- •Оглавление
- •Раздел I: Системология моделирования 7
- •Раздел II: Классификация моделей 16
- •Раздел III: Принципы моделирования сложных систем 21
- •Раздел IV: Методы моделирования 31
- •Раздел V: Технологии моделирования 39
- •Раздел VI. Содержательное и формализованное описание объектов-оригиналов. 56
- •Раздел VII: Математическое моделирование элементов сложных систем 76
- •Раздел VIII: Математическое моделирование сложных систем 93
- •Раздел IX: Математическое моделирование систем по экспериментальным данным 104
- •Раздел X: Вероятностно статистическое моделирование систем 105
- •Раздел XI. Концептуальное моделирование систем 117
- •Раздел I: Системология моделирования
- •Моделирование как метод экспериментально-теоретической деятельности специалиста по икт.
- •Основные системные компоненты модельной деятельности, их назначение связи и взаимодействия.
- •Анализ модельной деятельности при посредстве графа «субъект – объект - модель».
- •Место моделирования в теории познания.
- •Субъект и его модельная деятельность. Понятие эксперта по моделированию.
- •Предмет моделирования, окружающая среда и предметная область объекта - оригинала.
- •Модель и моделирование - основные понятия и определения.
- •Назначение, роль и взаимодействия в диадах: «Объект - субъект», «Объект – модель», «субъект – модель».
- •Развитие понятий «модель» и «моделирование» (этимология понятий).
- •Моделирование как метод инженерного эксперимента.
- •Моделирование как метод научного исследования.
- •Моделирование как метод организации знаний.
- •Модель как средство накопления, хранения и использования знаний.
- •Объяснительная и предсказательная функции модели.
- •Основные функции модели, как инструмента познавательной и созидательной деятельности.
- •Необходимость и целесообразность модельного метода к решению научно-технических задач.
- •Место и роль модельного подхода в решении задач анализа и синтеза.
- •Назначение и роль классификации в моделировании.
- •Активная классификационная система (акс) и принципы ее формирования.
- •Классификация моделей в зависимости от объекта и предметной области. Классификация моделей в зависимости от языков описания.
- •Классификация моделей в зависимости от методов моделирования.
- •Классификация моделей в зависимости от способов и средств их реализации.
- •Раздел III: Принципы моделирования сложных систем
- •Место и роль принципов в моделировании.
- •Системно-комплексный принцип.
- •Целенаправленность моделирования. Принцип целенаправленности.
- •Целостность как свойство системы и его отображение в модели. Принцип целостности.
- •Окна информационной прозрачности модели.
- •Принцип информационной прозрачности
- •Концептуальный подход к моделированию. Принцип концептуальности.
- •Сложность, редукция сложности и моделирование.
- •Принцип соответствия модели и оригинала (по у.Р. Эшби).
- •Принцип информативности и его использование при создании модели.
- •Принцип оптимальности конструкции н. Рашевского и моделирование.
- •Принцип максимального упрощения и его использование при построении модели.
- •Принцип интерпретируемости модели.
- •Принцип адекватности модели.
- •Развитие модели в онто- и филогенезе.
- •Принцип эволюционируемости.
- •Принцип ведущей компоненты.
- •Принцип инвариантности.
- •Принцип когерентности.
- •Принцип экстраспективности.
- •Принцип интраспективности.
- •Модульность построения моделей.
- •Принцип модульности конструкции.
- •Аутокаталичность как свойство больших (сложных) систем.
- •Принцип аутокаталичности.
- •Принцип управляемости.
- •Принцип комплексности.
- •Принцип системности.
- •Определить совокупность принципов, используемых при создании модели в зависимости от фаз жизненного цикла модели.
- •Определить совокупность принципов, используемых при решении задачи моделирования, в зависимости от фаз жизненного цикла задачи.
- •Методы концептуального моделирования.
- •Раздел V: Технологии моделирования
- •Основные понятия
- •Классическая технология моделирования.
- •Фазы моделирования:
- •Создание модели:
- •Использование модели:
- •Бионическая технология моделирования.
- •Задачная технология моделирования
- •Комплексная технология моделирования.
- •Решение задач с помощью комплексной технологии моделирования.
- •Раздел VI. Содержательное и формализованное описание объектов-оригиналов.
- •Понятие содержательного описания, его назначение и формы представления.
- •Внешнее описание объекта.
- •Источники информации для построения описания объекта-оригинала.
- •Модульный принцип организации данных об объекте при его описании.
- •Внутреннее описание объекта.
- •Формализованное описание объекта.
- •Морфологическое описание объекта.
- •Уровни морфологического описания.
- •Функциональное описание объекта.
- •Уровни функционального описания
- •Описание организованности объекта.
- •Граф-схема анализа объекта моделирования на основе концептуальной модели.
- •Концептуальная схема описания системы «объект - среда».
- •Концептуальная схема внутреннего описания объекта моделирования.
- •Языки описания объектов моделирования.
- •Классификация языков описания объектов.
- •Иерархии языков описания в зависимости от этапов создания модели.
- •Аналогии и подобие в моделировании.
- •Эквивалентность моделей в задачах приближенного моделирования.
- •Раздел VII: Математическое моделирование элементов сложных систем
- •Системный элемент и его характеристики.
- •Классификация элементов по морфологическим признакам.
- •Функциональное описание элемента.
- •Физические элементы систем.
- •Определение метода «математическое моделирование».
- •Понятие «математическая модель».
- •Дуализм математической модели и математического описания.
- •Три этапа материализации знаний.
- •Классификация математических моделей.
- •Математическое определение статистики элемента.
- •Математическое определение динамики элемента.
- •Математическое определение элементов (общий подход по о. Ланге)
- •1 Случай. Дифференциальная модель.
- •2 Случай. Интегральная модель.
- •3 Случай. Функциональная модель.
- •Математическое моделирование динамики элемента по аналогии (метод интерпретаций).
- •Математическое моделирование элементов систем по методу пространства состояний.
- •Модель входного процесса:
- •Модель выходного процесса.
- •Модель в состоянии процесса.
- •Раздел VIII: Математическое моделирование сложных систем
- •Понятие сложной системы.
- •Связь и взаимодействие элементов в системе.
- •Теоретико-множественная модель структуры связей элементов.
- •Матричная модель сопряжения элементов в системе.
- •Основные свойства матрицы структуры.
- •Моделирование статики динамической системы с последовательным соединением элементов.
- •Моделирование статики динамической системы с параллельным соединением элементов (согласное и встречное).
- •Моделирование динамической системы по передаточным функциям.
- •Чистое запаздывание:
- •Реальный элемент:
- •Графическое представление:
- •Организация синтеза математической модели системы (основные этапы). (точно не было) Раздел IX: Математическое моделирование систем по экспериментальным данным
- •Метод экспериментально-статистического моделирования систем.
- •Методы и источники накопления информации о моделируемом объекте.
- •Определение и отбор существенных факторов при построении модели по экспериментальным данным.
- •Раздел X: Вероятностно статистическое моделирование систем
- •Возникновение случайности в сложных системах. Типы случайностей.
- •Основные типы структурных моделей, учитывающих случайные факторы.
- •Элементарные St – модели.
- •Простые многоэлементарные St – модели.
- •Сложные многоэлементарные St – модели.
- •Высокоорганизованные St – модели.
- •Структура вероятностно-статистической модели.
- •Имитатор случайных воздействий. Структура и назначение элементов.
- •Методы имитации случайных взаимодействий.
- •Аналитический метод получения псевдослучайных чисел.
- •2. Метод произведений.
- •3. Метод вычетов
- •Раздел XI. Концептуальное моделирование систем
- •Общие представления о концептах, отношениях, концептуальных системах, моделях их приложениях в информационных, автоматизированных и телекоммуникационных системах.
- •Понятие и определение концепта.
- •Характеристики концептов: содержание и объем концептов.
- •Закон обратного отношения, ранг концепта.
- •Классификация концептов.
- •Концептуальный подход к описанию и моделированию систем. Концептуализация как ментальный процесс познавательной деятельности.
- •Концептуальные системы. Определение концептуальной системы. Особенности концептуальных систем.
- •Механизмы синтеза концептуальных систем.
- •Модели формирования концепт-компонентов и концепт отношений.
- •Синтез концептуальных систем, факт-конструкций.
- •Первый тип механизма в факт-конструкции (мфк-I).
- •Второй тип мфк-II.
- •Концептуальные системы уровня конструкта.
- •Конструкты в приложениях.
- •Концептуальное моделирование, особенности и назначение км.
- •Методологические аспекты традиционного (предметного) и концептуального моделирования: сравнительный анализ.
- •Сфера концептуального моделирования.
- •Концептуальная модель – содержательное определение.
- •Формализация концептуальных моделей.
- •Математические концептуальные модели.
- •Семиотические концептуальные модели.
- •Интерпретации концептуальных моделей.
- •Виды и уровни интерпретаций.
- •Семантические интерпретации.
- •Синтаксические интерпретации.
- •Качественные и количественные интерпретации.
- •Системная организация концептуального моделирования.
- •Организация процесса создания и использования прикладной пользовательской модели.
- •Методические, технологические и организационные аспекты создания и использования концептуальной модели.
- •Принцип организации знаний в средах.
- •Три принципа (метода) познания.
- •Индуктивный принцип.
- •Волновой принцип.
- •Системная организация комплексного моделирования.
- •Основные особенности и свойства концептуальных моделей.
- •Концептуальная модель мира интеллектуальных систем.
- •Концептуальное модельное представление системного элемента как компонента реального и виртуального миров.
- •Морфологические км.
- •Функциональные км.
- •Организационные км.
- •Комбинированные неполные км.
- •Комбинированные целостные (полные).
- •Открытые и закрытые км.
- •Концептуальное модельное представление системных задач.
- •Возникновение системных задач.
- •Концептуальная модель системной задачи (кмз).
- •Концептуальный анализ и раскрытие неопределенности системной задачи на основе механизма рекурсии.
Назначение и роль классификации в моделировании.
Наука начинается с классификации. Прежде чем приступать к построению модели необходимо определить те существенные признаки, в которых эта наука формируется. Классификация должна опираться на некоторые фундаментальные положения, которые инвариантны каждому конкретному элементу классификации (модели или методу), однако дают возможность генерировать (порождать) любую, в рамках данной классификационной системы, локальную модель. Одной из важнейших функций классификационной системы является ее активность. Классификационные системы должны не только систематизировать, подводя итог уже существующей информации, но и давать возможность формировать новые классы, виды или типы моделей.
В качестве основания классификации использеются:
Технический процесс моделирования.
Системный и комплексный подходы (дают возможность детализировать каждый этап, и на этой базе строить классификационные деревья).
На основании первого положения в основу классификации можно положить:
Цели и задачи моделирования.
Взаимодействие объекта и модели.
Языки описания объекта.
Методы моделирования.
Способы и средства построения модели.
Методы эксперимента на моделях (модельное исследование).
Активная классификационная система (акс) и принципы ее формирования.
Классификация по функциональному назначению может быть пассивной и активной. Пассивные классификации отражают в определенно упорядоченном виде уже существующие знания в той или иной сфере (Линней, Дарвин). Активные классификации дают возможность отражать не только известные знания, но прогнозировать существование неизвестных объектов познания и даже по аналогии, в соответствии с принципами, заложенными в классификационную систему, прогнозировать те или иные свойства неизвестных объектов (Менделеев). Следовательно, наиболее практичны активные классификационные системы.
Системно-комплексный принцип в создании АКС.
Принцип развития и АКС.
Технология моделирования и АКС.
Классификация моделей в зависимости от целей моделирования.
1. Классификация моделей в зависимости от целей и задач.
Модели целесообразно подразделять на:
а) научные (теоретические)
Проверка на модели гипотез.
Подтверждение модели законов (физических и др.).
Определение границ применимости теории.
Перенос положения теорий из одной в другую.
Участие в формировании непосредственно самих теорий (эвристические методы решения задач)
б) инженерные (технические)
Построение модели, как инструмента для проверки технических решений.
Как средство для синтеза технических решений (в частности автоматизированного проектирования).
Построение моделей для отладки реального оборудования.
Для проведения экспериментальных исследований в случаях, когда таковые невозможны на реальном оборудовании.
Классификация моделей в зависимости от объекта и предметной области. Классификация моделей в зависимости от языков описания.
Классификация моделей в зависимости от объекта и предметной области
Предметная область – совокупность однородных объектов, отвечающих определенным признакам, свойствам, характеристикам.
Можно различить модели:
Ориентированные на предметную область (универсальные).
Настраиваемые на предметную область.
Неориентированные на предметную область (независимые от предметной области).
Классификация моделей в зависимости от языков описания.
Язык – совокупность элементов, посредством которых осуществляется информационный обмен в биологических, технических или биотехнических системах. Язык должен включать алфавит, грамматику и синтаксис, на основе которых формируются слова, фразы, предложения, т.е. более крупные лексические (в естественном языке) и синтаксические (в искусственном языке) группы. Язык – знаковая система, предназначенная для информационного обмена. Алфавит – слова – фразы (словосочетания) – предложения – тексты.
Языки описания:
Естественные. Описания, составленные на естественном языке, принято называть лингвистическими моделями (описательные модели на естественные языки). Естественный узкопрофессиональный язык – надмножество естественного языка. Естественные языки мало используются для моделирования, т.к. они не способны к преобразованию, не однозначны. При моделировании они используются только на начальном этапе, при составлении первичного описания.
Искусственные. Они более применимы для моделирования. Пример искусственного языка – эсперанто (международный язык).
Искусственные языки ориентированы на различные технические приложения:
а) логический язык.
б) математический язык.
в) графический язык.
г) знаково-символьный язык.
Модели в соответствии с языком описания.
а) Логические модели: модели булевой алгебры логики, предикатные модели.
б) Математические модели: простые арифметические и алгебраические конструкции, вероятностные модели.
Y(r) = { yi(r), i=1, m(r)}
X(r) = { xj(r), j=1, n(r)}
в) Графические модели: структурные модели, модели типа блок-схема, структурная схема алгоритма, сетевые модели, графовые модели, отображаемые граф схемами.
г) Знаково-символьные модели: специальные методы кодирования сообщений, операторные схемы алгоритмов.