OND_part_1_2

15

Розділ 1. ВСТУП.

Що таке наука? Наука – сфера дослідницької діяльності, що направлена на отримання нових знань про природу, суспільство та мислення.

Класифікація наук: математичні природничі суспільні

Роль математики.

Леонардо да Вінчі:

«Ніякої достовірності немає в науках там, де неможливо застосувати жодної з математичних наук, і в тому, що не має зв’язку з математикою», «Той, хто сперечається, посилаючись на авторитет, той застосовує не власний розум, а пам’ять».

Технічні науки (як окремий випадок природничих наук -

це специфічна система знань про цілеспрямоване перетворення природніх тіл і процесів в технічні об’єкти, про методи конструктивно-технічної діяльності, про способи функціонування технічних об’єктів в системі суспільного виробництва.

природничими та суспільними науками - економічна географія.

Класифікація наук.

Перелік спеціальностей, за якими проводиться захист дисертацій для здобуття наукового ступеня кандидата та доктора наук (Наказ ВАК Україны №377 от

23.06.2005):

01.фізико-математичні

02.хімічні

03.біологічні

04.геологічні

05.технічні

06.сільскогосподарські

07.історичні

08.економічні

09.філософські

10.філологічні

17

05.13.23 – системи та засоби штучного інетелекту

Нові спеціальності з «Переліку 2015»:

121 – Інженерія програмного забезпечення,

бакалавр, магістр, доктор філософії (Ph.D.)

122 – Комп’ютерні науки

бакалавр, магістр, доктор філософії (Ph.D.)

…

126 – Інформаційні системи і технології

бакалавр, магістр, доктор філософії (Ph.D.)

Науковий ступінь:

1)кандидат наук – Ph.d. in «галузь знань» («доктор философії»). Наприклад: кандидат технічних наук - Ph.D in Engineering.

2)доктор наук - Doctor of Science, D.Sc.

Вчене звання:

Офіційні вчені звання:

старший науковий співробітник, доцент, професор

- присуджується Міністерством освіти і науки України, видається спеціальний документ - Атестат.

Інші звання: Академік, член-кореспондент НАН України; дійсний член, членкореспондент галузевих академій, молодший науковий співробітник, асистент.

Розділ 2. МЕТОДОЛОГІЯ НАУКОВОГО ДОСЛІДЖЕННЯ.

Наукові заклади і наукові кадри.

Наукові дослідження проводяться в наукових закладах чи наукових підрозділах:

•науково-дослідні інститути, які входять до складу НАН України, галузевих академій;

•вищі навчальні заклади (університети);

•науково-дослідні інститути, які підпорядковані галузевим міністерствам;

•проектно-конструкторскі і технологічні інститути, лабораторії, обсерваторії, дослідні станції, полігони, ботанічні сади і заповідники, музеї, бібліотеки, архіви.

Основним структурним підрозділом внз, що здійснює навачальну та наукову діяльність, є кафедра.

Науковими підрозділами внз керує науково-дослідний сектор або науководослідна частина (НДЧ).

18

•Проблемні лабораторії, наприклад ПНДЛ АСУ, створюються для вирішення актуальних проблем науки і техніки.

•Галузеві лабораторії виконують конкретні науково-дослідні і дослідноконструкторські роботи на замовлення зацікавлених міністерств і відомств.

Класифікації наук.

В залежності від зв’язку з практикою науки поділяються на фундаментальні, досліджують основні закони об’єктивного і суб’єктивного

світу та безпосредньо не орієнтовані на практику та на прикладні, направлені на вирішення технічних, виробничих, соціальнотехнічних проблем.

Сектори науки:

академічний, галузевий, університетський і виробничий.

Системний підхід до розвитку науки.

Об’єкт дослідження розглядається не ізольовано, а як складне ціле, виявляються не тільки властивості об’єкта, а й зв’язки його частин, підсистем,

підлягають аналізу, тобто їх можна розкласти на складові, та вони представлені через взаємодію складових (компонентів).

Процес, що зворотній аналізу - синтез складної структури через відповідні зв’язки елементів для реалізації поставленої мети.

Особливість фізичених систем - процедури аналізу і синтезу найбільш ефективні, якщо вони виконуються не відразу для усієї сиситеми, а по частинам, етапами.

Приклад.

Комп’ютер можна представити найвищим системним рівнем об’єднання материнської плати, пам’яти, відеокарти, блока живлення і так далі.

Кожен з них складається з чипів, інших радіолементів, які, в свою чергу, виготовлені з різних матеріалів, які визначають розміри, функцію, форму, взаємне положення.

Одночасно в пам’яті працюючого ПК знаходиться програмне забезпечення. Як проаналізувати таку складну систему?

Спроба аналізу такого пристрою шляхом побудови математичної моделі для визначення структури та/або параметрів компонентів комп’ютера не має сенсу.

Фактичні обчислювальні витрати для вирішення подібної проблеми зазвичай дуже значні, ящо проблему пробувати вирішувати цілком, ніж якщо

математичні моделі і можливі рішення, а після цього отримані рішення вже об’єднуються в одне ціле.

На кожному рівні ієрархічного процесу аналізу/синтезу намагаються об’єднати функціональні описи підсистем і структурну інформацію про іхні взаємозв’язки для того, щоб отримати функціональний опис найбільшої системи Цей опис в совю чергу може об’єдyуватись з функціональними описами інших систем і структурною інформацією про їхні взаємозв’язки для отримання функціонального опису ще більшої системи і т.д.

Таким чином, при вивченні і побудові технічних систем необхідно постійно звертатись як до їхніх функціональних описів (наприклад, передаточних функцій), так і до структурних (принципові або блок-схеми) і т.д.

Класифікація НДР.

По типам зв’язку НДР з суспільним виробництвом:

1)роботи, метою яких є створення нових процесів, машин, приладів, конструкцій і т.д.;

2)роботи, які направлені на покращення виробничих відношень, підвищення рівня організації виробництва без створення нових засобів праці;

3)роботи в області суспільних, гуманітарних і інших наук, які направлені на вдосконалення суспільних відносин, підвищення рівня духовного життя людей

За ступенем важливості досліджень для народного господарства:

1)важливі роботи і програми, які внесені до переліку найбільш перспективних і таких, що прогнозують швидке зростання і більший економічний ефект, наприклад авіабудування;

2)роботи, що виконуються за планами НАН України;

3)роботи, що виконуються на замовлення галузевих міністерств і відомств, наприклад, у відповідності з переліком перспективних наукових напрямків Міністерства освіти України;

4)роботи, що виконуються за ініціативою науково-дослідних організацій

В залежності від джерел фінансування:

1)держбюджетні НДР, фінансуються з коштів держбюджету;

2)госпдоговірні НДР, фінансуються у відповідності до укладених договорів між оорганізаціями-замовниками, які використовують результати НДР в даній галузі, і організаціями, які виконують дослідження;

3)роботи, що фінансуються з регіонального бюджету;

4)роботи, що фінансуються приватними фірмами, банками, спонсорами.

За часом розробки НДР:

1)довготермінові, розробдюються протягом декількох років;

2)короткотермінові, виконуються зазвичай за один рік.

За цільовим призначенням НДР класифікують на три типи:

20

1)фундаментальні дослідження, направлені на створення нових принципів – розширити знання сусіпльства, більш глибоко зрозуміти закони природи, розробити нові теорії;

2)прикладні дослідження, базуються на результатах фундаментальних досліджень і направлені на створення нових методів, на основі яких розроблюють нове обладнання, нові матеріали, прилади, елементну базу та ін. – вони задовольняють потребу суспільства в розвитку конкретної галузі виробництва;

3)розробки – перетворення прикладних або теоретичних досліджень в технічні додатки, підготовка матеріалів для впровадження.

Послідовність виконання НДР. 1. Формулювання теми

Загальне знайомство з проблемою, за якою необхідно виконати дослідження та попереднє ознайомлення з літературою, формулювання теми дослідження, складання плану чи анотації (короткого плану) дослідження, розробка технічного завдання, складання загального календарного плану НДР, поереднє визначення очікуваного економічного ефекту.

2. Формулювання мети і задач дослідження

Підбір і складання бібліографічних спискф літературы та вивчення науковотехнічних звітів по темі різних організацій відповідного профілю, складання анотації джерел, складання рефератів по темі, аналіз, співставлення, критика переробленої інформації та відповідне судження по кожному проаналізованому джерелу, узагальнення переробленої інформації та висвітлення стану питання по темі, формулювання методичних висновків по огляду інформації, цілі і задачі дослідження.

3. Теоретичні дослідження

Вивчення фізичної суті, подекуди виконання пошукових (попередніх) експериментів і формулювання гіпотези, вибір, обгрунтування фізичної моделі та математизація моделі й отримання аналітичних виразів, теоретичний аналіз отриманих виразів.

4. Експериментальні дослідження

Розробка мети і задач експерименту, планування експерименту, розробка методики програми і вибір засобів вимірювань, розробка макетів, апаратів, стендів і т.п. засобів експерименту, обгрунтування способів вимірювань, проведення эесперименту в лабораторії, на полігонах, заводах і т.і., обробка результатів спостережень.

5. Аналіз і оформлення наукових досліджень

Загальний аналіз теоретико-експериментальних досліджень, співставлення експериментів з теорією, аналіз розбіжностей, уточнення теоретичних моделей, досліджень і висновків, додаткові експерименти в разі необхідності, перетворення гіпотези в теорію, формулювання наукових і виробничих висновків, співставлення науково-технічного звіту, рецензування і співставлення доповіді, виправлення рукопису.

21

Етапи наукового дослідження.

1)виникнення ідеї;

2)формування понять, міркувань;

3)висування гіпотез;

4)узагальнення наукових факторів;

5)перевірка та доведення правильності гіпотез і міркувань.

Наукова ідея - інтуітивне пояснення явища без проміжної аргументації, без усвідомлення усієї сукупності зв’язків, на основі яких робиться висновок. Вона базується на наявному знанні, але викриває закономірності, які раніше не помічені. Свою специфічну матеріалізацію ідея знаходить в гіпотезі.

Парадокс в широкому сенсі - це твердження, яке різко розходиться з загальноприйтнятною, усталеною точкою зору, заперчення того, що представляється «безумовно правильним».

Парадокс у вузькому сенсі - це два протилежних твердження, для кожного з яких вже існують аргументи, які вважаються переконливими.

Парадоксальність є характерною рисою сучасного наукового пізнання світу. Основні шляхи розв’язання парадоксів: ускнення помилок ошибок в логіці доведень; вдосконалення вихідних суджень в даній системі знань.

Якщо гіпотеза узгоджується з фактами, які спостерігаються, то в науці її називають теорією або законом.

Теорія (від лат. theoreo - розглядаю) - це система узагальненого знання, пояснення тих чи інших сторін дійсності.

Теорія є духовним, уявним відображенням і відтворенням реальної дійсності. Вона виникає в результаті узагальнення пізнавальної діяльності і практики. Це узагальнений досвід в свідомості людей. Структуру теорії формують принципи, аксіоми, закони, судження, положення, поняття, категорії і факти.

Гіпотеза і Закон.

Гіпотеза - це припущення про причину, яка викликає даний наслідок.

В процесі пізнання кожна гіпотеза піддається перевірці, в результаті якої встановлюється, що наслідки, які випливають з гіпотези, дійсно співпадають з явищами, які спостерігаються, та що дана гіпотеза не протирічить жодним іншим гіпотезам, які вважаються вже доведеними.

З накопиченням нових фактів одна гіпотеза може бути замінана на іншу лише в тому випадку, якщо ці нові факти не можна пояснити старою гіпотезою або вон їй протирічать. При цьому часто стара гіпотеза не відкидається повністю, а лише виправляється й уточнюється. По мірі уточнення й виправлення гіпотеза перетворюється в закон.

22

Закон - внутрішній, істотний зв'язок явищ, що обумовлює їхній необхідний закономірний розвиток. Закон висловлює певний стійкий зв'язок між явищами або властивостями матеріальних об'єктів.

Закон, який знайдено шляхом здогадки, поівнен бути потім логічно доведений, тільки тоді він визнається наукою. Для доведення закону наука використовує міркування, які були раніше визнані істинними і з яких логічно випливає міркування, яке доводиться.

Іноді в рівній мірі виявляються доказовими суперечливі судження. У таких випадках говорять про виникнення феномена в науці, що завжди свідчить про наявність помилок в логіці доказів або неспроможності вихідних суджень в даній системі.

Принцип - це правило, що виникло в результаті суб'єктивно осмисленого досвіду людей. Під принципом у науковій теорії розуміється саме абстрактне визначення ідеї (початкова форма систематизації знань).

Вихідні положення наукової теорії називаються постулатами або аксіомами.

Аксіома і Теорія.

Аксіома (постулат) - це положення, яке береться в якості вихідного, недоведеного в даній теорії, і з якого виводяться усі інші пропозиції і висновки теорії по заздалегідь фіксованим правилам. Аксіоми очевидні без доказів. У сучасній логіці і методології науки постулат і аксіома зазвичай використовуються як еквівалентні.

Теорія складається з відносно жорсткого ядра і його захисного пояса. У ядро входять основні принципи.

Захисний пояс теорії містить допоміжні гіпотези, що конкретизують її ядро. Цей пояс визначає проблеми, що підлягають подальшому дослідженню, передбачає факти, які не узгоджуються з теорією, і тлумачить їх так, що вони перетворюються в приклади, що підтверджують її.

Теорія є найбільш розвиненою формою узагальненого наукового пізнання. Вона містить в собі не тільки знання основних законів, а й пояснення фактів на їх основі. Теорія дозволяє відкривати нові закони і передбачати майбутнє.

Наукове дослідження.

Формою здійснення і розвитку науки є наукове дослідження - вивчення явищ і процесів, аналіз впливу на них різних факторів, а також вивчення взаємодії між явищами з метою отримання переконливо доведені і корисні для науки і практики вирішення з максимальним ефектом.

Методи дослідження.

23

Метод - спосіб теоретичного дослідження або практичного здійснення будьякого явища або процесу.

Метод визначає необхідність і місце застосування індукції і дедукції, аналізу і синтезу, порівняння теоретичних і експериментальних досліджень.

Часто в якості загального методу використовується математичний метод, тобто метод кількісного вивчення явищ і процесів, зокрема, з використанням комп'ютера.

Методологія - це сукупність методів, способів, прийомів, їх певна послідовність, схема, прийнята при розробці НД. Важливу роль в НД грають пізнавальні завдання, що виникають при вирішенні наукових проблем.

Найбільший інтерес представляють емпіричні та теоретичні завдання.

Емпіричні задачі.

3акон - внутрішній, істотний зв'язок явищ, що обумовлює їх необхідний закономірний розвиток. Закон висловлює певний стійкий зв'язок між явищами або властивостями матеріальних об'єктів. Закон, який знайдено шляхом здогадки, повинен бути потім логічно доведений, тоді він визнається наукою.

Теоретичні задачі.

Теоретичні завдання - спрямовані на вивчення і виявлення причин, зв'язків, залежностей, що дозволяють встановити поведінку об'єкта, визначити і вивчити його структуру, характеристику на основі розроблених в науці принципів і методів пізнання.

Теоретичні завдання формулюють так, щоб їх можна було перевірити емпірично.

У рішенні емпіричних і особливо теоретичних завдань НД важлива роль належить логічному методу пізнання, що дозволяє на основі аналітичних трактувань пояснювати явища і процеси, висувати різні припущення і ідеї, встановлювати шляхи їх вирішення.

Система знань представляється у вигляді наукових фактів, понять, принципів, гіпотез, теорій, які дозволяють передбачати події і керувати громадськими і виробничими відносинами і продуктивними силами.

Цей систематизований досвід характеризується рядом ознак: 1.Загальність - тобто система наукових знань належить всім.

2.Верифікованість і відтворюваність

3.Стійкість - швидке старіння знань свідчить про недостатню їх глибині і узагальненості, неточності прийнятих гіпотез і виявлених законів систематизація:

1) науки про суспільство - суспільні (гуманітарні) науки; 2) науки про природу - природничі науки.

24

Наукові дослідження, їхні особливості та класифікація.

Керувати процесом видобутку нової інформації важко.

До 1-ї половини ХХ століття вважалося, що взагалі неможливо. У науці ризик неминучий.

При виконанні фундаментальних НДР ймовірність успіху не перевищує 10%. При виконанні прикладних НДР ризик менше і ймовірність успіху досягає 90%. Творчість - це завжди ризик, негативний результат - це теж результат, іноді дуже цінний.

Якісні показники наукових досліджень в 20 і 21 столітті визначаються обвальним прискоренням зміни етапів розвитку апаратних і програмних засобів:

I - лампова радіоелектроніка - перші ЕОМ, перші поняття про математичному забезпеченні ЕОМ;

II - транзисторна радіоелектроніка - поява стійких обчислювачів, розвитку понять математичне забезпечення і поява понять про лінгвістичному забезпеченні ЕОМ, поділ даних і програм бурхливий розвиток методів обробки даних (Кнут, Вірт);

III - БІС, розвиток математичного і лінгвістічекіх забезпечення ЕОМ, мов програмування (Страуструп);

IV - НВІС, епоха мікрочіпів, бурхливий розвиток лінгвістичного інструментарію.

Розділ 3. МАТЕМАТИЧНІ МЕТОДИ В НАУКОВИХ ДОСЛІДЖЕННЯХ.

Математичне формулювання завдання зазвичай представляється у вигляді чисел, геометричних образів, функцій, систем рівнянь і т.д.

Математична модель являє собою систему математичних співвідношень - формул, функцій, рівнянь, систем рівнянь, що описують ті чи інші сторони досліджуваного об'єкта, явища, процесу.

На етапі вибору типу математичної моделі за допомогою аналізу даних пошукового експерименту встановлюються: лінійність або нелінійність, динамічність або статичність, стаціонарність або нестаціонарність, а також ступінь детермінованості досліджуваного об'єкта або процесу.

Вибір математичного апарату для побудови математичної моделі.