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Laurent Pérochon, formation "Quelle démarche pour mener un projet de logiciel en interaction avec des informaticiens", Meudon la forêt, Forest Hill, 14 au 16 mai 2008

Laurent PEROCHONINRA

Centre de Clermont-Ferrand / TheixUnité de Recherche sur les Herbivores

63122 Saint Genès [email protected]

Unified Modeling Langage(UML)

Concepts et Modèles


Introduction

Vue d’ensemble

Que doit faire mon logiciel ?

La structure du logiciel (vue métier)

La dynamique interne au logiciel (vue métier)

Conclusion




Introduction

L’Informaticien, le biologiste et l’ordinateur

Biologiste

Informaticien

Utilisation

Programmati

on


Introduction


Biologiste

Informaticien

Programmati

on

Nouveau logiciel

TransformationApprendre

Méthodes / Outils / Langage


Introduction


Biologiste

Informaticien

Programmati

on

Nouveau logiciel

CommuniquerApprendre

à communiquer


Introduction


Apprendreà communiquer

Quel formalisme ?


(Y. Xiao et al. 2006)

Introduction

infection par la salmonelle dans un troupeau

Exemples en modélisation


facteurs impliqués dans les performances de

la lactation chez la vache laitière

(J. Bryant et al. 2005)

Introduction



(M.J. Schelhaas et al. 2007)

Introduction

dommages engendrés par le vent

Tree positions

Tree heights

Wind speed

Treecharacteristics

Tree diameter

Contact withother trees

Upwind gap size(gapfactor)

Shelter(gustfactor)

Turning momentat stem base

Anchoragestrength

stem length

Damage tosmall trees

UprootingStem breakage

Additional loading

Trees to remove



Événements cellulaires possibles induit par le signal

Introduction

(T.V. Karpinets et al. 2007)

Cell with arrested growth because of DNA damage

( c) Senescentcell with the arrestedgrowthbecause oftelomereshortening

(b) Cell with the damaged DNA

(a) Normalcell

Proliferativesignals

1) Normaldivision

MUTATORRESPONSE

4) Abrogationof cell-cyclearrest andinitiation oferror-pronedivision withthe emergence of mutant cells

REGULARRESPONSE TODNA DAMAGE

2) Normaldivisionafter DNArepair

3) Apoptosis

Reparabledamage

Irreparabledamage

Superpositionof irreparabledamage andsurvival signal

Superpositionof replicativesenescence andsurvival signal



Introduction


Formes diverses

•Risque d’incompréhension important•Outils logiciels très limités

Un seul formalisme ?


Introduction

Formaliser

(J. Learmount et al. 2006)

Modèles à Compartiments(flux entre compartiments)


Communiqueravec un informaticien

Langagede l’informaticien


Introduction

Vue d’ensemble




Conclusion




Object Management Group (OMG)Regroupe les principaux acteurs

en informatique utilisant l’approche objet


UML 1 (1997)

UML 2 (2005)

Vue d’ensemble

UML

XMLMOF

CORBA…


DiagrammesEntités Relations

Vue d’ensemble

UML


Classe

- âge

- dors()

Personne

Cas d ’utilisation Paquetage

Biologique

Gestant

État / Activités

ÉmissionCO2

Vue d’ensemble

Entités

Acteur

Eleveur


Dépendance

Association

Généralisation/Spécialisation

Agrégation

Alimente >

Vue d’ensemble

Relations(entre

entités)


Vue d’ensemble

Diagrammes

Classes

Cas d’utilisation Séquences

Paquetages

Etats-Transitions

Activités

Représentation graphiquedu logiciel


Introduction

Vue d’ensemble




Conclusion





C’est la question primordiale !


Que doit faire mon logiciel ?Quels types d’utilisateurs ?

Chacun de ces types d’utilisateurs va avoir des besoins spécifiques / des utilisations du logiciel différentes

Découpage par fonctions, responsabilités, domaines d’expertise, par équipes …

Exemple :Logiciel Achat : secrétaire, responsable contrat achat,

service informatiqueSimulateur PARIS : informaticien, expert comportement social,

expert ingestion, expert végétation, stagiaires

Un type d’utilisateur UML Un acteur

Nom de l’acteur


Que doit faire mon logiciel ?Que veut faire chaque acteur ?

Il s’agit ici de définir les fonctionnalités du logiciel pour chacun des acteurs

Exemple :Logiciel Achat : consulter un prix, passer commande, ajouter un

nouveau compte utilisateur, inscrire un nouveau fournisseurSimulateur PARIS : caractériser les animaux et la végétation

initiales, sélectionner les sorties désirées, lancer une simulation

Une fonctionnalité UML Un cas d’utilisation

Nom du cas d’utilisation


Que doit faire mon logiciel ?Le diagramme des cas d’utilisation

Diagramme = acteurs + cas d’utilisation

Cas d’utilisation

1

Cas d’utilisation

7

Cas d’utilisation

6

Cas d’utilisation

5

Cas d’utilisation

4

Cas d’utilisation

3

Cas d’utilisation

2

logiciel

Acteur 4

Acteur 2

Acteur 3

Acteur 1


Que doit faire mon logiciel ?Le diagramme des cas d’utilisation

Exemple : logiciel achat

ConsulterUn prix

Passer une commande

Inscrire un Nouveau

fournisseur

Ajouterun nouveau

compte utilisateur

Logiciel achat

Responsable contrat achat

Service informatique

Secrétaire


Que doit faire mon logiciel ?Détailler chaque cas d’utilisation

Il s’agit ici de décrire les séquences d’interaction entre l’acteur et le logiciel pour réaliser le cas d’utilisation

Passer une commande


Secrétaire Logiciel

1- saisir code article

Contrôle code correct et renvoi libelle

2- saisie quantité enregistre

3- saisie code équipe

Contrôle code correct

4- valide commande



Passer une commande


Logiciel

Envoie code article

contrôle

Envoie libellé

Envoie code équipe

contrôle

ok

Valide commande

Passer lacommande

Le diagramme des séquences

Secrétaire




Logiciel

Envoie code article

contrôle

Envoie libellé

Envoie code équipe

contrôle

ok

Valide commande

Passer lacommande

SecrétaireInformaticien

Comment ?


Que doit faire mon logiciel ? Fin de l’histoire ?

… pas vraiment

Technique MétierInterface graphique

Sauvegarde …Comment

expliquer monsystème à

l’informaticien?


… pas vraiment

Métier

Que doit faire mon logiciel ? Fin de l’histoire ?

Filtreobjectifs

dulogiciel

Modèle UML


Le système

Le diagramme des cas d’utilisation(Cas d’utilisation = Le système vu de l’extérieur)

Eleveur

Vendre du lait

Vétérinaire

Soigner les vaches


Le système

Comment le système réalise t’il le cas d’utilisation ?

Quelles parties du système interviennent

pour réaliser le cas d’utilisation ?

Décrire la structure du système(statique)

Comment font ces parties pour réaliser le

cas d’utilisation ?

Décrire la dynamique du

système


Introduction

Vue d’ensemble




Conclusion




La structure du système

SystèmeSous

Système 1

Les dépendances entre systèmes

<<subsystem>> système entier

Paquetage

<<subsystem>>

sous-système 1

<<subsystem>>

sous-système 3

<<subsystem>>

sous-système 2

Dépendance : le sous-système 1 dépenddu sous-système 2

SousSystème 2

SousSystème 3



<<subsystem>>

Fermier

Parcelle

Troupeau

<<subsystem>> Bovins allaitants

système

<<subsystem>>

<<subsystem>>



Entité de base du système : l’objet

SystèmeObjet 5

Objet 3

Objet 4

Objet 7

Objet 6

Objet 2Objet 1

Un objet est unique, il a des caractéristiques et un comportement



Modéliser les objets

Forêtrenard 1

Champignon 1

Renard 2

Champignon 2

Arbre 3

Arbre 2arbre 1

Ils ont des points communs : type de caractéristiques et de fonctions communes

renard 1 : mâle, 7 ans, 1,15 m; croissance, reproduction renard 2 : femelle, 6 ans; 1,02 m ; croissance, reproduction ….



Modéliser les objets : la classe

Objet 4

Objet 2

Objet 1Nom de la classe

Caractéristiques(variables)

fonctions

Renard

- Sexe- Âge- Taille

- Croissance- Reproduction

Renard

Forme détaillée

Forme simplifiée

renard 1 : mâle, 7 ans, 1,15 m; croissance, reproduction renard 2 : femelle, 6 ans; 1,02 m ; croissance, reproduction ….


Classe A

Nom association> Classe B


Les relations entre classes : les associations

Classe A

Classe BRôle A

Rôle B


Lapin mange> Salade


Les associations

Risque engendre> Accident


Généralisation / Spécialisation


Les associations particulières

Classe plus générale Classe plus spécialisée

Chromosome

Cytoplasme

Enzyme

EukaryoticCell

Erythrocyte

NeuronCellBody

LipidBilayer

CellBilayer

MitochondrialInnerBilayer

MitochondrialOuterBilayer

LipidDisintegration

Matrix

Membrane

CellMembrane

MitochondrialInnerMembrane

MitochondrialOuterMembrane

MitochondrialDualMembrane

BioEntity SolventTransportProtein

Nucleus

Mitochondrion

PyuvateTransporter

Solution

Cellular solution

GaseousSolution

Cytosol

ExtraCellularSolution

MatrixSol

MitochondrialIntermembranesol

MitochondrialIntermembraneSpace

(Webb et al. 2005)

Les entités biologiques


Agrégation / composition


Les associations particulières

agrégat partie composition partie

(Drouet et al., 2007)

Les parties d’une plante


(Force et al., 2002)


Exemple complet

Les mammites chez la vache laitière


Introduction

Vue d’ensemble




Conclusion




La dynamique interne du système

inter objets intra objet


Séquences d’échanges(Temps)

Diagramme deséquence


Inter objets

On ne montre pas la dynamique complète du système, mais on détaille par sous-fonction /

scénario


(Webb et al. 2005)


Diagramme de séquenceEchange entre objets actifs (AO) et petites molécules

SM SMAO AO AO AO/extraCellulaSolution

/cellBilayer /cytosol /enzyme 1 /enzyme n /mitochondrialOuterBilayer

…

SubstrateRequ

SubstrateRequ

SubstrateRequ

SubstrateReq

SubstrateRequ

SubstrateLev

SubstrateLev

SubstrateLev

SubstrateLev

SubstrateLev

SubstrateLevel



Boucle, alternative …sd nom

objet1 : classe3 objet2 : classe6 objet5 : classe3

Message 1

Message 4

Message 5

Message 6

loop min, max

Message 7

Message 8

Message 9

alt [condition 1]

[condition 2]



intra objet

Changement d’états

Diagramme D’états-transitions

Ce que fait l’objet

Diagramme d’activités



Diagramme d’états-transitionsLes stades du papillon

chenille

chrysalide

papillon

Etat initial

Etat final

Transition

Etat

Quels sont les états ?Quelles sont les transitions entre états ?


(Webb 2005)

Initialize

Waiting

ActivetimeCourse

Substrate level


Diagramme d’états-transitions

Le comportement de l’enzyme



Diagramme d’activités

activité

Activité : enchaînement plus ou moins complexes d’actions

Activité 1 Activité 2

Activité 3

L’activité 3 ne commencera quelorsque les activités 1 et 2 seront

finies

Alternative


Déplacement vers le point d’eauBoire

Repos

Déplacement vers aire de couchageRepos

Percevoir végétationChoix de la végétationDéplacement vers la végétation choisieIngestionMémorisation spatialisée de la végétation ingérée

[manger etla végétation est satisfaisante ]

[boire ]

[repos court ]

[ repos long ]

Essayer devenir leader

[ Végétationinsatisfaisante ]

[ pasleader ]

[ Devient leader ]

Choix d’un site mémoriel de végétationDéplacement vers le site

[ Distance au troupeau, aux voisins ou à un leader insatisfaisantes ]Déplacement [ Distances correctes ]

Choixactivité

Animal seul

[ Fin action ]


Diagramme d’activitésLes activités du ruminant au pâturage

(Pérochon et al. 2001)


Conclusion / discussion

Aide à la modélisation : trouver les classes, les association, décrire les états …

Aide à la communication : entre experts biologistes, entre biologistes et informaticiens, dans un article, un colloque …

Aide à la programmation : la structure et les spécifications du programme sont faites.


Références bibliographiques

•J. Bryant, N. López-Villalobos, C. Holmes, J. Pryce. Simulation modelling of dairy cattle performance based on knowledge of genotype, environment and genotype by environment interactions:current status. Agricultural Systems. V. 86, pp. 121–143.2005.•J.L. Drouet, L. Pagès. GRAAL-CN: A model of GRowth, Architecture and Allocation for Carbon and Nitrogen dynamics within whole plants formalised at the organ level. Ecological Modelling. V. 206, pp. 231–249. 2007.•C. Force, L. Perochon, D.R.C. Hill. Design of a multimodel of a dairy cows herd attacked by mastitis. Simulation Modelling Practice and Theory. V. 10, pp. 543–554. 2002.•T. V. Karpinets, B. D. Foy. Model of the developing tumorigenic phenotype in mammalian cells and the roles of sustained stress and replicative senescence. Journal of Theoretical Biology. V. 227, pp. 253–264. 2004.•J. Learmount, M.A. Taylor, G. Smith, C. Morgan. A computer model to simulate control of parasitic gastroenteritis in sheep on UK farms. Veterinary Parasitology. V. 142, pp. 312–329. 2006.•N. El Saadi, A. Bah. An individual-based model for studying the aggregation behavior in phytoplankton. Ecological Modelling. V. 204, pp. 193–212. 2007.•M.J. Schelhaasa, K. Kramera, H. Peltola, D.C. van der Werf, S.M.J. Wijdevena. Introducing tree interactions in wind damage simulation. Ecological Modelling. V. 207, pp. 197–209. 2007.•L. Pérochon, P. Carrère, R. Baumont, B. Dumont, C. Mazel, C. Force, D.R.C. Hill, P. D’Hour, F. Louault, S. Prache, J.F. Soussana, M. Petit. Design of a spatial multi-agent model of a perennial grassland ecosystem grazed by a herd of ruminants. ESS01. 13th european simulation symposium. Simulation in industry. SCS, pp. 509-513. 2001.•K. Webb, T. White. UML as a cell and biochemistry modeling language. BioSystems. V. 80, pp.283–302. 2005.•Y. Xiao, D. Clancy, N.P. French, R.G. Bowers. A semi-stochastic model for Salmonella infection in a multi-group herd. Mathematical. Biosciences. V. 200, pp. 214–233. 2006.

Biologie

UML•L. Debrauwer et F. V. der Heyde. UML2. Initiation, exemples et exercices corrigés. Ed. ENI. Coll. Informatique Technique. 274 p. 2005•M. Roux-Rouquié, N. Caritey, L. Gaubert et C. Rosenthal-Sabroux. Using the Unified Modelling Language (UML) to guide the systemic description of biological processes and systems. 2004. BioSystems. V. 75, pp. 3–14. 2004.•J. Rumbaugh, I. Jacobson, G. Booch. UML 2.0 Guide de référence. Campus Press. 774 p. 2004.•Sur le site internet www.modelia.org suivre les liens Fiches techniques, puis UML.

http://www.modelia.org/

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