- •Методические рекомендации к курсу «теория систем и системный анализ»
- •Предисловие
- •Введение
- •Лекция №1 Тема: Основные понятия и определения
- •1. Краткая историческая справка
- •2. Связь предмета с другими дисциплинами учебного плана
- •3. Определение системы
- •4. Улучшение систем
- •5. Проектирование систем
- •6.Сущность и принципы системного подхода
- •7. Основные характеристики системы
- •Элемент
- •Подсистема
- •Окружающая среда
- •Структура
- •Иерархия
- •Состояние
- •Более полно состояние можно определить, если рассмотреть элементы ( компоненты, функциональные блоки), определяющие состояние.
- •Поведение
- •Внешняя среда
- •Процесс преобразования
- •Входные элементы и ресурсы
- •Выходные элементы
- •Назначение и функция
- •Признаки
- •Задачи и цели
- •Проблемы согласования целей
- •Принятия решений
- •Отношение
- •Системный подход с точки зрения управления
- •Определение границ системы в целом и границ окружающей ее среды.
- •10. Установление целей системы.
- •Описания управления системой.
- •Лекция №2 Тема: Элементы теории алгоритмов
- •1. Алфавитный оператор
- •2. Запись алгоритмов. 3. Оперативные схемы. 4. Граф-схемы алгоритмов.
- •5. Построение алгоритмов
- •Лекция №3 Тема: Элементы теории Марковских процессов
- •1. Марковский процесс
- •2. Классификация состояний
- •3. Отображение марковской цепи в виде графа
- •4. Управляемые марковские цепи
- •Лекция №4 Тема: Виды информационных систем
- •1. Понятие информации
- •1.1. Информационное поле.
- •1.2. Классификация и основные свойства единиц информации
- •2. Классификация информационных систем
- •2.1. По происхождению.
- •2. 2. По степени объективности существования.
- •По виду отображаемого объекта. Технические, биологические и др. Систем.
- •2.4. По виду формализованного аппарата представления системы (детерминированные и стохастические).
- •2.5. По степени взаимосвязи с окружением (открытые, закрытые, относительно обособленные):
- •2.6. По степени внутренней организации (хорошо организованные, плохо организованные системы и самоорганизующиеся). Хорошо организованные системы.
- •Плохо организованные системы.
- •Самоорганизующиеся системы.
- •2.7. По уровню сложности структуры (суперсложные, большие и сложные, подсистемы, элементы).
- •2.8. По уровню сложности структуры (суперсложные, большие и сложные, подсистемы, элементы); Сложность системы
- •Структурная сложность
- •Многообразие
- •Динамическая сложность
- •Случайность в сравнении с детерминизмом и сложностью
- •Задачи исследования сложных систем.
- •Задача исследования системы.
- •2. 9. По состоянию во времени (статические и динамичные). Шкалы времени
- •2.10. По обусловленности процессов управления (управляемые и самоуправляемые).
- •2.12По методам моделирования процесса развития (методы индукционного и редукционного моделирования). Лекция №5 Тема: Этапы исследования систем
- •1. Системный подход и системный анализ
- •1.1. Системный подход
- •1.2. Системные исследования
- •1.3. Системный анализ
- •2. Этапы исследования систем
- •Этап определения системы
- •2.2. Этап анализа структуры системы
- •2.3. Этап формулирования общей цели и критерия системы
- •2.4. Этап декомпозиции цели управления системой и определение потребностей в средствах управления
- •Этап выявления ресурсов и процессов, композиция целей
- •Этап прогнозирования и анализ условий развития системы
- •Этап оценки целей и средств их достижения
- •Этап отбора вариантов
- •2.9. Этап диагностики существования системы
- •2.10. Этап построения комплексной программы развития
- •2.11. Этап проектирования систем организационного управления
- •Лекция №6 Тема: Закономерности систем
- •Целостность
- •Интегративность
- •Коммуникативность
- •Иерархичность
- •5. Эквифинальность
- •6. Историчность
- •7. Закон необходимого разнообразия
- •8. Закономерность осуществимости и потенциальной эффективности систем
- •9. Закономерность целеобразования
- •Лекция №7 Тема: Уровни представления информационных систем
- •1. Методы и этапы описания систем
- •2. Неформальные методы
- •2.1. Методы мозговой атаки
- •2.2. Методы сценариев
- •2.3. Методы экспертных оценок
- •2.4. Методы типа «Дельфи»
- •3. Графические методы описания систем
- •3.1. Методы типа дерева целей
- •4. Количественные методы описания систем
- •4.1. Морфологические методы
- •4.2. Три метода морфологического исследования
- •5. Уровни описания систем
- •5.1. Высшие уровни описания систем
- •5.2. Низшие уровни описания систем
- •Лекция №8 Тема: Методы системного анализа.
- •1. Методы системного анализа
- •2. Классификация методов системного анализа
- •Методы описания исследуемого объекта
- •3. Методика системного анализа.
- •Тема: Обработка измерений при анализе систем
- •1. Метод наименьших квадратов
- •2. Сущность метода статистических испытаний (метода Монте-Карло)
- •2.1. Разыгрывание дискретной случайной величины Разыгрывание полной группы событий
- •Приближенное разыгрывание нормальной случайной величины
- •2.2. Разыгрывание двумерной случайной величины
- •Лекция №10 Тема: Этапы системного анализа
- •1.Общие положения
- •2. Содержательная постановка задачи
- •3. Построение модели изучаемой системы в общем случае.
- •4. Моделирование в условиях определенности.
- •5. Моделирование системы в условиях неопределенности
- •6. Моделирование в условиях противодействия, игровые модели.
- •Лекция № 11. Тема: Формы представления модели
- •1. Нормальная форма Коши
- •2. Системы нелинейных дифференциальных уравнений различных порядков
- •3. Графы
- •4. Гиперграфы
- •Лекция №12. Тема: Теоретико-множественное описание систем
- •1. Предположения о характере функционирования систем
- •2. Система, как отношение на абстрактных множествах
- •3. Временные, алгебраические и функциональные системы
- •4. Временные системы в терминах «вход — выход»
- •5. Входные сигналы системы.
- •6. Выходные сигналы системы.
- •Лекция №13. Тема: Динамическое описание систем
- •1. Детерминированная система без последствий
- •2. Детерминированные системы с последствием
- •3. Стохастические системы
- •4. Агрегатное описание систем
- •Лекция №14. Тема: Алгоритмы на топологических моделях.
- •1. Задачи анализа топологии
- •2. Представление информации о топологии моделей
- •3. Поиск контуров и путей по матрице смежности
- •4. Модифицированный алгоритм поиска контуров и путей по матрице смежности
- •5. Сравнение алгоритмов топологического анализа
- •6. Декомпозиция модели на топологическом ранге неопределенности
- •7. Сортировка модели на топологическом ранге неопределенности
- •Моделирование систем
- •1. Моделирование систем
- •2. Математическое моделирование
- •3. Информационное моделирование
- •4. Ситуационное моделирование
Лекция №13. Тема: Динамическое описание систем
Функционирование сложной системы можно представить как совокупность двух функций времени:
x(t) - внутреннее состояние системы;
y(t) - выходной процесс системы.
Обе функции зависят от u(t) - входного воздействия и от f(t) - возмущения.
Для каждого t T существует множество z Z.
Z=Z1 Z2 ... Zn - множество n - мерного пространства. Состояние системы z(t) - точка или вектор пространства Z с обобщенными координатами z1, z2, z3, z4, ....., zn.
U=T Z - фазовое пространство системы.
1. Детерминированная система без последствий
Детерминированная система без последствий – это система состояние которой z(t) зависит от z(t0) и не зависит от того каким способом система попала в состояние z(t0).
Состояние систем без последствия можно описать как:
z(t)= H{t,t0,z(t0), (t, xL]ttо},
где {(t, xL]t0t} - множество всевозможных отрывков входных сообщений, соответствующих интервалу (t0, t].
H - оператор переходов системы.
tT, t0T, z(t0) Z, (t, xL]t0t {(t, xL]t0t}.
Формальная запись отображения:
T T {(t, xL]t0t} Z.
Начальные условия H{t0, t0, z(t0), (t, xL]t0t0 } = z(t0).
Если (t, xL1]t0t = (t, xL2]t0t, то H{t0, t, z(t0), (t, xL1]t0t } = H{t0, t, z(t0), (t, xL2]t0t}
Если t0<t1<t2 и (t0, t1, t2.) T, то H{t0, t2, z(t0), (t, xL]t0t2 } = H{t2, t1, z(t1), (t, xL2]t1t2}, так как (t, xL]t0t2 есть сочленение отрезков (t, xL]t0t1 и (t, xL]t1t2.
G - оператор выходов системы.
y(t) = G(t, t0, z(t0), (t, xL2]t0t).
(x, y) X Y - расширенное состояние системы.
Динамическая система без последствий - это упорядоченное множество (T, X, Z, Y, {(t, xL)T, H, G), удовлетворяющие требованиям:
T - является подмножеством действительных чисел.
{(t, xL)T}- множество отображений TX, удовлетворяющих сочленению отрезков.
Оператор переходов H задается {(t, t0)} Z (t, xL)T} Y.
Оператор выходов системы G задается y(t) = G(t, t0, z(t0), (t, xL2]t0t).
2. Детерминированные системы с последствием
Существует большой класс систем характеризующихся тем, что для представления их состояния необходимо знать состояние системы на некотором множестве моментов времени.
z(t)= H{t,(tB0, z)t0, (t, xL]t0t, (t, uM]t0t },
{(t, t0)} {(tB0, z)t0} Z {(t, xL]T} Z.
Где {(tB0, z)t0} - семейство всевозможных состояний системы.
3. Стохастические системы
Для описания этих систеи вводится случайный оператор:
- пространство элементарных событий с вероятностной мерой P(A).
Случайный оператор H1, переводящий множество X в множество Z:
z = H1(x, ), реализующий отображение множества в множество {XZ }
Оператор переходов будет представлен соответственно:
z(t)= H1{t,t0,z(t0, 0), (t, xL]t0t, `},
y(t) = G1(t, z(t), `` ).
Где 0, ’, ’’ - выбираются из в соответствии с P0(A), Px(A), Py(A).
При фиксированных ’, ’’ - система со случайными начальными состояниями.
При фиксированных 0, ’’ - система со случайными переходами.
При фиксированных 0, ’ - система со случайными выходами.