Geum.ru

Рабочая программа дисциплины «Теория систем» по направлению подготовки дипломированного специалиста 654600 «Информатика и вычислительная техника»

Вид материалаРабочая программа

Содержание


1. Цели и задачи дисциплины
Основными задачами изучения дисциплины
2. Требования к уровню освоения содержания дисциплины
3. Объем дисциплины и виды учебной работы
4. Содержание дисциплины
4.2. Содержание разделов дисциплины
Раздел 2. Системный подход и общая теория систем. (2 час.)
Раздел 3. Математическая теория систем в контексте современного знания. (4 час.)
Раздел 4. Системы, состояния и модели. (4 час.)
Раздел 5. Агрегатное описание систем. (4 час.)
Раздел 6. Декомпозиция систем. (4 час.)
Раздел 7. Исходные системы и системы данных. (4 час.)
Раздел 8. Качественные и количественные методы описания систем.
Раздел 9. Элементы теории реализуемости. (3 час.)
Раздел 10. Активные системы. (4 час.)
Раздел 11. Описание стохастических систем. (4 час.)
Раздел 12. Информационные аспекты теории оптимального синтеза сложных систем. (4 час.)
Раздел 13. Прогнозирование решений в сложных системах. (5 час.)
Раздел 14. Перспективы развития теории систем. (2 час.)
5. Лабораторный практикум
...
Полное содержание
Подобный материал:
Министерство образования Российской Федерации

Московский государственный горный университет


УТВЕРЖДАЮ

Председатель УМК по направлению

«Информатика и вычислительная техника»

проф., д.т.н. Федунец Н.И.

«_____» ____________2002 г.




Рабочая программа




дисциплины «Теория систем»

по направлению подготовки дипломированного специалиста
654600 - «Информатика и вычислительная техника»
специальности 220200 – «Автоматизированные системы обработки информации и управления»






Москва 2002


1. ЦЕЛИ И ЗАДАЧИ ДИСЦИПЛИНЫ

Цель изучения дисциплины – ознакомление с математическими основами общей теории систем, моделями и методами исследований, механизмами функционирования при решении широкого круга задач – от управления технологическим процессом до принятия решения на уровне предприятия или региона.

Основными задачами изучения дисциплины являются: раскрытие свойств систем и принципов системного подхода, иерархии системности в исследованиях; овладение современной классификацией систем, основанной на качестве целевого функционирования; овладение теоретическими принципами определения формальных аппаратов описания систем при проведении междисциплинарных исследований (информационных аспектов теории систем, теории активных систем, теории реализуемости и т.п.).

Изучение дисциплины «Теория систем» предполагает знание следующих дисциплин: «Математический анализ», «Алгебра и геометрия», «Формальные системы», «Вычислительная математика», «Основы теории управления», «Информатика».


2. ТРЕБОВАНИЯ К УРОВНЮ ОСВОЕНИЯ СОДЕРЖАНИЯ ДИСЦИПЛИНЫ

В результате изучения дисциплины студент должен знать:
  • фундаментальные понятия, терминологию теории систем, основные категории системных задач и общие методы их решения;
  • способы формализации семантики общесистемных понятий, классификацию систем и системных задач;
  • базовые методы описания систем (теоретико-множественное, динамическое, каноническое, агрегатное, кибернетическое);
  • изоморфизм системных понятий и моделей (часть и целое, сложность, подобие, инвариантность, изменчивость, причинность, неупреждаемость, предопределенность систем);
  • принципы моделирования развивающихся систем;

критерии синтеза оптимальных информационных систем.

Студент должен уметь:
  • осуществлять правильный выбор формализма при описании широкого спектра систем и системных задач;
  • выполнять декомпозицию сложных систем при формировании моделей принятия решений в различных предметных областях;
  • использовать математические методы теории систем на всех стадиях системных исследований в практике проектирования автоматизированных систем обработки информации и управления (АСОИУ);

определять взаимосвязь различных общесистемных вопросов и на этой основе разрабатывать содержательную программу самостоятельных системных исследований.


3. ОБЪЕМ ДИСЦИПЛИНЫ И ВИДЫ УЧЕБНОЙ РАБОТЫ


Вид учебной работы
Всего часов
Семестр

Общая трудоемкость дисциплины

Аудиторные занятия
136

85
5

Лекции

Практические занятия (ПЗ)

Лабораторные занятия (ЛЗ)
51

17

17
51

17

17

Самостоятельная работа (СР)
51
51

Курсовая работа (КР)
-
-

Расчетно-графические работы (РГР)
-
-

Вид итогового контроля



зачет, экзамен



4. СОДЕРЖАНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ

4.1. Разделы дисциплины и виды занятий


№ п/п
Раздел дисциплины
Лекции
ПЗ
ЛР

1
2
3
4
5

1
Предмет и задачи курса
*






2
Системный подход и общая теория систем
*






3
Математическая теория систем в контексте современного знания
*






4
Системы, состояния и модели
*
*
*

5
Агрегатное описание систем
*



*

6
Декомпозиция систем
*
*



7
Исходные системы и системы данных
*
*
*

8
Качественные и количественные методы описания систем
*
*



9
Элементы теории реализуемости
*
*



10
Активные системы
*



*

11
Описание стохастических систем
*
*
*

12
Информационные аспекты теории оптимального синтеза сложных систем
*
*



13
Прогнозирование решений в сложных системах
*
*



14
Перспективы развития теории систем
*



*


4.2. Содержание разделов дисциплины


Раздел 1. Предмет и задачи курса. (2 час.)

Необходимость общей теории систем. Две общие теории систем. Абстрактная теория систем. Иерархия систем. Триаграмма систем. Основные понятия теории систем.


Раздел 2. Системный подход и общая теория систем. (2 час.)

Иерархия системности и сферы взаимодействия. Системные концепции. Качество целевого функционирования систем. Классификация систем и системных задач. Свойства систем и принципы системного подхода. Общие принципы решения системных задач. Архитектура решения системных задач.


Раздел 3. Математическая теория систем в контексте современного знания. (4 час.)

Проблема формализации описания систем в рамках математической теории общих систем. Роль математики, информатики, компьютерных наук. Аксиоматические логические структуры. Топология, функциональный и количественный анализ. Алгебраическая теория систем.


Раздел 4. Системы, состояния и модели. (4 час.)

Понятие динамической системы. Динамическая система с непрерывным временем. Линейная динамическая система. Детерминированные модели в общей теории систем. Непрерывно- детерминированные и дискретно- детерминированные модели. Теория автоматов. Основные понятия. Сети Петри. Моделирование сложных систем с помощью сетей Петри. Вероятностные модели.


Раздел 5. Агрегатное описание систем. (4 час.)

Агрегативные модели. Агрегат как случайный процесс. Операторы переходов агрегата. Математическое описание агрегата. Математическое описание процесса функционирования агрегата.


Раздел 6. Декомпозиция систем. (4 час.)

Подсистемы, элементы и декомпозиция. Операторы соединения. Понятие структурированной системы. Шаг декомпозиции. Многошаговая декомпозиция. Декомпозиция дискретных систем. Сильносвязанные области.


Раздел 7. Исходные системы и системы данных. (4 час.)

Объекты и системы объектов. Переменные и параметры. Методологические отличия. Упорядоченность. Представляющие системы. Направленные и нейтральные системы. Системы с поведением. Целенаправленные системы. Примеры систем данных.


Раздел 8. Качественные и количественные методы описания систем.

(5 час.)

Кибернетический подход. Его сущность. Теоретико-множественное описание систем. Общие динамические системы в пространстве состояний. Производящая функция выхода. Статические системы. Стационарные динамические системы. Системы с бесконечной и конечной памятью. Причинность. Неупреждаемость. Предопределенность. Предопределенные системы. Основные понятия.

Раздел 9. Элементы теории реализуемости. (3 час.)

Каноническое представление динамической системы и характеризация состояний. Отношения эквивалентности, порождающие пространства состояний. Конструирование представления в пространстве состояний.


Раздел 10. Активные системы. (4 час.)

Модель активной системы. Предпочтения участников активной системы. Модели поведения: элементы теории игр. Равновесие Нэша. Общая постановка задачи управления активными системами. Задачи стимулирования в активных системах. Понятие механизма стимулирования в базовой модели активной системы. Согласованные системы стимулирования.


Раздел 11. Описание стохастических систем. (4 час.)

Постановка задачи синтеза оптимальной стохастической системы с бесконечной памятью. Критерии оптимальности. Схема решения задачи Колмогорова – Винера. Задача Заде-Рагацинни Задача Пелегрэна. Метод ее решения. Синтез оптимальных стохастических систем в классе систем с известной структурой. Примеры решения задач.


Раздел 12. Информационные аспекты теории оптимального синтеза сложных систем. (4 час.)

Связь идей Шеннона с результатами теории Колмогорова – Винера. Информационный подход к проектированию систем. Проблема регуляризации и ее информационной содержание в рамках общей теории систем.


Раздел 13. Прогнозирование решений в сложных системах. (5 час.)

Постановка задачи экстраполяции и ее геометрическая интерпретация. Уравнение Винера-Хопфа и его графическая иллюстрация. Оптимальная прогнозирующая система. Ошибки прогнозирования. Интеграл свертки и интеграл корреляции. Примеры прогнозирующих систем.


Раздел 14. Перспективы развития теории систем. (2 час.)

Развивающиеся системы и их моделирование на основе концепций искусственного интеллекта. Понятие интеллектуальных экспертных систем. Возможности использования теории систем в практике проектирования АСОИУ.


5. ЛАБОРАТОРНЫЙ ПРАКТИКУМ

№ п/п
№ раздела дисциплины
Наименование лабораторных работ

1

2

3

4


5

6
4

5

7

11


10

14
Моделирование сложных систем с помощью сетей Петри (3 час.)

Агрегативное описание систем (2 час.).

Системы данных (2 час.).

Синтез информационных систем в классе систем с известной структурой (4 час.).

Механизмы стимулирования в активных системах (4 час.).

Моделирование развивающихся систем (2 час.).

Примерный перечень практических занятий.
  1. Упорядоченность. Представляющие системы. Направленные и нейтральные системы. (2 часа).
  2. Абстрактные линейные системы. Производящие функции выхода и состояний. (2 часа).
  3. Предопределенные системы. Представления в пространстве состояний.

(2 часа).
  1. Стационарность в пространстве состояний и инвариантность во времени.

(2 часа).
  1. Управляемость. Общие условия управляемости. Управляемость в пространстве состояний. (2 часа).
  2. Каноническое представление динамической системы. (1 час).
  3. Решение задачи синтеза Колмогорова-Винера. (2 часа).
  4. Целенаправленные системы. (2 часа).
  5. Информационная прогнозирующая система на основе решения уравнения Винера-Хопфа. (2 часа).



6. УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ

6.1. Рекомендуемая литература

а) основная литература
  1. Месарович М., Такахара Я. Общая теория систем: математические основы, М.: «Мир», 1978.- 311 с.
  2. Калман Р., Фалб П., Арбиб М. Очерки по математической теории систем. -. М., «Мир», 1971. – 400 с.
  3. Месарович М., Такахара Я. Теория иерархических многоуровневых систем. - М.: «Мир», 1973.- 344 с.
  4. Клир Дж. Системология. Автоматизация решения системных задач. - М., «Радио и связь», 1990. - с. 544.
  5. Гухман А. Введение в теорию подобия. – М., «Высшая школа»,1973. – 278 с.
  6. Петров В.В., Усков А.С. Информационная теория синтеза оптимальных систем контроля и управления. М.: «Энергия», 1975. - с. 231.


б) дополнительная литература
  1. Гаек П., Гавранек Т. Автоматическое образование гипотез. М., «Наука», 1984,
  2. Моисеев Н.Н. Алгоритмы развития. М.: «Наука», 1987.
  3. Пригожин И. От существующего к возникающему. - М., «Наука», 1985.
  4. Хейс Д. Причинный анализ в статистических исследованиях. - М., «Финансы и статистика», 1981.
  5. Заде Л. Теория линейных систем. Метод пространства состояний. - М., «Наука», 1970.
  6. Советов Б.Я., Яковлев С.А. Моделирование систем – М.: «Высшая школа», 1985.
  7. Волкова В.Н., Денисов А.А. Основы теории систем и системного анализа. – СПб, ИПЦ СПбГТУ, 1997.
  8. Бусленко Н.П., Калашников В.В., Коваленко Н.Н. Лекции по теории сложных систем. – М.: «Советское радио», 1993.
  9. Бурков В.Н. Основы математической теории активных систем. – М.: «Наука», 1977.
  10. Винограй Э.Д. Основы общей теории систем. – Кемерово, 1993.
  11. Глущенко В.В. Прогнозирование. – СПб: ГУВК, 1998.
  12. Надеев А.Т. Основы системного анализа. – Нижн. Новг.: 1993.


6.2. Средства обеспечения освоения дисциплины

Используются математические пакеты Excel-2000, MathCad-2000, данные сети Internet.


  1. МАТЕРИАЛЬНО-ТЕХНИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ

Лабораторные аудитории кафедры АСУ, оснащенные компьютерными программами согласно п.6.2.


  1. МЕТОДИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ОРГАНИЗАЦИИ ИЗУЧЕНИЯ ДИСЦИПЛИНЫ

8.1. Методические рекомендации преподавателю

Основной задачей преподавания данной дисциплины является раскрытие формализмов, используемых для описания поведения систем в разнообразных областях знаний.

По проведению практических занятий

По каждой теме практических занятий необходимо иметь задания, включающие содержательную постановку предлагаемых задач в конкретной предметной области с необходимыми исходными данными. Преподаватель разъясняет основные математические положения теории общих систем применительно к конкретным темам. Основные понятия вводятся аксиоматически. Акцент должен быть сделан на исследование свойств системы и их поведения. Студент по итогам занятий должен научиться исследовать протекающие в системе процессы принятия решений или механизмы, обеспечивающие целенаправленность поведения системы, делать логические заключения о поведении системы, исходя из того, что системы обладают определенными свойствами. Преподаватель при проработке любых тем практических занятий должен оценивать по пятибальной шкале знания студентов, их активность, умение самостоятельно решать поставленные задачи.

По выполнению самостоятельных работ

Основными задачами преподавателя являются:
  • формирование навыков работы студентов со специальной научно-технической литературой, работы с глобальной сетью Internet;
  • систематизация материала для решения поставленных задач или вопросов;
  • формирование навыков техники оформления своего труда и изложение результатов своих исследований.

Индивидуальные задания на выполнение самостоятельной работы каждый студент получает у преподавателя, который осуществляет руководство их выполнения в соответствии с перечнем тематики самостоятельных работ.

Самостоятельная работа, подписанная исполнителем, предоставляется на проверку преподавателю за 4 дня до срока защиты. Защита работы проводится индивидуально каждым студентом.


8.2. Примерный перечень самостоятельных работ
  1. Автоматы. Основные понятия.
  2. Алгебраическая теория линейных систем.
  3. Абстрактные линейные системы в контексте теоретико-множественных понятий теории систем.
  4. Кибернетический подход к описанию систем.
  5. Управляемость и наблюдаемость.
  6. Динамические системы в пространстве состояний.
  7. Механизмы стимулирования в активных системах с нечеткой неопределенностью.
  8. Конструирование пространств состояний и канонического представления в рамках общей теории реализации систем. Динамические системы в пространстве состояний.
  9. Основные теоремы декомпозиции. Примеры их применения в теории систем.
  10. Теория абстрактной реализации.
  11. Системный подход в теории систем.
  12. Теория модулей.
  13. Системы с поведением.
  14. Причинность. Неупреждаемость. Предопределенность.
  15. Модели и порождающие системы.
  16. Математическая теория систем в контексте современных компьютерных наук, информатики и системного анализа.
  17. Информационные принципы синтеза оптимальных стохастических систем.
  18. Статические системы и системы без памяти.
  19. Механизмы функционирования активных систем с сообщением информации.
  20. Динамическое описание систем.
  21. Теория сложности. Пространство обликов системы и критериальное пространство систем. Взаимосвязь по сложности систем и подсистем.
  22. Агрегатное описание систем. Операторы переходов и выходов агрегата.
  23. Предельные законы систем. Понятие идеальной системы.


8.3. Методические рекомендации студентам

Самостоятельная работа объемом 20-25 страниц должна включать следующие разделы: титульный лист, бланк задания, содержание с указанием страниц, введение, основную часть, список литературы.

Бланк задания подписывается преподавателем и студентом.

Во введении описываются основные положения того раздела теории систем, которому посвящена самостоятельная работа. Дается обоснование выбранного метода решения.

В основной части работы должно быть представлено решение задачи, четко выделены свойства системы, логические следствия поведения системы.

Должны быть представлены выводы по проделанной работе.

В списке литературы приводятся источники, на которые есть ссылки в тексте пояснительной записки

Программа составлена в соответствии с Государственным образовательным стандартом высшего профессионального образования по направлению 654600 – «Информатика и вычислительная техника» и специальности 220200 – «Автоматизированные системы обработки информации и управления».

Программу составил:


проф., д.т.н. Куприянов В.В.


Рецензент

проф., д.т.н. Бахвалов Л.А.




Программа одобрена на заседании кафедры АСУ

«___» ___________2002 г. протокол №


Зав. кафедрой АСУ

проф., д.т.н. Федунец Н.И.