Теория информационных процессов и систем

Теория информационных процессов и систем

1. Предмет теории систем, цель исследования, методы исследования. Понятия корректной формальной модели.

2. История развития теории систем. Прикладные задачи, решаемые теорией систем.

3. Основные понятия теории информационных систем: система, информация, информационная система, информационный обмен, состояние системы.

4. Направления развития общей теории систем. Подходы к построению методов.

5. Системный анализ и системный подход. Пять принципов системного подхода. Методология проведения исследований на базе системного подхода.

6. Закономерности систем.

7. Понятия, используемые для описания систем. Способы описания систем.

8. Общая классификация систем. Классификация по степени организованности.

9. Системный подход к решению задач теории систем. Задачи системного подхода. Цели решения задач. Алгоритм решения задач с помощью системного подхода.

10. Формализованные способы описания систем.

11. Особенности организации информационных систем. Информация как ресурс особого рода. Роль информации в процессе управления.

12. Кибернетический подход к описанию систем.

13. Особенности разработки автоматизированной системы управления (АСУ).

14. Разработка обеспечивающей части автоматизированной системы управления (АСУ).

15. Разработка функциональной части автоматизированной системы управления (АСУ).

16. Проектирование информационных систем: методика постепенной формализации для разработки АСУ.

17. Методы экспертной оценки для выбора наилучших вариантов.

18. Виды информационного обеспечения.

19. Различие классического (децентрализованного) и системного (централизованного) подходов решения задач на примере.

20. Формальное определение системы, различные способы.

21. Планирование эксперимента.

22. Методы исследования систем.

23. Методика постепенной формализации. Задачи моделирования информационных потоков.

24. Методы исследования систем в условиях неопределенности.

25. Виды информационного обеспечения.

 

Предмет теории систем, цель исследования, методы исследования. Понятия корректной формальной модели

Предметом исследования общей теории систем являются общие закономерности взаимодействия в системах, т.е. формальная наиболее общая связь между наблюдаемыми свойствами системы.

Целью исследования является разработка способов описания систем и взаимодействия систем, анализа структуры систем, выявление закономерностей функционирования систем, разработка методов оценки эффективности.

Методы исследования базируются на следующих математических науках:

· теория множеств и теория групп в отношении описания систем;

· теория графов в отношении описания структуры систем и структуры связи;

· теория вероятности и математическая статистика;

· общая теория систем;

· системный анализ;

· методы имитационного моделирования.

Любая теория ставит своей целью решить две основные задачи:

Дать аппарат формального описания предметной области. Решение этой задачи дает формальное описание.

Дать аппарат формальной генерации утверждений и формальной проверки их коррекции в данной предметной области. Решение этой задачи позволяет строить нормальную корректную модель.

Цели теории систем (информационных систем в частности):

Разработка следующих методов:

- способ описания системы и её структуры;

- методы анализа структуры для выявления закономерностей функционирования;

- методы прогнозирования состояний и оценки эффективности.

Корректная формальная модель

При решении задач, изучается ее предметная область. Далее, производится моделирование некого процесса, который имеет прямое отношение к способу решения поставленной задачи. Полученная модель будет:

§ корректной, если она адекватна задаче и системе;

§ формальной, если она описана с помощью математического аппарата.

 

 

История развития теории систем. Прикладные задачи, решаемые теорией систем

Первое развитие общая теория систем получила развитие в рамках философии. Оно появилось, как интегрированная наука описания взаимосвязей, описывающих общее направление.

Древнегреческие философы начали изучать понятия систем, например, Аристотель вывел основные принципы существования систем (система рассматривалась, как единое целое, и свойство системы не есть сумма её компонент). Так как некоторые свойства появились в результате взаимодействия компонент, то некоторые из них компенсируются, и их становится меньше, чем было в сумме.

Как наука ОТС сформировалась в начале XX века, и её основоположником считают немецкого биолога Лео фон Берталанфи. Он разработал основные принципы системного подхода, терминологический аппарат, концептуальные основы.

Основоположник математической теории систем – Н. Винер. В 1948 г. вышла его книга «Кибернетика», где он дал объяснение этого понятия, как «наука об управлении живых организмов и машин». Предложил аппарат для описания систем и их свойств.

Бурное развитие общая теория систем получила после появления второго информационного барьера. Первый информационный барьер возник примерно в каменном веке (может быть позднее), когда началось построение иерархии власти для управления людьми. Второй барьер (60-е гг.) связан с увеличением потока информации и затруднении управления административных структур. Для решения этой проблемы стали создаваться автоматизированные системы управления, которые позволяли автоматизировать функции управления, контроля на производстве. Всё это привело к появлению нового подхода к анализу системы. В основе системного подхода лежит общая теория систем.

Прикладные задачи:

1. Задачи эффективного управления (АСУ);

2. Задачи направленного поиска (информационно-поисковые системы);

3. Задачи поддержки принятия решений (экспертные системы);

4. Задачи эффективного хранения информации (банки и базы данных);

5. Задачи обучения (системы дистанционного обучения).

 

Основные понятия теории информационных систем: система, информация, информационная система, информационный обмен, состояние системы

Система – единство взаимосвязанных и взаимозависимых элементов, расположенных в определённой последовательности в пространстве и времени, совместно действующих для достяжения общей цели.

Информация – понятие философское и выводится посредством умозаключений:

1. Информация не существует сама по себе и при этом не тождественна ни веществу, ни энергии, хотя является третьей составляющей материи.

2. Информация существует только посредством и в форме материальных носителей, то есть не существует информации, как абстракции.

3. Понятие информации можно ввести только при наличии двух сторон информационного обмена: источника и приёмника, следовательно, информация существует лишь внутри совокупности объектов.

Целью информационного обмена является вызвать некоторые желательные для объекта-источника изменения в объекте–приемнике, т.е. управление.

Следовательно информация – это воздействие одного объекта информационного обмена (источник) на другой объект (приемник) с целью вызова в нём желаемых изменений.

Информационный обмен – контролируемое и целенаправленное изменение состояния одного объекта со стороны другого.

Другое определение информации – материальная модель реального изменения объекта.

Система, в которой происходит информационный обмен – информационная система.

Информационные системы обладают всеми свойствами систем, но также имеют и ряд особенностей:

· Используют такой ресурс как информация;

· Потенциальная эффективность – если обычные ресурсы амортизируются, то инф. ресурсы можно использовать многократно без износа;

· Тиражируемость – требует незначительного вложения средств и существенно снижает себестоимость.

Состояние системы: множество существенных свойств, которыми система обладает в данный момент времени. Характеризует срез системы (остановку в ее развитии) в некоторый момент времени. Его определяют через входные воздействия и выходные реакции в момент времени t. Может так же характеризоваться макропараметрами, макросвязями системы.

 

Закономерности систем

1. целостность:

· Свойство системы (целого) не является суммой свойств элементов или частей системы:

· Свойства системы (целого) зависят от свойств элементов или частей, т.е. изменение в одной части влияет на изменения в других частях:

2. эмерджентность: появление новых функций и свойств у системы, не присущих её компонентам.

3. интегративность: совокупность системообразующих и системосохраняющих факторов (например, неоднородность и противоречивость элементов). Позволяет системе не рассыпаться.

4. коммуникативность: система образует единство с внешней средой.

5. иерархичность: элементы системы образованы и упорядочены в ней определенным образом – иерархическим (не хаотичны);

6. эквифинальность: невозможность детерминированной системы прийти в состояние равновесия при наступление критических условий; характеризует предельные возможности системы определенного класса сложности;

7. историчность: наличие внутренних противоречий между компонентами системы (закон необходимого разнообразия: что бы создать систему, способную справиться с решением сложной проблемы необходимо, что бы система обладала большей сложностью, большим разнообразием, чем решаемая проблема);

8. осуществимость и потенциальная эффективность: функции системы должны осуществляться с некоторой эффективностью, т.е. если функции осуществляются не эффективно, то система умирает.

9. цель образования: любая система имеет цель существования.

Планирование эксперимента. Основные этапы

Планирование эксперимента – выбор числа и условий проведения опытов, позволяющих получить необходимые знания об исследуемом объекте с требуемой точностью. Важнейшим условием научно поставленного эксперимента является минимизация общего числа проведенных опытов с целью, минимизации затрат временных, трудовых, материальных и человеческих ресурсов. Применение методов планирования экспериментов обуславливается сложностью или невозможностью его проведения в реальных условиях. Планирование эксперимента включает:

· выделении входных и выходных переменных, называемых соответственно факторами и функциями отклика;

· составлении плана эксперимента;

· в проведении эксперимента;

· построении мат. модели по полученным результатам;

· проверка адекватности построенной модели.

Для построения мат. модели часто используются статистические методы. При составлении плана эксперимента необходимо определить какие значения может принимать каждый из факторов эксперимента и составить матрицу планирования.

Эксперимент, в котором реализуются все возможные сочетания уровней факторов называется полным факторным экспериментом (ПФЭ). Если n факторов варьируется на двух уровнях, то общее количество экспериментов ПФЭ будет равно 2n. Пример: Пусть в эксперименте участвует два фактора: x1 и x2, которые на базовом уровне равен 600, ∆x1=50; ∆x2=25. Тогда область проведения эксперимента: x1=600; x2=300.

Методы исследования систем

Методы анализа делятся на качественные и количественные. В качественных основное внимание уделяется постановке задачи, начальной стадии оценки. Они заключаются в формировании вариантов, их оценки с учетом мнений экспертов. Количественные связаны с количественными характеристиками.

Качественные методы:

-Метод типа сценария. Представления о проблеме в виде определенного сценария изменения состояния. Сценарий является предварительной информацией, на основе которой проводится дальнейшая работа по прогнозированию развития объекта.

-Метод экспертных оценок. Использования мнения группы экспертов. Мнение группы надежнее одного эксперта.

-Метод типа Делфи. Предполагает полный отказ от коллективных обсуждений. Делается для уменьшения психологических факторов. Программа последовательных индивидуальных опросов. Итеративная процедура экспертных оценок.

-Методы типа дерева целей. Подразумевает использование иерархической структуры, полученной путем детализации, декомпозиции цели. Как правило, этот метод дает хорошие результаты, как и метод Делфи.

-Морфологические методы. Выделяется множество наиболее вероятных вариантов.

Количественные методы решают:

1.задачу оценивания показания, характеризующего свойства системы

2.задачу выбора оптимальной структуры

3.задачу выбора оптимальных параметров.

Эти задачи связаны с конкретными системами. Используются абстрактные уровни системы.

Математическую модель большой системы построить невозможно. Это плохо организованная модель. Ее невозможно описать аналитически. Возможностями предсказания занимался Ньютон. Предполагалось, что для выяснения количественной оценки z=f(x) можно оценить ее посредством эксперимента. Если существуют внешние переменные, то определенными способами можно стабилизировать систему. Т.о. были введены многие аналитические зависимости. Должны быть выявлены факторы, слабо влияющие на результат эксперимента. Для системы с латентными факторами существуют 2 метода:

- метод многомерного статистического анализа. Сведение многофакторной задачи к однофакторной. Перебор вариантов.

- кибернетический метод. Логический анализ управления – какое воздействие необходимо применить, чтобы достигнуть цели. Направленный перебор. После каждого этапа попытка предсказать реакцию. Если предсказание оправдалось, то идут по пути усложнения далее.

Теория информационных процессов и систем

1. Предмет теории систем, цель исследования, методы исследования. Понятия корректной формальной модели.

2. История развития теории систем. Прикладные задачи, решаемые теорией систем.

3. Основные понятия теории информационных систем: система, информация, информационная система, информационный обмен, состояние системы.

4. Направления развития общей теории систем. Подходы к построению методов.

5. Системный анализ и системный подход. Пять принципов системного подхода. Методология проведения исследований на базе системного подхода.

6. Закономерности систем.

7. Понятия, используемые для описания систем. Способы описания систем.

8. Общая классификация систем. Классификация по степени организованности.

9. Системный подход к решению задач теории систем. Задачи системного подхода. Цели решения задач. Алгоритм решения задач с помощью системного подхода.

10. Формализованные способы описания систем.

11. Особенности организации информационных систем. Информация как ресурс особого рода. Роль информации в процессе управления.

12. Кибернетический подход к описанию систем.

13. Особенности разработки автоматизированной системы управления (АСУ).

14. Разработка обеспечивающей части автоматизированной системы управления (АСУ).

15. Разработка функциональной части автоматизированной системы управления (АСУ).

16. Проектирование информационных систем: методика постепенной формализации для разработки АСУ.

17. Методы экспертной оценки для выбора наилучших вариантов.

18. Виды информационного обеспечения.

19. Различие классического (децентрализованного) и системного (централизованного) подходов решения задач на примере.

20. Формальное определение системы, различные способы.

21. Планирование эксперимента.

22. Методы исследования систем.

23. Методика постепенной формализации. Задачи моделирования информационных потоков.

24. Методы исследования систем в условиях неопределенности.

25. Виды информационного обеспечения.