. 67.[нужен лучший источник ]
  7. ^ а б c «Классика истории психологии - Штруп (1935)». Psychclassics.asu.edu. 15 августа 1934 г. Архивировано из оригинал 19 января 2014 г.. Получено Двадцать первое октября, 2012.
  8. ^ Рамскова (2008).[страница нужна ][нужен лучший источник ]
  9. ^ Solso (1998), стр. 15.
  10. ^ Рамсков (2008), с. 81.[нужен лучший источник ]
  11. ^ Biederman, I .; Glass, A. L .; Стейси, Э. В. (1973). «Поиск предметов в сценах реального мира». Журнал экспериментальной психологии. 97 (1): 22–27. Дои:10,1037 / ч0033776. PMID  4704195.
  12. ^ а б c d е Стюарт, Грег Л .; Manges, Kirstin A .; Уорд, Марсия М. (2015). «Обеспечение постоянной безопасности пациентов». Журнал качества сестринского дела. 30 (3): 240–246. Дои:10.1097 / ncq.0000000000000103. PMID  25479238. S2CID  5613563.
  13. ^ "Природа морального рассуждения Стивена Коэна". 2004.
  14. ^ Ролз, Джон, Теория справедливости

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.
  • Дж. А. Эстес, М. Т. Тинкер, Т. М. Уильямс, Д. Ф. Доук "Хищничество косаток на морских выдрах, связывающих океанические и прибрежные экосистемы", Наука, 16 октября 1998 г .: Vol. 282. нет. 5388, с. 473 - 476
  • Malone, T. C .; Конли, Д. Дж .; Fisher, T. R .; Glibert, P.M .; Harding, L.W .; Селлнер, К. (1996). «Масштабы продуктивности фитопланктона, ограниченного питательными веществами, в Чесапикском заливе». Эстуарии. 19 (2): 371–385. Дои:10.2307/1352457. JSTOR  1352457. S2CID  84062438.
  • Галотти, К. (2008). Когнитивная психология: в лаборатории и за ее пределами. США: Уодсворт.
  • Гольдштейн, Э. (2010). Ощущение и восприятие. США: Уодсворт.
  • Biederman, I .; Glass, A. L .; Стейси, Э. У. (1973). «Поиск предметов в сценах реального мира». Журнал экспериментальной психологии. 97 (1): 22–27. Дои:10,1037 / ч0033776. PMID  4704195.
  • Стюарт, Г. Л .; Manges, K. A .; Уорд, М. М. (2015). «Обеспечение постоянной безопасности пациентов: преимущества сочетания подходов« сверху вниз »и« снизу вверх ». Журнал качества сестринского дела. 30 (3): 240–246. Дои:10.1097 / ncq.0000000000000103. PMID  25479238. S2CID  5613563.

внешние ссылки