Статистический подход к измерению информации. Измерение информации является основной проблемой в подходах к оценке информации, что позволяет оценить эффективность информационных ресурсов.

Статистический подход к измерению информации также называют мерой Шеннона.

ЭНТРОПИЯ – это количественно выраженная неопределенность состояния системы

Исходные данные:

Х - некоторая система;

I - количество информации;

Н(Х) - априорная (предварительная) энтропия системы Х;

I(Х) - дополнительная информация после получения наблюдателем сообщения, которая уменьшила начальную неосведомленность;

Н¹(Х) - апостериорная (после получения информации) неопределенность состояния системы;

N - количество дискретных состояний системы;

P_i - вероятность нахождения системы в каждом состоянии ( и P_i ≤ 1);

V_д - объем данных.

Количество информации измеряется уменьшением (изменением) неопределенности состояния системы.

I(Х) = Н(Х) - Н¹(Х)

Энтропия системы может рассматриваться как мера недостающей информации [при Н¹(Х)=0].

I(Х) = Н(Х)

Формула Шеннона

К₀ и а – определяют систему единиц измерения количества информации

Если все состояния системы равновероятны, то есть Pi =1/N

Формула Хартли

Количество информации, необходимое для снятия неопределенности в системе с равновероятными состояниями зависит лишь от количества этих состояний.

I = log₂N = n log₂ m

N = mⁿ

m – различные символы, из которых состоят сообщения;

n - число разрядов, в каждом из которых может находиться любой символ.

Коэффициент (степень) информативности сообщения определяется отношением количества информации к объему данных

Y=I / Vд

Статистический метод определения количества информации не учитывает семантического (построена на основе концепции разнообразия) и прагматического (информации характеризуется ее полезностью для достижения поставленной цели) аспектов информации

Классификация информационных систем по признаку структурированности задач. Понятие структурированности задач

При создании или при классификации информационных систем неизбежно возникают проблемы, связанные с формальным — математическим и алгоритмическим описанием решаемых задач. От степени формализации во многом зависят эффективность работы всей системы, а также уровень автоматизации, определяемый степенью участия человека при принятии решения на основе получаемой информации. Чем точнее математическое описание задачи, тем выше возможности компьютерной обработки данных и тем меньше степень участия человека в процессе ее решения. Это и определяет степень автоматизации задачи.

Различают три типа задач, для которых создаются информационные системы: структурированные (формализуемые), неструктурированные (не формализуемые) и частично структурированные.

Структурированная (формализуемая) задача — задача, где известны все ее элементы и взаимосвязи между ними. В структурированной задаче удается выразить ее содержание в форме математической модели, имеющей точный алгоритм решения. Подобные задачи обычно приходится решать многократно, и они носят рутинный характер. Целью использования информационной системы для решения структурированных задач является полная автоматизация их решения, т. е. сведение роли человека к нулю. Пример. Реализация задачи расчета заработной платы.

Неструктурированная (неформализуемая) задача — задача, в которой невозможно выделить элементы и установить между ними связи. Решение неструктурированных задач из-за невозможности создания математического описания и разработки алгоритма связано с большими трудностями. Решение в таких случаях принимается человеком из эвристических соображений на основе своего опыта и, возможно, косвенной информации из разных источников.

В практике работы любой организации существует сравнительно немного полностью структурированных или совершенно неструктурированных задач. О большинстве задач можно сказать, что известна лишь часть их элементов и связей между ними. Такие задачи называются частично структурированными. В этих условиях можно создать информационную систему. Получаемая в ней информация анализируется человеком, который будет играть определяющую роль, т.е. автоматизированные информационные системы.

Для решения неструктурированных и частично структурированных задач можно применить подходы: создание управленческих отчетов и разработка альтернативных решений.

Классификация ИС по функциональному признаку.

Функциональные системы: Производство, Маркетинг, Финансы, Кадры.

Производство: анализ загрузки оборотов, управление запасами, планирование производства и т.д.

Маркетинг: анализ рынка, проведение рекламных компаний, организация снабжения.

Финансы: контроль финансовой деятельности и все-бухгалтерский расчет.

Кадры: Подбор специалистов

Руководства

Классификация ИС по уровням управления.

Оперативный уровень управления – это получение информации о текущем состоянии фирмы. Такие системы позволяют взаимодействовать с внешней средой.

Оперативный контроль очень точный, касающейся повседневной деятельности. Источники информации – внутренние.

Тактический уровень – сравнение текущих показателей с прошлыми и корректирование курса фирмы для повышения эффективности результата.

Более детальная информация, имеет узкие границы и более точная, через короткие промежутки t

Стратегический уровень – перспектива развития предприятия.

Не очень детальная информация, имеет широкие границы, чтобы были ясны тенденции.

ОБЩИЕ ПРИНЦИПЫ ПОСТРОЕНИЯ АИС

1) принцип системности позволяет использовать математическое описание функционирования; Исследовать различные свойства отдельных элементов и системы в целом; Моделировать изучаемые процессы для

анализа работы вновь создаваемых систем.

2 аспекта:

макроанализ

• Система или её элемент рассматриваются как часть системы более высокого порядка;

• Особое внимание уделяется информационным связям (число, выборка по цели и предпочтительные);

микроанализ

• Изучается структура объекта;

• Анализируются её составляющие элементы с точки зрения их функциональных характеристик, проявляющихся через связи с другими элементами и внешней средой

Практическое значение системного подхода и моделирования состоит в том, что они позволяют в доступной для анализа форме не только отразить все существенное, интересующее создателя системы, но и использовать ЭВМ для исследования поведения системы в конкретных, заданных экспериментом условиях.

Метод моделирования АИС на базе системного подхода, позволяет находить оптимальный вариант структуры системы и тем самым обеспечивать наибольшую эффективность её функционирования.

2)Принцип развития заключается в том, что АИС создается с учетом возможности постоянного пополнения и обновления функций системы и видов её обеспечений.

3) Принцип совместимости заключается в обеспечении способности взаимодействий АИС различных видов, уровней в процессе их совместного функционирования.

4) Принцип стандартизации и унификации заключается в необходимости применения типовых, унифицированных и стандартизованных элементов функционирования АИС

5) Принцип эффективности заключается в достижении рационального соотношения между затратами на создание АИС и целевым эффектом, получаемым при её функционировании.

ЧАСТНЫЕ ПРИНЦИПЫ ПОСТРОЕНИЯ АИС

Принцип декомпозиции – используется при изучении особенностей, свойств элементов и систем в целом. Он основан на разделении системы на части, выделении отдельных комплексов работ, создает условия для более эффективного её анализа и проектирования.

Принцип первого руководителя предполагает закрепление ответственности при создании системы за заказчиком – руководителем предприятия, организации, отрасли, т.е. будущим пользователем, который отвечает за ввод в действие и функционирование АИС.

Принцип новых задач – поиск постоянного решения возможностей системы, совершенствование процесса управления, получение дополнительных результативных показателей с целью оптимизировать управленческие решения. Это может сопровождаться постановкой и реализацией при использовании ЭВМ и других технических средств новых задач управления

Принцип автоматизации информационных потоков и документооборота предусматривает комплексное использование технических средств на всех стадиях прохождения информации от момента её регистрации до получения результативных показателей и формирования управленческих решений.

Принцип автоматизации проектирования имеет целью повысить эффективность самого процесса проектирования и создания АИС на всех уровнях народного хозяйства, обеспечивая при этом сокращение временных, трудовых и стоимостных затрат за счет внедрения индустриальных методов и на их базе автоматизированных рабочих мест проектировщика.

ОРГАНИЗАЦИОННО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ПРИНЦИПЫ ПОСТРОЕНИЯ АИС

Принцип абстрагирования заключается в выделении существенных (с конкретной позиции рассмотрения) аспектов системы и отвлечении от несущественных с целью представления проблемы в более простом общем виде, удобном для анализа и проектирования.

Принцип формализации заключается в необходимости строгого методического подхода к решению проблемы, использованию формализации методов описания и моделирования изучаемых и проектируемых процессов, включая бизнес-процессы, функционирования системы.

Принцип концептуальной общности заключается в неукоснительном следовании единой методологии на всех этапах проектирования автоматизированной системы и всех её составляющих.

Принцип непротиворечивости и полноты заключается в наличии всех необходимых элементов во вновь создаваемой системе и согласованном их взаимодействии

Принцип независимости данных предполагает, что модели данных должны быть проанализировать и спроектированы независимо от процессов их обработки, а также от их физической структуры и распределения в технической среде.

Принцип структурированности данных предусматривает необходимость структурирования и иерархической организации элементов информационной базы системы

Принцип доступа конченного пользователя заключается в том, что пользователь должен иметь средства доступа к базе данных, которые он может использовать непосредственно (без программирования).

СТРУКТУРА АИС

Организационная структура АИС, определяется составом и взаимосвязью отдельных структурных подразделений в условиях эксплуатации АИС.

АИУС делят на подсистемы:

1) функциональная часть – «цель»

Структура ФЧ определяются на основе анализа целей и функций системы управления, для обеспечения деятельности которой создается АСУ или АИС, и включает подсистемы и задачи, выбранные для автоматизации (планирование, контроль, учет, анализ и регулирование деятельности предприятия), т.е. ФЧ определяет как бы цели и основные функции АСУ (АИС).

2) обеспечивающая часть – «средства»

Структура ОЧ включает виды обеспечения (организационное, информационное, техническое, программное, лингвистическое эргономическое и т.п.), необходимые для реализации подсистем и задач ФЧ АСУ (АИС), т.е. ОЧ представляет собой как бы средства для достижения целей АСУ.

ПРОБЛЕМЫ РАЗРАБОТКИ АИС

формирование структуры фч ас

1.1. Разработка как можно более полного (прогнозного) варианта структуры ФЧ АСУ (на 20 лет) и основных направлений развития АСУ (на 10 лет).

1.2. Разработка структуры ФЧ АСУ следующей очереди (на 5 лет).

1.3. Выбор наиболее значимых задач в подсистемах АСУ и управление последовательностью их проектирования и внедрения.

1.4. Проектирование подсистем АИС и АСУ.

формирование структуры оч ас

2.1. Выбор (обоснование) структуры ОЧ.

2.2. Проектирование отдельных видов обеспечения.

создание организационной структуры аис

3.1. Разработка вариантов состава и взаимосвязей структурных подразделений, занимающихся проектированием и эксплуатацией АИС и АСУ.

3.2. Распределение подсистем АИС (АСУ) между проектными подразделениями.

3.3. Распределение информационного, технического, программного и др. видов обеспечения между подразделениями, обеспечивающими эксплуатацию АСУ.

управление разработками асу

4.1. Создание информационной системы подсистем, задач и их характеристик.

4.2. Разработка структуры организационного обеспечения управлением разработками АСУ.

СТРУКТУРА ФУНКЦИОНАЛЬНОЙ ЧАСТИ АИС

Древовидная иерархическая структура, подсистемы ориентированы на основные одразделения существовавших систем организационного управления.

При возрастании числа подсистем нарушается важное требование к иерархическим структурам – число составляющих, подчиненных одному узлу, не должно превышать 7±2

Функциональная подсистема – это часть системы, выделенная по определенному признаку, отвечающем конкретным целям и задачам управления.

Подсистема представляет собой замкнутый контур управления, состоящий из управляющего субъекта и объекта управления, взаимодействующих между собой с помощью управляющих воздействий и обратной связи.

Также это Внешние информационные входы и выходы; Внутреннюю замкнутую информационную систему; Круг задач, решаемых в процессе управления объектом.

особенность иерархического принципа представления ФЧ:

- стремление к обособленности выделенных ветвей, которые начинают развиваться независимо

- Сильные вертикальные связи.

- Предельно ослаблены горизонтальные взаимосвязи между направлениями, подсистемами.

ОБЕСПЕЧИВАЮЩАЯ ЧАСТЬ АИС

Виды обеспечения АИС:

Организационное обеспечение (ОО) - совокупность методов и средств, регламентирующих взаимодействие работников с техническими средствами и между собой в процессе разработки и эксплуатации информационной системы.

• Методические материалы, регламентирующие процесс создания функционирования системы;

• Общегосударственные и отраслевые классификаторы

• Техническая документация

• Коллектив специалистов АУ, осуществляющий процессы анализа данных и принятия решений, обработки данных и т.д.

Информационное обеспечение – это совокупность данных, языковых средств описания данных, программных средств обработки информационных массивов, а также процедур и методов их организации, хранения, накопления и доступа к ним, обеспечивающих выдачу всей необходимой информации в процессе решения задач, а также справочной информации.

Делится на внутримашинное и Внемашинное информационное обеспечение - это совокупность единой системы классификации и кодирования информации, унифицированных систем документации, схем информационных потоков, циркулирующих в организации.

ПРОГРАММНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ (ПО) включает совокупность программ, реализующих функции и задачи АИТ и обеспечивающих устойчивую работу комплексов технических средств.

МАТЕМАТИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ (МО) — это совокупность математических методов, моделей и алгоритмов обработки информации, используемых при решении функциональных задач и в процессе автоматизации проектировочных работ АИТ.

ПРАВОВОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ (ПРО) представляет собой совокупность правовых норм, регламентирующих правоотношения при создании и внедрении АИС и АИТ.

ЭРГОНОМИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ (ЭО) как совокупность методов и средств, используемых на разных этапах разработки и функционирования АИТ, предназначено для создания оптимальных условий высокоэффективной и безошибочной деятельности человека в АИТ, для ее быстрейшего освоения.

1 Типовые проектные процедуры сапр

Основные процедуры параметрического синтеза – оптимизация номинальных значений параметров элементов и их допусков.

Идентификация моделей заключатся в расчете параметров используемых в мат модели.

Верификация – направлена на выявление соответствия структур объектов, заданных двумя различными описаниями (структурная верификация) или значений выходных параметров (параметрическая верификация).

Статистический анализ предназначен для получения сведений о выходных параметрах при заданных законах распределения внутренних или входных параметров.

Анализ чувствительности – определение изменения выходного параметра к входному или внутреннему.

2 Методика получения математических моделей элементов

На каждом уровне проектирования различают понятие мат модели системы и мат модели элемента системы.

Библиотеки мат моделей элемента создаются однократно и далее пополняются специалистами на основе теоретического или экспериментального свойств элемента.

Методика получения мат моделей включает следующие этапы:

1 Определение свойств объекта, которые должна отражать мат модель (для проектирования мат моделей логических микросхем отражаются свойства задержки сигналов и не отражаются габариты, масса, цвет).

2 Сбор исходной информации о выбранных свойствах объекта (справочники, эксперименты).

3 Получение структуры модели, то есть математических уравнений, описывающих отношения между переменными, графов или эквивалентных схем.

4 Расчет числовых значений параметров мат модели элемента. Необходимо определить такие значения внутренних параметров модели при которых оценки выходных параметров, полученные на основе моделирования были максимально приближены к значениям у_ист

,

где - норма вектора относительных погрешностей.

xD – область допустимых внутренних параметров.

5 Оценка точности и адекватности модели

Для определения точности модели задаются комбинации входных параметров. Для них рассчитываются выходные параметры и определяются отклонения от истинного значения, но оценки точности полученные в нескольких точках пространства не дают полных сведений о возможностях применения модели в других точках этого пространства. Эти сведения получают при построении адекватности модели.

Область адекватности – это область в пространстве, в пределах которой разницы между истинными значениями выходной величины и смоделированными не превышают заданных пределов.

6 Для составления мат модели системы на основе мат моделей элементов определяются связи между отдельными элементами, которые задаются в виде сетей, структурных, электрических схем, мат выражений и по заданным алгоритмам составляются мат модели системы.

3 Методы одновариантного анализа

К методам одновариантного анализа относятся методы решения систем линейных и нелинейных алгебраических уравнений (АУ), ОДУ.

Методы решения систем ЛАУ. ЛАУ общего вида А*Х=В, где А – разреженная матрица коэффициентов при неизвестных в системе уравнений; Х – вектор неизвестных; В – вектор заданных параметров.

Численные методы решения данных уравнений делятся на:

1 Итерационные: на каждом шаге происходит приближение к исходному решению.

2 Прямые методы (метод Гаусса) определяет точное значение искомых переменных.

Методы решения систем НАУ F(х)=0, где F – известный вектор-функция.

Для решения используются численные методы, такие как: метод деления отрезка пополам; метод Ньютона; метод дифференцирования по параметрам.