Министерство образования и науки Российской Федерации Учебно-методическое объединение вузов по образованию в области информационной безопасности сборник примерных программ учебных дисциплин по направлению подготовки (специальности)
Вид материала | Документы |
- Министерство образования и науки Российской Федерации Учебно-методическое, 3299.35kb.
- Ступности (государственной, воинской, транснациональной и иной) мы будем, 86.46kb.
- Лекция по теме № Условия конкретного преступления, 298.33kb.
- Расписание занятий на цикле сертификационного усовершенствования для интернов, 88.88kb.
- Министерство образования Российской Федерации Министерство путей сообщения Российской, 653.58kb.
- Министерство образования Российской Федерации Министерство путей сообщения Российской, 657.68kb.
- Общая характеристика работы Актуальность темы, 398.26kb.
- Рекомендации по организации профилактической работы, направленной на предупреждение, 1352.37kb.
- История исторической науки, 496.22kb.
- Министерство здравоохранения и социального развития Российской Федерации Государственное, 408.11kb.
1. Цели и задачи дисциплины: Учебная дисциплина «Теория вероятностей и математическая статистика» реализует требования федерального государственного образовательного стандарта высшего профессионального образования по направлению подготовки (специальности) 090302 «Информационная безопасность телекоммуникационных систем».
Цель дисциплины – ознакомить обучаемых с основными понятиями и методами теории вероятностей, теории случайных процессов и математической статистики, обеспечить теоретическую и практическую подготовку специалистов к деятельности, связанных с проектированием, созданием, исследованием и эксплуатацией систем обеспечения информационной безопасности телекоммуникационных систем в условиях существования угроз в информационной сфере.
Задача дисциплины – привить обучаемым навыки использования рассматриваемого математического аппарата в профессиональной деятельности и воспитать у обучаемых высокую культуру мышления, т.е. строгость, последовательность, непротиворечивость и основательность в суждениях, в том числе и в повседневной жизни.
Учебная дисциплина «Теория вероятностей и математическая статистика» является составной частью профессионального образования по направлению подготовки (специальности) 090302 «Информационная безопасность телекоммуникационных систем».
2. Место дисциплины в структуре ООП: «Теория вероятностей и математическая статистика» входит в математический и естественнонаучный цикл (базовая часть) и относится к числу фундаментальных математических дисциплин, поскольку служит основой для изучения учебных дисциплин как математического и естественнонаучного, так и профессионального цикла.
Знания, полученные обучаемыми по дисциплине «Теория вероятностей и математическая статистика», непосредственно используются при изучении дисциплин базового цикла:
- «Физика»;
- «Теория информации и кодирования».
Учебная дисциплина «Теория вероятностей и математическая статистика» составит основу и циклов дисциплин специализаций и профессиональных дисциплин.
3. Требования к результатам освоения дисциплины:
Процесс изучения дисциплины направлен на формирование следующих компетенций:
способность логически верно, аргументировано и ясно строить устную и письменную речь на русском языке, готовить и редактировать тексты профессионального назначения, публично представлять собственные и известные научные результаты, вести дискуссии (ОК-7);
способность к логически-правильному мышлению, обобщению, анализу, критическому осмыслению информации, систематизации, прогнозированию, постановке исследовательских задач и выбору путей их решения на основании принципов научного познания (ОК-9);
способность самостоятельно применять методы и средства познания, обучения и самоконтроля для приобретения новых знаний и умений, в том числе в новых областях, непосредственно не связанных со сферой деятельности, развития социальных и профессиональных компетенций, изменения вида своей профессиональной деятельности (ОК-10);
способность выявлять естественнонаучную сущность проблем, возникающих в ходе профессиональной деятельности, и применять соответствующий физико-математический аппарат для их формализации, анализа и выработки решения (ПК-1);
способность применять математический аппарат, в том числе с использованием вычислительной техники, для решения профессиональных задач (ПК-2);
способность применять современные методы исследования с использованием компьютерных технологий (ПК-12);
В результате изучения дисциплины обучаемый должен:
Знать:
- основные понятия и методы теории вероятностей;
- основные понятия и методы математической статистики;
Уметь:
- применять стандартные методы и модели к решению типовых теоретико-вероятностных и статистических задач;
- пользоваться расчетными формулами, таблицами, компьютерными программами при решении статистических задач;
- работать с пакетами прикладных программ решения типовых математических задач;
Владеть:
- навыками применения стандартных теоретико-вероятностных и статистических методов при решении прикладных задач;
- навыками пользования библиотеками прикладных программ и пакетами программ для решения прикладных математических задач;
4. Объем дисциплины и виды учебной работы
-
Вид учебной работы
Всего часов / зачетных единиц
Семестры
3
4
Аудиторные занятия (всего)
72/2
36
36
В том числе:
-
-
-
Лекции
36
18
18
Практические занятия (ПЗ)
32
16
16
Семинары (С)
-
-
-
Лабораторные работы (ЛР)
-
-
-
Контрольные работы (КР)
4
2
2
Самостоятельная работа (всего)
72/2
36
36
В том числе:
-
-
-
Курсовой проект (работа)
-
-
-
Расчетно-графические работы
-
-
-
Реферат
-
-
-
Домашнее задание
20
10
10
Другие виды самостоятельной работы
43
17
26
Вид промежуточной аттестации (зачёт)
9
9
-
Вид итоговой аттестации (экзамен)
36
-
36
Общая трудоемкость часы
зачётные единицы
180
72
108
5
2
3
5. Содержание дисциплины
5.1. Содержание разделов дисциплины
Раздел 1. Теория вероятностей.
Тема 1. Алгебра событий.
Понятие события в теории вероятностей, Операции над событиями и их основные свойства. Теоретико-множественная аналогия Изображение событий в виде диаграмм Венна. Пространство элементарных событий, -алгебра.
Тема 2. Вероятностное пространство.
Аксиомы вероятности. Классическое определение вероятности. Геометрические вероятности. Статистическое определение вероятности.
Тема 3. Основные теоремы теории вероятностей.
Теорема сложения. Зависимость совпадений, Условные вероятности. Теорема умножения. Формула полной вероятности. Формула переоценки гипотез. Полиномиальная схема. Схема Бернулли.
Тема 4. Одномерные случайные величины.
Определение случайной величины. Закон распределения случайной величины. Функция распределения и её свойства. Дискретные случайные величины. Ряд распределения. Функция распределения дискретной случайной величины. Непрерывные случайные величины. Плотность распределения и её свойства.
Тема 5. Числовые характеристики случайных величин.
Математическое ожидание, дисперсия случайных величин и их свойства. Моменты. Производящие и характеристические функции. Неравенство Чебышева.
Тема 6. Основные распределения случайных величин.
Геометрическое, гиперболическое распределения Бернулли. Распределение Пуассона Нормальное, показательное, равномерное распределения. Предельные теоремы.
Тема 7. Многомерные случайные величины.
Непрерывные и дискретные двумерные случайные величины. Функция распределения, Матрица распределения. Плотность распределения.
Тема 8. Числовые характеристики многомерных случайных величин.
Центральные и начальные моменты. Корреляционный момент. Коэффициент корреляции. Корреляционная матрица.
Тема 9. Функции случайных величин.
Функции одного и двух случайных аргументов. Числовые характеристики. Плотность распределения. Получение значений случайной величины с заданным законом распределения на основании равномерной случайной величины.
Тема 10. Предельные теоремы.
Теорема Чебышева. Закон больших чисел. Теорема Муавра-Лапласа и ее следствия.
Раздел 2. Случайные процессы.
Тема 11. Основные понятия.
Случайные процессы: основные понятия, классификация. Ковариационная и корреляционная функции случайного процесса.
Стационарные случайные процессы в узком и широком смысле. Спектральная функция и спектральная плотность.
Пуассоновский случайный процесс. Простейший поток однородных событий, его связь с пуассоновским процессом.
Винеровский случайный процесс, броуновское движение. Понятие о принципе отражения.
Тема 12. Дискретные цепи Маркова.
Конечные однородные цепи Маркова. Переходные вероятности. Уравнения Колмогорова–Чепмена. Простейшая классификация состояний конечной цепи Маркова. Стационарное распределение цепи Маркова, система уравнений для вычисления стационарного распределения.
Тема 13. Марковские процессы с непрерывным временем.
Марковский однородный процесс с непрерывным временем и конечным множеством состояний. Переходные вероятностные функции. Интенсивности переходов. Системы прямых и обратных дифференциальных уравнения Колмогорова. Стационарное распределение и система уравнений для его отыскания.
Раздел 3. Математическая статистика.
Тема 14. Выборочный метод.
Вариационные ряды. Эмпирическая функция распределения. Полигон и гистограмма. Выборочные моменты.
Тема 15. Оценки параметров распределения.
Точечные оценки Метод моментов. Метод наибольшего правдоподобия Интервальные оценки неизвестных параметров.
Тема 16. Статистическая проверка гипотез.
Ошибки 1 и 2 рода. Уровень значимости и мощность критерия. Критерии согласия. Проверка гипотезы о виде распределения критериями Пирсона и Колмогорова. Распределения, встречающиеся в задачах математической статистики: распределение χ2, Стьюдента, Фишера.
Тема 17. Метод статистических испытаний.
Разыгрывание дискретной случайной величины. Разыгрывание непрерывной случайной величины. Расчет надёжности простейших систем методом Монте-Карло.
5.2 Разделы дисциплины и междисциплинарные связи с обеспечиваемыми (последующими) дисциплинами
№ п/п | Наименование обеспе-чиваемых (последую-щих) дисциплин | № № разделов данной дисциплины, необходимых для изучения обеспечиваемых (последующих) дисциплин | ||
1 | 2 | 3 | ||
1. | Физика | Х | Х | |
2. | Теория информации и кодирования | Х | Х | Х |
5.3. Разделы дисциплин и виды занятий
№ п/п | Наименование раздела дисциплины | Лекц. | Практ. зан. | Лаб. зан. | Семин. | СРС | Все-го |
1. | Теория вероятностей. | 18 | 18 | - | - | 36 | 72 |
2. | Случайные процессы | 8 | 8 | - | - | 16 | 32 |
3. | Математическая статистика. | 10 | 10 | - | - | 20 | 40 |
6. Лабораторный практикум
7. Примерная тематика курсовых проектов (работ)
не предусмотрены
8. Учебно-методическое и информационное обеспечение дисциплины:
а) основная литература
- Гмурман В.Е. Руководство к решению задач по теории вероятностей и математический статистике. М., Высшая школа. 2003.
- Гмурман В.Е. Теория вероятностей и математическая статистика. М., Высшая школа. 2005.
- Севастьянов Б.А. Курс теории вероятностей и математической статистики. Ижевск: ИКИ, 2004.
- Вентцель Е.С., Овчаров Л.А. Теория случайных процессов и её инженерные приложения. М., Высшая школа, 2000.
б) дополнительная литература
- Вентцель Е.С., Овчаров Л.А. Теория вероятностей и её инженерные приложения. М., Высшая школа, 2000.
- Васильев А. Maple 8. Серия: Самоучитель. Изд-во: Вильямс, 2003.
- Курбатова Е. А. Matlab 7. Серия: Самоучитель. Изд-во: Вильямс, 2006.
- Поршнев С.В. Mathematica 7. Серия: Основы работы и программирования. Изд-во: Бином, 2006.
- Тюрин Ю.Н., Макаров А.А. Анализ данных на компьютере. Изд-во: Инфра-М. 2003.
в) программное обеспечение
- пакеты прикладных математических программ STADIA, MATHLAB, MATHEMATICA или MAPLE для выполнения домашнего задания по разделам учебной дисциплины.
г) базы данных, информационно-справочные и поисковые системы
- вузовские электронно-библиотечные системы учебной литературы.
- база научно-технической информации ВИНИТИ РАН
Электронно-библиотечная система должна обеспечивать возможность индивидуального доступа каждого обучающегося из любой точки, в которой имеется доступ к сети Интернет.
9. Материально-техническое обеспечение дисциплины:
- компьютерный класс для выполнения домашних заданий с использованием пакетов прикладных программ.
10. Методические рекомендации по организации изучения дисциплины:
10.1. Рекомендуемые модули внутри дисциплины:
Модули соответствуют разделам дисциплины.
10.2. Образовательные технологии, а также примеры оценочных средств текущего контроля успеваемости и промежуточной аттестации:
Примерным учебным планом на изучение курса отводится 180 часов в третьем и четвёртом семестрах. При этом 72 часа используется для аудиторных занятий. В конце третьего семестра целесообразно предусмотреть зачёт, а в конце четвёртого семестра – экзамен. На подготовку и сдачу зачёта и экзамена по ФГОС и примерному учебному плану выделяется дополнительно 9 часов и 36 часов соответственно. При изучении дисциплины целесообразно провести по одной контрольной работе и выдать по одному домашнему заданию в каждом семестре. Для выполнения одного домашнего задания выделяется 10 часов самостоятельной работы и 2 часа на защиту в рамках практических занятий. При разработке домашнего задания рекомендовать обучаемым использовать пакеты прикладных математических программ STADIA, MAPLE, MATHEMATICA или MATHLAB. Представляется полезным ориентировать обучаемых на использование в самостоятельной работе вузовских электронно-библиотечных систем учебной литературы и базы научно-технической информации ВИНИТИ РАН через сеть Интернет.
При проведении занятий по учебной дисциплине рекомендуется следовать и традиционным технологиям, в частности, в каждом разделе курса выделять наиболее важные моменты и акцентировать на них внимание обучаемых.
Предлагается:
- При чтении лекций по всем разделам программы иллюстрировать теоретический материал большим количеством примеров, что позволит сделать изложение наглядным и продемонстрировать обучаемым приёмы решения задач.
- При изучении всех разделов программы добиться точного знания обучаемыми основных исходных понятий и фактов теории.
- При изучении первого раздела дисциплины (теории вероятностей) обратить особое внимание на структуру вероятностных экспериментов (экспериментов с непредсказуемыми исходами) и алгоритм построения их вероятностных моделей (вероятностных пространств);
- При изучении второго раздела дисциплины (случайных процессов) обратить внимание на интерпретацию случайного процесса как процесса изменения во времени состояний некоторой системы (технической, природной и т.д.);
- При изучении третьего раздела дисциплины (математической статистики) подробно остановиться на понятии случайной выборки, в частности, выявить многозначность этого понятия, указать различие между теоретической случайностью и практической случайностью (репрезентативностью) выборок.
10.3. Рекомендуемый перечень тем практических занятий:
- Вероятностные эксперименты (эксперименты с непредсказуемыми исходами). Вероятностные пространства. Построение вероятностных пространств для вероятностных экспериментов.
- Конечное вероятностное пространство с классическим типом вероятности. Обоснование типа вероятности.
- Условные вероятности и независимость. Формула полной вероятности и формулы Байеса.
- Биномиальная схема испытаний. Полиномиальная схема испытаний.
- Применение классических предельных теорем в приближенных расчетах.
- Случайные величины на вероятностных пространствах: явное задание и вычисление распределений.
- Случайные величины на вероятностных пространствах: вычисление числовых характеристик (математического ожидания, дисперсии, моментов).
- Случайные величины на вероятностных пространствах: доказательство независимости и вычисление характеристик зависимости (ковариации и коэффициента корреляции).
- Основные понятия математической статистики. Первичная статистическая обработка случайной выборки. Разбор понятия репрезентативной выборки.
- Точечное оценивание параметров распределений. Проверка несмещённости и состоятельности различных оценок.
- Построение доверительных интервалов для параметров различных распределений.
- Статистические гипотезы. Критерий проверки гипотез. Вероятности ошибок при проверке гипотез. Проверка простых гипотез о значении параметров нормального распределения.
- Дискретные цепи Маркова. Классификация состояний. Вычисление стационарных и финальных распределений.
- Марковский однородный процесс с непрерывным временем и конечным множеством состояний. Переходные вероятностные функции. Интенсивности переходов. Системы прямых и обратных дифференциальных уравнения Колмогорова. Стационарное распределение и система уравнений для его отыскания.
- Пуассоновский и винеровский случайные процессы.
10.4. Рекомендуемый перечень тем домашней работы (задания):
- Основные распределения случайных величин;
- Выборочный метод;
- Статистическая проверка гипотез.
10.5. Рекомендуемый перечень тем контрольных работ:
- Классическая и геометрическая вероятность. Классические предельные теоремы. Распределения случайных величин. Числовые характеристики распределений.
- Точечные и интервальные оценки параметров распределений. Проверка статистических гипотез.