Дизайн снизу вверх и сверху вниз

Иллюстрация подхода к сортировке кучи снизу вверх и сверху вниз

Снизу вверх и сверху вниз — это стратегии обработки информации и упорядочивания знаний, используемые в различных областях, включая программное обеспечение , гуманистические и научные теории (см. Систематика ), а также управление и организацию. На практике их можно рассматривать как стиль мышления, преподавания или лидерства.

Подход «сверху вниз» (также известный как поэтапное проектирование и поэтапное уточнение и в некоторых случаях используемый как синоним декомпозиции ) по существу представляет собой разбиение системы на части для получения понимания ее композиционных подсистем методом обратного проектирования . При нисходящем подходе формулируется обзор системы с указанием, но не подробным описанием любых подсистем первого уровня. Затем каждая подсистема уточняется еще более детально, иногда на многих дополнительных уровнях подсистем, пока вся спецификация не сводится к базовым элементам. Модель сверху вниз часто задается с помощью черных ящиков , что облегчает манипулирование. Однако черные ящики могут оказаться неспособными прояснить элементарные механизмы или быть достаточно подробными для реалистичной проверки модели. Подход «сверху вниз» начинается с общей картины, а затем разбивается на более мелкие сегменты.

Подход «снизу вверх» — это объединение систем для создания более сложных систем, в результате чего исходные системы становятся подсистемами возникающей системы. Обработка «снизу вверх» — это тип обработки информации, основанный на поступающих из окружающей среды данных для формирования восприятия . С точки зрения когнитивной психологии, информация поступает в глаза в одном направлении (сенсорный ввод, или «снизу»), а затем преобразуется мозгом в изображение, которое можно интерпретировать и распознавать как восприятие (выходной сигнал, «выстроенный» «от обработки к окончательному познанию» ). При подходе «снизу вверх» сначала детально определяются отдельные базовые элементы системы. Эти элементы затем соединяются вместе, образуя более крупные подсистемы, которые затем, в свою очередь, связываются, иногда на многих уровнях, до тех пор, пока не образуется полная система верхнего уровня. Эта стратегия часто напоминает «начальную» модель, в которой начало небольшое, но со временем сложность и полнота растут. Но «органические стратегии» могут привести к путанице элементов и подсистем, разрабатываемых изолированно и подвергающихся локальной оптимизации, а не достижению глобальной цели.

Дизайн и разработка продукта

Основная статья: Разработка нового продукта

При разработке новых продуктов дизайнеры и инженеры полагаются как на подходы «снизу вверх», так и «сверху вниз». Подход «снизу вверх» используется, когда готовые или существующие компоненты выбираются и интегрируются в продукт. Пример включает выбор конкретного крепежа, например болта, и проектирование принимающих компонентов таким образом, чтобы крепеж правильно подходил. При нисходящем подходе индивидуальный крепеж будет спроектирован таким образом, чтобы он правильно вписывался в принимающие компоненты. В перспективе, для продукта с более строгими требованиями (например, веса, геометрии, безопасности, окружающей среды), такого как скафандр, используется более нисходящий подход, и почти все разрабатывается индивидуально.

Информатика

Разработка программного обеспечения

Часть этого раздела взята из Книги шаблонов проектирования Perl .

В процессе разработки программного обеспечения ключевую роль играют подходы «сверху вниз» и «снизу вверх».

Подходы «сверху вниз» подчеркивают планирование и полное понимание системы. Естественно, что никакое кодирование не может начинаться до тех пор, пока не будет достигнут достаточный уровень детализации при проектировании хотя бы некоторой части системы. Подходы «сверху вниз» реализуются путем прикрепления заглушек вместо модуля. Но это откладывает тестирование конечных функциональных блоков системы до завершения серьезного проектирования.

В подходе «снизу вверх» особое внимание уделяется кодированию и раннему тестированию, которое может начаться, как только будет определен первый модуль. Но этот подход сопряжен с риском того, что модули могут быть написаны 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 подхода «снизу вверх».

Нисходящий дизайн был предложен в 1970-х годах IBM исследователями Харланом Миллсом и Никлаусом Виртом . Миллс разработал концепции структурированного программирования для практического использования и протестировал их в проекте 1969 года по автоматизации New York Times индекса моргов . Инженерный и управленческий успех этого проекта привел к распространению нисходящего подхода в IBM и остальной компьютерной индустрии. Среди других достижений Никлаус Вирт, разработчик языка программирования Паскаль , написал влиятельную статью « Разработка программ путем пошагового уточнения» . Поскольку Никлаус Вирт продолжил разработку таких языков, как Modula и Oberon (где можно было определить модуль, не зная всей спецификации программы), можно сделать вывод, что нисходящее программирование не было строго тем, что он пропагандировал. Методы «сверху вниз» были предпочтительными в разработке программного обеспечения до конца 1980-х годов. а объектно-ориентированное программирование помогло продемонстрировать идею о том, что можно использовать оба аспекта нисходящего и восходящего программирования.

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 приводит к нисходящему подходу), большинство программных проектов пытаются в той или иной степени использовать существующий код. Существующие ранее модули придают проектам подход «снизу вверх».

• 
  Нисходящий подход к интеграционному тестированию
• 
  Подход «снизу вверх»
• 
  Сэндвич-подход
• 
  Подход «большого взрыва»

Программирование

Строительные блоки являются примером проектирования снизу вверх, поскольку детали сначала создаются, а затем собираются без учета того, как они будут работать в сборке.

Сверху вниз — это стиль программирования, основа традиционных процедурных языков , в котором проектирование начинается с определения сложных частей и последующего разделения их на более мелкие части. Техника написания программы с использованием нисходящих методов заключается в написании основной процедуры, в которой именуются все основные функции, которые ей потребуются. Позже команда программистов рассматривает требования каждой из этих функций, и процесс повторяется. Эти разделенные на отдельные подпрограммы в конечном итоге будут выполнять настолько простые действия, что их можно будет легко и кратко запрограммировать. Когда все различные подпрограммы написаны, программа готова к тестированию. Определив, как приложение объединяется на высоком уровне, работа на более низком уровне может быть автономной.

При подходе «снизу вверх» сначала детально определяются отдельные базовые элементы системы. Эти элементы затем соединяются вместе, образуя более крупные подсистемы, которые, в свою очередь, связаны между собой, иногда на многих уровнях, пока не образуется целостная система верхнего уровня. Эта стратегия часто напоминает «начальную» модель, в которой начало небольшое, но со временем сложность и полнота растут. Объектно-ориентированное программирование (ООП) — это парадигма, которая использует «объекты» для разработки приложений и компьютерных программ. В машиностроении с помощью таких программ, как Pro/ENGINEER, Solidworks и Autodesk Inventor, пользователи могут проектировать изделия как части, а не как части целого, а затем объединять эти части вместе, образуя сборки, как при сборке из Lego . Инженеры называют это «проектированием деталей».

Разбор

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 , например, в компиляторе .

Нанотехнологии

Основная статья: Нанотехнологии

Методы синтеза наночастиц

Сверху вниз и снизу вверх — два подхода к производству продукции. Эти термины были впервые применены к области нанотехнологий Институтом Форсайта в 1989 году, чтобы провести различие между молекулярным производством (для массового производства больших объектов с атомарной точностью) и обычным производством (которое может производить массовое производство больших объектов с атомарной точностью). Подходы «снизу вверх» стремятся объединить более мелкие (обычно молекулярные ) компоненты в более сложные сборки, тогда как подходы «сверху вниз» направлены на создание наноразмерных устройств, используя более крупные, управляемые извне компоненты для управления их сборкой. Некоторые ценные наноструктуры, такие как кремниевые нанопроволоки , могут быть изготовлены с использованием любого подхода, а методы обработки выбираются на основе целевых применений.

При нисходящем подходе часто используются традиционные методы мастерской или микрообработки, когда инструменты с внешним управлением используются для резки, фрезерования и придания материалам желаемой формы и порядка. методы микрорисунка , такие как фотолитография и струйная печать К этой категории относятся . Обработку паром можно рассматривать как новый нисходящий вторичный подход к созданию наноструктур.

Подходы «снизу вверх», напротив, используют химические свойства одиночных молекул, чтобы заставить одномолекулярные компоненты (а) самоорганизовываться или самособираться в некоторую полезную конформацию, или (б) полагаться на позиционную сборку. Эти подходы используют концепции молекулярной самосборки и/или молекулярного распознавания . См. также Супрамолекулярную химию . Такие подходы «снизу вверх», вообще говоря, должны позволять производить устройства параллельно и намного дешевле, чем методы «сверху вниз», но потенциально могут оказаться неэффективными по мере увеличения размера и сложности желаемой сборки.

Нейронаука и психология

Пример обработки сверху вниз: несмотря на то, что вторая буква в каждом слове неоднозначна, обработка сверху вниз 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 высшие когнитивные процессы , которые получают больше информации из других источников, считаются нисходящими. Процесс «снизу вверх» характеризуется отсутствием направления сенсорной обработки более высокого уровня, тогда как процесс «сверху вниз» характеризуется высоким уровнем направления сенсорной обработки посредством большего познания, такого как цели или задачи (Бидерман, 19). .

Согласно записям преподавателя колледжа, написанным Чарльзом Рамсковым, Ирвин Рок, Нейзер и Ричард Грегори утверждают, что подход «сверху вниз» предполагает восприятие, которое представляет собой активный и конструктивный процесс. Кроме того, этот подход не обусловлен непосредственно входными стимулами, а является результатом взаимодействия стимулов, внутренних гипотез и ожиданий. Согласно теоретическому синтезу, «когда стимул представлен кратко и ясность неопределенна, что дает расплывчатый стимул, восприятие становится подходом сверху вниз».

И наоборот, психология определяет обработку «снизу вверх» как подход, при котором происходит переход от отдельных элементов к целому. По словам Рамскова, один из сторонников подхода «снизу вверх», Гибсон, утверждает, что это процесс, включающий зрительное восприятие, требующий информации, доступной от проксимального стимула, производимого дистальным стимулом. Теоретический синтез также утверждает, что восходящая обработка происходит, «когда стимул предъявляется достаточно долго и четко».

Определенные когнитивные процессы, такие как быстрые реакции или быстрая зрительная идентификация, считаются процессами «снизу вверх», поскольку они полагаются в первую очередь на сенсорную информацию, тогда как такие процессы, как моторный контроль и направленное внимание, считаются процессами «сверху вниз», поскольку они направлены на достижение цели. С неврологической точки зрения некоторые области мозга, такие как область V1, в основном имеют связи снизу вверх. Другие области, такие как веретенообразная извилина, получают сигналы от высших областей мозга и, как считается, имеют нисходящее влияние.

исследование зрительного внимания Примером может служить . Если ваше внимание привлекает цветок в поле, возможно, это связано с тем, что цвет или форма цветка визуально бросаются в глаза. Информация, которая заставила вас обратить внимание на цветок, пришла к вам снизу вверх — ваше внимание не зависело от знания цветка: 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 нисходящей информации.

В познании различают два подхода мышления. «Сверху вниз» (или «большой кусок») стереотипно представляет собой провидца или человека, который видит более широкую картину и обзор. Такие люди сосредотачивают внимание на общей картине и на основе нее извлекают детали, подтверждающие ее. Познание «снизу вверх» (или «небольшой фрагмент») сродни сосредоточению внимания в первую очередь на деталях, а не на ландшафте. Выражение «видеть за деревьями лес» относится к двум стилям познания.

Исследования по переключению задач и выбору ответов показывают, что между этими двумя типами обработки существуют различия. Обработка сверху вниз в первую очередь фокусируется на стороне внимания, например, на повторении задач (Schneider, 2015). Обработка «снизу вверх» фокусируется на обучении на основе элементов, например, на поиске одного и того же объекта снова и снова (Schneider, 2015). Обсуждаются последствия для понимания управления вниманием при выборе реакции в конфликтных ситуациях (Schneider, 2015).

Это касается и того, как мы структурировать эту обработку неврологически. С структурированием информационных интерфейсов в наших неврологических процессах для процедурного обучения. Эти процессы доказали свою эффективность в нашей дизайн интерфейса. Но хотя оба нисходящих принципа были эффективны при проектировании интерфейса; их было недостаточно. Их можно комбинировать с итеративными восходящими методами для создания удобных интерфейсов (Zacks & Tversky, 2003).

Обучение

Студентов бакалавриата (или бакалавриата) обучают основам обработки сверху вниз и снизу вверх примерно на третьем году обучения в программе. Проходим через четыре основные части обработки, если рассматривать ее с точки зрения обучения. Два основных определения заключаются в том, что восходящая обработка определяется непосредственно стимулами окружающей среды, а не знаниями и ожиданиями человека (Koch, 2022).

Управление и организация

Информационный поток сверху вниз и снизу вверх в руководстве

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

Подход « сверху вниз » заключается в том, что исполнительное лицо, принимающее решения, или другое высшее лицо принимает решения о том, как что-то должно быть сделано. Этот подход распространяется под их властью на более низкие уровни иерархии, которые в большей или меньшей степени ими связаны. Например, желая улучшить работу больницы, администратор больницы может решить, что необходимы серьезные изменения (например, внедрение новой программы), а затем использовать запланированный подход, чтобы донести изменения до непосредственного персонала.

Подход к изменениям «снизу вверх» — это подход, который работает на низовом уровне и берет свое начало в плоской структуре, когда люди работают вместе, в результате чего решение возникает в результате их совместного участия. Решение ряда активистов, студентов или жертв какого-либо инцидента принять меры — это решение «снизу вверх». Подход «снизу вверх» можно рассматривать как «подход к постепенным изменениям, который представляет собой возникающий процесс, культивируемый и поддерживаемый в первую очередь работниками, работающими на переднем крае».

Положительные аспекты подходов «сверху вниз» включают их эффективность и превосходный обзор более высоких уровней; а внешние эффекты могут быть интернализованы. С другой стороны, если реформы воспринимаются как навязанные «сверху», низшим уровням может быть трудно их принять (например, Брессер-Перейра, Мараваль и Пшеворски, 1993). Факты свидетельствуют о том, что это верно независимо от содержания реформ (например, Dubois 2002). Подход «снизу вверх» позволяет больше экспериментировать и лучше чувствовать, что нужно внизу. Другие данные свидетельствуют о том, что существует третий комбинированный подход к изменениям.

Общественное здравоохранение

В общественном здравоохранении используются как нисходящий, так и восходящий подходы. Существует множество примеров нисходящих программ, часто проводимых правительствами или крупными межправительственными организациями ; многие из них касаются конкретных заболеваний или проблем, например, борьба с ВИЧ или оспы ликвидация . Примеры программ «снизу вверх» включают множество небольших НПО, созданных для улучшения местного доступа к здравоохранению. Но многие программы стремятся объединить оба подхода; например, искоренение ришты , международная программа по одному заболеванию, которую в настоящее время осуществляет Центр Картера, включала обучение многих местных добровольцев, повышая потенциал снизу вверх, а также международные программы по гигиене, санитарии и доступу к первичной медицинской помощи.

Архитектура

Часто говорят, что школа дизайна École des Beaux-Arts в первую очередь продвигала дизайн сверху вниз, потому что она учила, что архитектурный проект должен начинаться с парти , основного плана всего проекта.

Напротив, Баухаус сосредоточился на дизайне снизу вверх. Этот метод проявился в изучении перевода небольших организационных систем в более крупный и архитектурный масштаб (как в случае с резьбой по деревянным панелям и дизайном мебели).

Экология

Энергетическая пирамида представляет экосистему и ее слои, символы представляют различные ограничивающие факторы.

В экологии контроль сверху вниз означает, что высший хищник контролирует структуру или динамику популяции экосистемы . Взаимодействия между этими высшими хищниками и их добычей – это то, что влияет на нижние 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 произойдет резкое изменение численности хищников. Классическим примером являются лесные экосистемы из водорослей. В таких экосистемах каланы являются ключевыми хищниками. Они охотятся на ежей , которые, в свою очередь, поедают водоросли. Когда выдр удаляют, популяция ежей растет и сокращает лес водорослей, создавая пустоши для ежей . Это снижает разнообразие экосистемы в целом и может оказать пагубное воздействие на все остальные организмы. Другими словами, такие экосистемы контролируются не продуктивностью водорослей, а высшим хищником. В этом примере можно увидеть обратный эффект управления сверху вниз; когда популяция выдр уменьшилась, популяция ежей увеличилась.

Контроль «снизу вверх» в экосистемах относится к экосистемам, в которых запас питательных веществ, продуктивность и тип первичных продуцентов (растения и фитопланктон) контролируют структуру экосистемы. Если в экосистеме недостаточно ресурсов или производителей, не останется достаточно энергии для остальных животных в пищевой цепи 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.

Существует множество различных примеров этих концепций. На популяции обычно влияют оба типа контроля, и до сих пор продолжаются споры о том, какой тип контроля влияет на пищевые сети в определенных экосистемах.

Философия и этика

Рассуждение «сверху вниз» в этике — это когда рассуждающий начинает с абстрактных универсализируемых принципов, а затем обосновывает их применительно к конкретным ситуациям. Рассуждение «снизу вверх» происходит, когда рассуждающий начинает с интуитивных конкретных ситуационных суждений, а затем рассуждает до принципов. Рефлексивное равновесие возникает, когда существует взаимодействие между рассуждениями сверху вниз и снизу вверх до тех пор, пока оба не придут в гармонию. Иными словами, когда универсализируемые абстрактные принципы рефлективно обнаруживаются в равновесии с конкретными интуитивными суждениями. Этот процесс происходит, когда возникает когнитивный диссонанс , когда рассуждающие пытаются разрешить рассуждения «сверху вниз» и «снизу вверх» и корректируют одно или другое до тех пор, пока они не будут удовлетворены тем, что не нашли лучшие комбинации принципов и ситуационных суждений.

См. также

• Собор и базар
• Псевдокод

Процитированные ссылки

• Палмер, SE; Рош, Э.; Чейз, П. (1981). «Каноническая перспектива и восприятие объектов». В Лонг Дж. и Баддели А. (ред.). Внимание и работоспособность IX . Хиллсдейл, Нью-Джерси: L. Erlbaum Associates. стр. 135–151. ISBN  978-0757548895 .
• Рамсков, Чарльз Б. (2008). Психологические заметки . Издательство Кендалла Ханта. ISBN  978-0757548895 .
• Солсо, Роберт Л. (1998). Когнитивная психология (5-е изд.). Нидхэм-Хайтс, Массачусетс: Аллин и Бэкон. ISBN  978-0757548895 .
• Линам С.П., Ллопе М., Мёлльманн К., Хелауэт П., Бэйлисс-Браун Г.А. и Стенсет Н.К. (2017). «Взаимодействие между контролем сверху вниз и снизу вверх в морских пищевых цепях» . Труды Национальной академии наук . 114 (8): 1952–1957. Бибкод : 2017PNAS..114.1952L . дои : 10.1073/pnas.1621037114 . ПМЦ   5338359 . ПМИД   28167770 . {{cite journal}}: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )
• Коэн, Стивен. (2004). Природа морального рассуждения . https://philpapers.org/rec/КОХТНО

Дальнейшее чтение

• Корпеньо, Э (2021). «Нисходящий подход к решению проблем: как перестать бороться в классе и начать учиться». ISBN   979-8464073296 .
• Стюарт, Г.Л.; Мангес, Калифорния; Уорд, ММ (2015). «Обеспечение устойчивой безопасности пациентов: преимущества сочетания подходов сверху вниз и снизу вверх». Журнал качества сестринского ухода . 30 (3): 240–246. doi : 10.1097/ncq.0000000000000103 . ПМИД   25479238 . S2CID   5613563 .
• Гольдштейн, Э.Б. (2010). Ощущение и восприятие . США: Уодсворт.
• Галотти, К. (2008). Когнитивная психология: в лаборатории и за ее пределами . США: Уодсворт.
• Дюбуа, Ханс Ф.В., 2002. Гармонизация европейской политики вакцинации и роль, которую могут сыграть TQM и реинжиниринг. Управление качеством в здравоохранении 10 (2): 47–57.
• Дж. А. Эстес, М. Т. Тинкер, Т. М. Уильямс, Д. Ф. Доук «Хищничество косаток на морских выдр, связывающее океанические и прибрежные экосистемы», Science , 16 октября 1998 г.: Vol. 282. нет. 5388, стр. 473 – 476.
• Мэлоун, TC; Конли, диджей; Фишер, TR; Глиберт, премьер-министр; Хардинг, Л.В.; Селлнер, КГ (1996). «Масштаб продуктивности фитопланктона, ограниченной питательными веществами, в Чесапикском заливе». Эстуарии . 19 (2): 371–385. дои : 10.2307/1352457 . JSTOR   1352457 . S2CID   84062438 .
• Луис Карлос Брессер-Перейра , Хосе Мария Мараваль и Адам Пшеворски, 1993. Экономические реформы в новых демократиях. Кембридж: Издательство Кембриджского университета. ISBN   1-55587-532-7 .
• Бидерман, И.; Гласс, Алабама; Стейси, EW (1973). «Поиск объектов в реальных сценах». Журнал экспериментальной психологии . 97 (1): 22–27. дои : 10.1037/h0033776 . ПМИД   4704195 .

Внешние ссылки

• «Разработка программы путем поэтапного усовершенствования» , Сообщения ACM , Vol. 14, № 4, апрель (1971)
• Интегрированный параллельный подход «снизу вверх» и «сверху вниз» . В материалах пятой ежегодной конференции Международного общества по управлению чрезвычайными ситуациями (TIEMS 98), 19–22 мая, Вашингтон, округ Колумбия, США (1998).
• Измените свое мнение: о вкладе руководства сверху вниз и снизу вверх в визуальный поиск одиночных функций , Журнал экспериментальной психологии: человеческое восприятие и производительность , Vol. 29, № 2, 483–502, 2003.
• К. Эрик Дрекслер и Кристин Петерсон, Нанотехнологии и перспективные технологии , Брифинг по прогнозированию № 2, 1989 г.
• Обеспечение устойчивой безопасности пациентов: преимущества сочетания подходов «сверху вниз» и «снизу вверх»