1. Einführung

In den vorausgehenden Vorlesungen wurden alle wichtigen Ausdrucksmittel der Programmiersprache C eingeführt. In den verbleibenden Vorlesungen sollen diese Sprachmittel nun dazu benutzt werden, um eine kleine Problemstellung im Rahmen eines kleinen Projektes anzuwenden.

Welche Elemente ein Softwareprojekt charakterisieren, ist schon im Rahmen der Vorlesung VL5 'Künstliche Intelligenz' und 'Vernetztes Haus' als Informatik-Projekte, unter dem Punkt 2: Themen als Softwareprojekte kurz beschrieben worden.

Im Folgenden wird beispielhaft ein einfaches Lastenheft für ein kleines Projekt formuliert.

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2. Lastenheft für EARTHSIMULATOR1

Im Lastenheft sollen 'von aussen nach innen' vorgehend die Anforderungen (:= SOLL) an das zukünftige Softwareprodukt beschrieben werden. Wir folgen dabei dem Schema von [BALZERT 2001: 62f]:

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3. Systemanalyse: Rahmenannahmen

Es wird jetzt hier in einer vereinfachten Form eine mögliche Struktur des Simulators skizziert. Diese vorgestellte Struktur ist weder die einzig mögliche noch die 'beste'. Ferner ist sie sehr idealisierend. Sie soll als Ausgangspunkt für die weitere Diskussion dienen.

Im Simulationsmodell EARTHSIMULATOR1 -im folgenden einfach nur 'Modell' genannt- wird angenommen, dass die Erde ('earth') aus einer Menge von Ländern ('countries') besteht. Jedes Land wiederum wird verstanden als eine Menge von Eigenschaften ('properties'), zwischen denen unterschiedliche funktionale Beziehungen angenommen werden.

Übergreifend wird eine Weltzeit ('world time') angenommen, die in Zyklen von 1 Jahr gemessen wird. Im Übergang von einem Jahr t zum Folgejahr t'=t+1 werden Veränderungen in der Welt berechnet und angezeigt.

Wichtige Grössen und funktionale Beziehungen des EARTHSIM1 für ein einzelnes Land im Überblick

Zu Beginn wird im Bereich eines Landes zwischen den folgenden Grössen unterschieden:

1. Bevölkerung ('population') [POP]: ein Land hat eine Bevölkerung, die in Millionen Einwohnern gemessen wird.




2. Rentenkasse ('pension fond') [RK]: die Menge aller Gelder, die für Rentenzahlungen im Rentenalter für ehemals Beschäftigte verwendet werden.




3. Rentenkassenersatz für Selbständige('pension fond substitution') [XRA]: die Menge aller Gelder, die für Rentenzahlungen im Rentenalter für ehemals Selbständige verwendet werden.




4. Arbeitslosenkasse ('unemployment fond') [AK]: die Menge aller Gelder, die für Zahlungen an offiziell gemeldete Arbeitslose verwendet werden.




5. Krankenkasse ('health insurance fond') [KK]: die Menge aller Gelder, die für Zahlungen an offiziell gemeldete Kranke verwendet werden.




6. Leistungen von Arbeitgebern ('employer's fond') [AG]: die Menge der Gelder, die alle Arbeitgeber zusammen an die öffentlichen Renten-/Arbeitslosen-/Kranken-Kassen zu entrichten haben.




7. RENTNER1: diejenigen, die nach ihrer Zeit als Beschäftigte Rente aus den öffentlichen Rentenkassen beziehen.




8. RENTNER2: diejenigen, die nach ihrer Zeit als Selbstände rentenähnliche Bezüge aus den privat organisierten Vermögen (:= XRA) beziehen




9. SELBSTÄNDIGE: kein Beschäftigtenverhältnis.




10. BESCHÄFTIGTE: bei einem Arbeitgeber beschäftigt.




11. NICHT-BESCHÄFTIGTE: Nichtselbständige ohne aktuelles Beschäftigungsverhältnis




12. AUSBILDUNG: idealisierend vom Jahr 0 bis 15; danach partiell bis ca. 25.




13. KRANKE: Teilmengen von Rentnern, Selbständigen, Nicht-Selbständigen, Auszubildenden, die Leistungen von KK beziehen




14. PHASE 0-max=4: zu einem bestimmten Zeitpunkt t wird angenommen, dass man die Bevölkerung eines Landes anhand des biologischen Alters in 'Phasen' unterteilen kann.Wie man die Phaseneinteilung vornimmt, hängt letztlich von spezifischen Bedingungen in einem konkreten Land ab. Die hier vorgenommene Phaseneinteilung wurde mit Blick auf die deutschen Verhältnisse gewählt.




15. MIGRATION+: Zuwanderungen aus anderen Ländern (Erwachsene, u.U. mit Kindern)




16. MIGRATION- und TODESFÄLLE: Abwanderung in andere Länder (Erwachsene, u.U. mit Kindern) sowie Todesfälle




17. PASENÜBERTRAG+ und GEBURTEN: In Phase 0 geschieht ein positiver Übertrag in die Phase 0 hinein nur durch Geburten. Zwischen Phase i=0 und Phase i=max gibt es jedes Jahr einen Übergang von 'nachwachsenden' Mitgliedern, die aufgrund ihres Alters von Phase i in die Phase i+1 wechseln.






18. PASENÜBERTRAG-: wenn zwischen Phase i und Phase i+1 ein positiver Phasenübertrag zugunsten von Phase i+1 stattfindet, bedeutet dies zugleich einen negativen Phasenübertrag für Phase i.




19. FRAUEN: bislang hängt die Anzahl der möglichen Geburten von der Anzahl der Frauen zwischen ca. 15 - 45 ab. Aus verschiedenen Gründen haben nicht alle Frauen Kinder, andere haben dafür mehr als ein Kind. Es wird eine durchschnittlicher Geburtsfaktor pro Frau in einer Phase angenommen.

Zwischen diesen Grössen werden folgende funktionale Zusammenhänge angenommen:

1. RK <--- AG & Beschäftigte: Jeder Beschäftigte zahlt einen festen Prozentsatz seines Brutoeinkommens; den gleichen Betrag zahlt nochmals sein Arbeitgeber.




2. RK ---> Rentner1 Jeder Rentner1 bekommt einen bestimmten Prozentsatz seines ursprünglichen Einkommens ausgezahlt




3. AK <--- AG & Beschäftigte: Jeder Beschäftigte zahlt einen festen Prozentsatz seines Bruttoeinkommens; den gleichen Betrag zahlt nochmals sein Arbeitgeber.




4. AK ---> Nicht-Beschäftigte Jeder Nicht-Beschäftigte bekommt (für eine bestimmte Zeit) einen bestimmten Prozentsatz seines letzten Gehalts (mit Obergrenze) ausgezahlt.




5. KK <--- AG & Beschäftigte & Selbständige: Jeder Beschäftigte und Selbständige zahlt einen festen Prozentsatz seines Bruttoeinkommens (bzw. einen bestimmten Satz); den gleichen Betrag zahlt im Falle von Beschäftigten nochmals sein Arbeitgeber.




6. KK ---> Kranke aus {Rentner2, Rentner1, Selbständige, Bschäftigte, Nicht-Beschäftigte, Ausbildung} Jeder Kranke bekommt in bestimmtem Umfang Auslagen für krankheitsbeseitigende Massnahmen bezahlt.




7. XRA <--- Selbständigen Jeder Selbständige muss für sich selbst einen bestimmten Betrag für die Alterssicherung aufwenden. Dies kann in sehr unterschiedlichen formen geschehen.




8. XRA ---> Rentner2 Jeder Rentner2 bezieht aus seiner Quasi-Rentenkasse einen bestimmten Betrag.




9. Phasenübertrag+ 0 = Geburten




10. Geburten = Geburtenkoeffizient der Frauen in Phase 1 und 2




11. Phasenübertrag+ i = Anteil des letzten Jahres an der gesamten Phase i




12. Phase i+1 = Phase i+1 + Phasenübertrag+ i - PHASENÜBERTRAG- i+1




13. Todesfälle = Koeffizient




14. Migration+ = Koeffizient; Zuwanderung von Erwachsenen (Selbständige, Beschäftigte, Nichtbeschäftigte, Rentner1+2) und/ oder Auszubildenden




15. Migration- = Koeffizient; Abwanderung von Erwachsenen (Selbständige, Beschäftigte, Nichtbeschäftigte, Rentner1+2) und/ oder Auszubildenden




16. Todesfälle = Koeffizient

Schliesslich muss noch eine Übergangsfunktion P festgelegt werden, die bestimmt, welche Änderungen von einem Zeitpunkt t zum Folgezeitpunkt t+1 geschehen sollen. Formal ist diese Übergangsfunktion eine Abbildung der Art:

P: COUNTRIES x TIME ---> COUNTRIES x TIME

Wir beschreiben diese Funktion hier als eine Schleife ('loop'). Jeder Durchgang dieser Schleife entspricht einer einmaligen Anwendung dieser Funktion P. Schematisch könnte diese Schleife die folgende Form haben:

while( BEDINGUNG ERFÜLLT){

  compute_quantities(); /* Berechne die Veränderungen der Quantitäten der einzelnen Groessen */

  compute_money();       /* Berechne die Geldzu- und -abfluesse der verschiedenen Kassen */

  show_states();         /* Anzeige der Werte nach neuer Berechnung */

  ask_for_interruption(); /* Unterbrechung aufgrund voreinstellung oder aktueller benutzeraktion */

 }

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4. Übungsaufgaben

1. Bilden sie ein Team von max.3 Mitgliedern




2. Erstellung Sie gemeinsam einen Text mit Namen und Matr.Nr. der AutorenInnen. Abgabe einer Kopie des Textes an den Dozenten vor Beginn der Vorlesung am Di (1 Woche nach Aufgabenstellung). Falls die Aufgabe ausführbaren Programmcode enthält wäre die zusätzliche Übergabe des Quelltextes auf Diskette oder per email wünschenswert. Im Falle von Programmcode muss im Programmtext auch nochmals Name und Matr.Nr. erscheinen.




3. Präsentation der Lösung als Team vor der gesamten Gruppe. Präsentationszeit (abhängig von der Gesamtzahl der Teams) 3-5 Min. Mögliche Punkte: 1-3 im Normalfall. (Im Falle von mehr als 1 Autor ist die ausführliche Besprechung in der Übung Voraussetzung für die Vergabe der Punkte!)




4. Versuchen Sie in dem Text Antworten auf folgende Aufgaben zu formulieren:




5. Auf der Basis der Spezifikationen des EARTHSIMULATOR1 aus der Vorlesung VL9 sollen erste Vorschläge erarbeitet werden, wie diese Spezifikation in ein Programm umgesetzt werden könnten (welche Datenstrukturen, welche Funktionen, Anordnung der Daten und Funktionen in Dateien).

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