Учебное пособие по экоинформатике (сокращенный

Вид материала

Учебное пособие

Содержание ЧАСТЬ 1 Основные понятия системного анализа Классификация систем Моделирование систем Моделирование больших систем при помощи орграфов Виды ориентированных графов Моделирование больших систем в виде знакового орграфа На третьем шаге изменение вершины 2 провоцирует изменение Оценка весов связей системы при построении взвешенного орграфа. 1. Метод непосредственного вычисления коэффициентов. 2. Статистический метод оценки весовых коэффициентов. 3) методы экспертных оценок Устойчивость и полная реакция орграфа Многокритериальная оценка Анализ системных весов факторов Задание (зачетное) Требования к выполнению курсового проекта

Подобный материал:

• Учебное пособие Житомир 2001 удк 33: 007. Основы экономической кибернетики. Учебное, 3745.06kb.
• Учебное пособие, 2003 г. Учебное пособие разработано ведущим специалистом учебно-методического, 794.09kb.
• Учебное пособие, 2003 г. Учебное пособие разработано ведущим специалистом учебно-методического, 454.51kb.
• Учебное пособие, 2003 г. Учебное пособие разработано ведущим специалистом учебно-методического, 783.58kb.
• Е. Г. Непомнящий Учебное пособие Учебное пособие, 3590.49kb.
• Учебное пособие Сыктывкар 2002 Корпоративное управление Учебное пособие, 1940.74kb.
• Учебное пособие г. Йошкар Ола, 2007 Учебное пособие состоит из двух частей: «Книга, 56.21kb.
• Учебное пособие Нижний Новгород 2007 Балонова М. Г. Искусство и его роль в жизни общества:, 627.43kb.
• Общий курс физики т-1 Механика: учебное пособие М.: Физматлит, 2002. Сивухин Д. В.,, 679.32kb.
• Учебное пособие Бишкек 2008 Учебное пособие «Права женщин на землю», 3306.04kb.

УПРАВЛЕНИЕ КОГНИТИВНЫМИ СИСТЕМАМИ

Учебное пособие по экоинформатике (сокращенный вариант)

В современном понимании экология претендует на роль науки, связывающей между собой все области знаний, это «наука обо всем». Экология появляется там, где есть человек: на необитаемой планете может быть биология, география, геология, но только не экология. Воздействие человека на природу, а природы и общества на человека включает социальные, экономические и другие составляющие. Собственно, любую проблему, стоящую перед человечеством, можно назвать экологической. Поэтому к решению экологических задач необходим системный подход.

В качестве базового метода при исследовании комплексных задач предлагается использовать теорию ориентированных графов, которая позволяет связать воедино количественные и качественные характеристики исследуемого объекта. Модели, построенные при помощи орграфов, позволяют прогнозировать реакцию системы на воздействие, выбирать наиболее эффективные решения по управлению системой.

ЧАСТЬ 1

Основные понятия системного анализа

• Под системой понимают совокупность взаимосвязанных элементов, объединенных единством цели (или назначения) и функциональной целостностью. При этом свойства самой системы не сводятся к сумме свойств составляющих ее элементов. Любая система образуется в результате взаимодействия составляющих ее элементов.
  
• Набор определенных значений характеристик системы называется состоянием системы. Исследование больших систем основывается на анализе и прогнозировании состояний системы на определенный момент времени.
  
• Состав системы – это набор элементов, из которых состоит система.
  
• Структура – это связи и закономерности взаимодействия между элементами системы. Естественно, что структура системы может меняться в процессе ее функционирования (как, впрочем, и состав, но это происходит реже).
  

Для нормального функционирования системы важны следующие свойства:

• целостность – внутреннее единство. На любое воздействие извне система реагирует как единое целое, нельзя воздействовать на какой-либо элемент системы так, чтобы это не вызвало реакцию остальных элементов системы (хотя эта реакция может быть и достаточно мала)
  
• равновесие (способность сохранять текущее состояние или стабильно развиваться без воздействия извне)
  
• устойчивость (малое внешнее воздействие приводит к малому отклонению в состоянии)
  
• адаптивность: а) пассивная – реакция на внешнее воздействие (способность находить новое равновесное состояние после воздействия извне); б) активная – ответное воздействие на внешнюю среду
  

Классификация систем

Многообразие систем весьма велико, и признаков для их классификации также чрезвычайно много. По субстанциональному признаку (т.е. по основе), выделяют 4 класса:

1. Искусственные системы – это системы, созданные человеком. Диапазон их реализаций очень широк: от простейших механизмов до сложных комплексов.
   
2. Естественные системы – это системы, объективно существующие в действительности, в живой и неживой природе и обществе: организм, популяция, общество, вселенная и т.п.
   
3. Концептуальные системы – это системы, которые выражают образцовую действительность. Чаще всего такие системы выражают идеальную цель, к которой стремится в своем развитии система.
   
4. Виртуальные системы – это не существующие в действительности модельные или мыслительные представления реальных объектов, явлений, процессов.
   

Моделирование систем

В большинстве случаев мы не можем экспериментировать с системой. Для этих целей используются модели.

• Под моделью будем понимать специально синтезированный для удобства исследования образ реального объекта (системы), который обладает необходимой степенью подобия исходному объекту, отвечает целям исследования, сформулированным субъектом исследования, и характеризующийся комплексом элементов, определенным образом взаимосвязанным и отражающим функционирование и развитие объекта исследования (системы).
  

Следует отметить еще раз, что модель системы также является системой (виртуальной), то есть должна обладать основными характерными признаками.


Структура модели может иметь различное наполнение, которое зависит от детализации процессов, протекающих в системе и ее подсистемах. В соответствии с этим выделяют 3 класса:

1. вербальные модели – когда для характеристики функционирования элемента модели используют описания на естественном языке (например, «Чем дальше в лес, тем больше дров») или графическое представление
   
2. класс «мягких» моделей, в котором описание функционирования системы производится упрощенно. При этом «мягкая» модель представляет собой искусственную конструкцию, которая отражает одно или несколько наиболее важных свойств реального объекта. Несмотря на кажущуюся упрощенность, «мягкие» модели вполне работоспособны и находят достаточно широкое применение в экологии, экономике, биологии и т.д.
   
3. класс «жестких» моделей образуют строгие математические структуры, полученные при декомпозиции процессов на основе анализа причинно-следственных связей и установления точных количественных зависимостей между входными и выходными параметрами.
   

Последний класс допускает строгое математическое моделирование всех процессов в системе, тогда как первые два позволяют прибегнуть к методам имитационного моделирования.

Чаще всего для описания больших систем используются именно имитационные модели из-за сложности объекта исследования.

Все элементы исследуемой системы можно разделить на существенные и несущественные с сточки зрения целей исследования. Если упускаем какой-либо существенный элемент, то модель не будет адекватной.

«Жесткие» модели включают как существенные, так и несущественные свойства, что ведет к чрезвычайному усложнению модели.


Моделирование систем представляет собой циклический процесс. На первоначальном этапе происходит сбор сведений об изучаемом явлении. Затем формулируют определенные допущения об этом явлении на языке математики. Формальная модель строится на математических допущениях. При помощи математических методов, разработанных для данной математической модели, составляются математические прогнозы. Затем они переводятся с языка математики обратно на язык реального мира и интерпретируются как прогнозы для изучаемого явления. При этом прогнозы могут быть двух типов: относящиеся к ранее наблюдаемым ситуациям (они носят объяснительный характер – модель неадекватна, если она не объясняет уже произошедшие ситуации), и относящиеся к новым, ранее не наблюдавшимся ситуациям (собственно прогнозы). На заключительном этапе прогнозы сверяются с реальными данными и на основе новых данных, включающих и сведения о прогнозе, модель модифицируется.

Отметим, что, даже если построенная модель вполне адекватна исследуемой реальной системе, как мы знаем, структура системы со временем может меняться (более того - как правило, меняется), следовательно, любая математическая модель признается лишь временной.