Солоп С.А. Математическое моделирование систем и процессов. 2017
.pdf-обеспечивает целенаправленное функционирование при изменяющихся внутренних или внешних условиях;
-не обеспечивает целенаправленного функционирования при изменяющихся внутренних или внешних условиях;
-обеспечивает нецеленаправленное функционирование при изменяющихся внутренних или внешних условиях;
-не обеспечивает целенаправленного функционирования при неизменяющихся внутренних или внешних условиях.
17 Пример управляемой системы – это:
-движение автотранспорта;
-плановое ценообразование;
-обучение студентов;
-стихийные явления природы;
-поведение покупателей на рынке.
18 Неуправляемая система – это система, которая:
-обеспечивает целенаправленное функционирование при изменяющихся внутренних или внешних условиях;
-не обеспечивает целенаправленного функционирования при изменяющихся внутренних или внешних условиях;
-обеспечивает нецеленаправленное функционирование при изменяющихся внутренних или внешних условиях;
-не обеспечивает целенаправленного функционирования при неизменяющихся внутренних или внешних условиях.
19 Пример неуправляемой системы – это: - движение автотранспорта; - плановое ценообразование; - обучение студентов;
- стихийные явления природы; - поведение покупателей на рынке.
20 Управляемая система состоит: - из объекта управления;
- аппарата, осуществляющего управление; - внешней среды;
- организации различных процессов для достижения намеченной цели; - субъекта управления.
21 Замкнутая система управления есть:
-объект управления;
-аппарат управления;
-внешняя среда;
-объект управления во взаимодействии с аппаратом управления.
21
22Индуктивный (классический) подход при рассмотрении, анализе и синтезе систем состоит:
- в изучении системы путем перехода от частного к общему и дальнейшего синтеза системы путем слияния ее компонент; - переходе от общего к частному при выделении исследуемого объекта из окружающей среды на основе цели; - определении структуры системы;
- определении совокупности связей между элементами системы.
23Системный подход при рассмотрении, анализе и синтезе систем состо-
ит:
- в изучении системы путем перехода от частного к общему и дальнейшего синтеза системы путем слияния ее компонент; - переходе от общего к частному при выделении исследуемого объекта из окружающей среды на основе цели; - определении структуры системы;
- определении совокупности связей между элементами системы.
24Система количественно характеризуется … , выражающими отношение между эталоном и исследуемой величиной.
25Система качественно характеризуется с помощью метода… … .
26Параметры – это … количественных характеристик при описании системы.
27Состояние элемента системы определяется … … , который каждой характеристике ставит в соответствие значение ее параметра.
28Зависимыми переменными (при моделировании) являются … … .
29Выходной траекторией является … ... выходных характеристик от времени.
30Законом функционирования (функцией преобразования, передаточной функцией) называется зависимость … … от входных воздействий, воздействий внешней среды, внутренних параметров.
31Пространством состояний объекта называется совокупность всех возможных значений … .
32Устойчивые связи – это связи, существующие постоянно в течение рассматриваемого … … .
33Неустойчивые связи – это связи, которые возникают … .
22
34 Статистически устойчивые связи – это связи, проявление которых с течением времени стремится к … .
35 Связи могут определять отношения … , … , … , … .
36 Связи могут быть … , … , … , … .
37 Внешняя среда – это … существующих вне системы элементов любой природы, оказывающих влияние на систему или находящихся под ее воздействием.
38 Внешние факторы делятся на … , … , … , … , … .
39 Стимулирующие факторы – это … … .
40 Регулирующие факторы – это … … полета летательного аппарата по командам центра управления.
41 Возмущающие факторы – это … … полета летательного аппарата от метеоритного дождя.
42 Разрушающие факторы – это … … при движении поездов.
43 Иерархическая структура – это … … … совокупность институтов, наделенных властными полномочиями от имени государства.
23
1.2 Основные понятия моделирования
О. М о д е л ь (лат. modus – мера, франц. modele – образец):
Искусственно созданный о б ъ е к т в виде:
1)схемы;
2)чертежа;
3)логико-математических знаковых формул;
4)физической конструкции и т. п.
О. М о д е л ь – это абстрактное описание системы, уровень детализации которого определяется исследователем.
З-е. Этапы моделирования состоят:
-в определении цели;
-определении границы системы;
-определении уровня детализации процессов моделирования;
-учете критерия эффективности функционирования системы;
-учете альтернативных решений.
З-е. Модель аналогична (подобна, сходна) исследуемому объекту (плотине, кораблю, самолету, ракете, космической станции и т. п.).
З-е. Отображает и воспроизводит в более простом, уменьшенном виде структуру, свойства, взаимосвязи и отношения между элементами исследуемого объекта, непосредственное изучение которого связано:
1)с трудностями;
2)большими затратами средств и энергии;
3)недоступно.
З-е. Модели подразделяют на три типа:
1)физические;
2)вещественно-математические;
3)логико-математические. Физические модели:
1)имеют природу, сходную с природой изучаемого объекта;
2)отличаются от него:
-размерами,
-скоростью течения исследуемых явлений,
-иногда материалом.
Вещественно-математические модели:
1)имеют отличную от прототипов физическую природу;
2)допускают одинаковое с оригиналом математическое описа-
ние.
24
Логико-математические модели конструируются из знаков. Это абстрактные модели, которые строятся как исчисления. Моделирование базируется на умозаключении по аналогии.
Математические схемы моделирования учитывают следующие подходы: детерминированный, стохастический, универсальный.
Виды моделей – это модели дескриптивные, оптимизационные, многокритериальные, игровые.
Оптимизационные модели предназначены для случаев, когда необходимо управлять процессом.
Многокритериальные модели предназначены для случаев с несколькими целями.
Игровые модели предназначены для конфликтных ситуаций.
Модели теоретической механики относятся к моделям дескриптив-
ным.
Модель сетевого планирования относится к моделям оптимизацион-
ным.
Дескриптивные модели предназначены для описания различных процессов в разных отраслях знаний, но математическое описание их принадлежит к одному классу.
Модель увеличения производства какого-то товара при одновременном уменьшении себестоимости и улучшении качества относится к моделям многокритериальным.
Модель азартных карточных игр относится к моделям игровым.
Термины математики
–модель
–этапы моделирования
–типы моделей
–физические модели
–вещественно-математические модели
–логико-математические модели
–подходы к моделированию
–виды моделей
–модели дескриптивные
–модели оптимизационные
–модели многокритериальные
–модели игровые
25
Тесты
1 Элементы системы:
- неделимая часть системы; - не отличаются друг от друга выполняемыми функциями;
- не отличаются друг от друга состояниями; - не отличаются друг от друга входами и выходами.
2 Элементы системы:
- не могут рассматриваться как системы; - могут быть описаны качественно; - не могут быть описаны количественно;
- не описываются множеством параметров.
3 Параметры, в зависимости от характера и природы соответствующего элемента системы, могут быть:
-постоянными;
-переменными;
-не детерминированными;
-не стохастическими;
-прерывными.
4 Систему можно представить:
-как совокупности входных воздействий и выходных характеристик, воздействий внешней среды;
-как совокупности воздействий внешней среды;
-как совокупности внутренних параметров системы;
-как совокупности выходных характеристик.
5 Независимыми переменными (при моделировании) являются:
- входные воздействия, воздействия внешней среды, внутренние параметры; - воздействия внешней среды;
- внутренние параметры; - выходные характеристики.
6 Структура системы:
-совокупность связей между элементами системы, отражающая их взаимодействие;
-может изучаться извне и изнутри;
-может изучаться с точки зрения состава отдельных элементов системы и отношений между ними;
-может изучаться с точки зрения анализа свойств системы, приводящих к достижению намеченной цели.
26
7 Модель – это искусственно созданный объект в виде:
-схемы, чертежа, логико-математических знаковых формул, физической конструкции;
-чертежа;
-логико-математических знаковых формул;
-физической конструкции.
8 Модели делятся:
-на физические;
-вещественно-математические;
-логико-математические;
-вещественно-логические;
-физико-математические.
9 Физические модели:
-имеют природу, сходную с природой изучаемого объекта;
-отличаются от объекта размерами;
-отличаются от объекта скоростью течения исследуемых явлений;
-имеют отличную от прототипов физическую природу;
-допускают одинаковое с оригиналом математическое описание;
-конструируются из знаков.
10 Вещественно-математические модели:
- имеют природу, сходную с природой изучаемого объекта; - отличаются от объекта размерами;
- отличаются от объекта скоростью течения исследуемых явлений; - имеют отличную от прототипов физическую природу; - допускают одинаковое с оригиналом математическое описание; - конструируются из знаков.
11 Модель – это:
- абстрактное описание системы, уровень детализации которого определяется исследователем; - неформализованное представление об объекте исследования с точки зре-
ния поставленной цели; - объект, который в процессе изучения замещает объект-оригинал;
- объект, который в процессе изучения замещает объект-оригинал. 12 Этапы моделирования состоят:
-в определении цели;
-определении границы системы;
-определении уровня детализации процессов моделирования;
-учете критерия эффективности функционирования системы;
-учете альтернативных решений.
27
13 Логико-математические модели конструируются из … .
14 Математические схемы моделирования учитывают следующие подходы
… , … , … .
15 Виды моделей – это модели … , … , … , … .
16 Дескриптивные модели предназначены для описания различных процессов в разных отраслях знаний, но математическое описание их принадлежит к … … .
17 Оптимизационные модели предназначены для случаев, когда необходимо … … .
18 Многокритериальные модели предназначены для случаев с … … .
19 Игровые модели предназначены для … … .
20 Модели теоретической механики относятся к моделям … .
21 Модель сетевого планирования относится к моделям … .
22 Модель увеличения производства какого-то товара при одновременном уменьшении себестоимости и улучшении качества относится к моделям
… .
23 Модель азартных карточных игр относится к моделям … .
28
Г л а в а 2 . С Р Е Д С Т В А М О Д Е Л И Р О В А Н И Я
СИ С Т Е М И П Р О Ц Е С С О В
2.1Используемые понятия математики
О. |
В ы с к а з ы в а н и е |
– повествовательное предложение, которое |
||||||
|
можно охарактеризовать как истинное или ложное, но не как то и дру- |
|||||||
|
гое вместе. |
|
|
|
|
|
||
О. |
О т р и ц а н и е – предложение, видоизменное словом «не». |
|||||||
О. |
К о н ъ ю н к ц и я |
– |
предложение, образованное соединением двух |
|||||
|
предложений словом «и». |
|||||||
О. |
Д и з ъ ю н к ц и я |
– |
предложение, образованное соединением двух |
|||||
|
предложений словом «или». |
|||||||
О. |
И м п л и к а ц и я |
– |
предложение, образованное соединением двух |
|||||
|
предложений словами «если…, то…». |
|||||||
О. |
Э к в и в а л е н ц и я |
– предложение, образованное соединением двух |
||||||
|
предложений словами «…тогда и только тогда, когда…». |
|||||||
З-е. Обозначения логических связок: |
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
||
|
A – отрицание A ; |
|
|
|
||||
|
A B – конъюнкция A и B ; |
|||||||
|
A B – дизъюнкция A и B ; |
|||||||
|
A B – импликация A и B ; |
|||||||
|
A B – эквиваленция A и B . |
|||||||
О. |
О т о б р а ж е н и е |
множества X в множество Y – соответствие f , |
||||||
|
которое каждому элементу x из X относит элемент из Y . |
|||||||
О. |
Ч и с л о в а я о с ь – прямая, каждой точке которой поставлено во вза- |
|||||||
|
имно однозначное соответствие вещественное число. |
|||||||
О. |
Ф у н к ц и я о д н о г о |
п е р е м е н н о г о – правило f , которое каж- |
||||||
|
дому элементу x |
из |
X |
(числового множества) ставит в соответствие |
||||
|
элемент y из Y (числового множества). |
|||||||
О. |
Ф у н к ц и я м н о г и х |
п е р е м е н н ы х – правило f , которое каж- |
||||||
|
|
|
X1,..., Xn (числового множества) |
|||||
|
дому элементу x x1,..., xn из X |
|||||||
|
ставит в соответствие элемент y из Y (числового множества). |
|||||||
29
О. |
П р е д е л ч и с л о в о й |
п о с л е д о в а т е л ь н о с т и |
sn |
– число |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
A , такое, что для любого положительного числа |
|
существует це- |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
лое |
положительное |
число |
N |
(зависящее |
|
от |
|
|
|
), |
что |
||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
n N |
sn A |
. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||
О. |
П р е д е л ф у н к ц и и |
f x |
при x a |
|
a |
|
|
|
|
– число |
A , такое, |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
что для любого положительного числа |
|
|
существует положитель- |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
ное число |
(зависящее от |
), что 0 |
|
x a |
|
|
|
|
|
f x A |
|
. |
|||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
О. |
П р е д е л ф у н к ц и и |
f x1, x2 ,..., xn при x1 |
a1 |
|
a1 |
|
|
– функ- |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
ция |
A x2 ,..., xn , такая, |
что для любого положительного числа |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
существует |
положительное |
число |
|
(зависящее |
|
от |
), |
что |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
x1 a1 |
|
|
|
f x1, x2 ,..., xn A x2 ,..., xn |
|
. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||||
О. |
Функция f x |
называется б е с к о н е ч н о |
|
|
м а л о й при x a , ес- |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
ли lim f x 0 . |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
x a |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
О. |
Функция f x |
называется б е с к о н е ч н о |
|
|
б о л ь ш о й при x a , |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
если lim f x . |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
|
|
|
x a |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
О. |
Функции f x |
|
и g x |
называются а с и м п т о т и ч е с к и |
п р о - |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
п о р ц и о н а л ь н ы м и при x a , если lim |
|
f |
x |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
. |
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
x |
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
x a |
g |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||
О. |
Функции f x |
|
и g x |
называются а с и м п т о т и ч е с к и |
р а в - |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
н ы м и (эквивалентными) при x a , если lim |
|
f x |
|
1. |
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
g x |
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
x a |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
О. |
И р р а ц и о н а л ь н о е |
ч и с л о i |
– lim r |
|
|
, где |
r a ,a ,...,a |
– по- |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
n n |
|
|
|
|
|
|
|
|
n |
|
0 |
1 |
|
n |
|
||||||||||||
|
следовательность рациональных чисел. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
n |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
О. |
Ч и с л о e – lim |
1 |
|
|
|
. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
n |
|
|
n |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
n |
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
О. |
Ч и с л о e – lim |
|
. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
n k 1 |
k! |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
30
