Системное моделирование, предметная область.

исследование – есть процесс познания определенной предметной области, объекта или явления с определенной целью, процесс исследования осуществляется субъектом и заключается в наблюдении свойств объекта и выполнении действий с целью выявления и оценки важных, с точки зрения субъекта-исследователя, закономерных отношений между показателями данных свойств.

Моделирование является одним из более эффективных методов исследования. Оно заключается в построении и изучении специальных объектов (моделей), свойства которых подобны наиболее важным, с точки зрения исследователя, свойствам исследуемого (оригинала).

Системное моделирование (динамическое моделирование – отражает поведение объекта во времени) представляет собой исследование объекта как информационной системы с обратной связью (процесс, приводящий к тому, что результат функционирования какой-либо системы влияет на параметры, от которых зависит функционирование этой системы).

С усложнением моделируемых систем, когда невозможно учесть все взаимовлияния свойств, применяется системный метод, основанный на структурном подходе. (При структурном подходе выявляется состав выделенных элементов системы S и связи между ними. Совокупность элементов и связей позволяет судить о свойствах выделенной части системы.) При этом система S разбивается на ряд подсистем Sl со своими свойствами, которые, естественно, проще описать функциональными зависимостями, и определяются связи между подсистемами. В этом случае система функционирует в соответствии со свойствами отдельных подсистем и связей между ними. Это избавляет от необходимости описывать функционально взаимосвязи между свойствами системы S, делает модель более гибкой, так как изменение свойств одной из подсистем автоматически изменяет свойства системы.

Проблема моделирования состоит из трех задач:

построение модели (эта задача менее формализуема и конструктивна, в том смысле, что нет алгоритма для построения моделей: сбор инф, проектирование структуры и состава модели, построение спецификаций модели);

исследование модели (эта задача более формализуема, имеются методы исследования различных классов моделей. исследование адекватности, устойчивости, чувствительности);

использование модели (конструктивная и конкретизируемая задача)

Свойства любой модели таковы:

целенаправленность - модель всегда отображает некоторую систему, т.е. имеет цель;

конечность - модель отображает оригинал лишь в конечном числе его отношений и, кроме того, ресурсы моделирования конечны;

адекватность - модель должна успешно описывать моделируемую систему;

наглядность, обозримость основных ее свойств и отношений;

доступность и технологичность для исследования или воспроизведения;

информативность - модель должна содержать достаточную информацию о системе (в рамках гипотез, принятых при построении модели) и должна давать возможность получить новую информацию;

полнота - в модели должны быть учтены все основные связи и отношения, необходимые для обеспечения цели моделирования;

устойчивость - модель должна описывать и обеспечивать устойчивое поведение системы, если даже она вначале является неустойчивой;

целостность - модель реализует некоторую систему (т.е. целое);

замкнутость - модель учитывает и отображает замкнутую систему необходимых основных гипотез, связей и отношений;

эволюционируемость - возможность развития моделей (предыдущего уровня).

Предметная область – это мысленно ограниченная область реальной действительности или область идеальных представлений, подлежащая описанию (моделированию) и исследованию.

Предметная область состоит из субъектов, различаемых по каким-либо признакам (свойствам) и находящихся в определенных отношениях между собой или взаимодействующих определенным образом. В нашем случае объект – это все, что мы различаем как нечто целое, реально существующее или возникающее в нашем сознании, и обладающее свойствами, значения которых позволяют нам однозначно распознать это нечто.

Объектом исследования называется объект, на котором сосредотачивается внимание субъекта с целью исследования.

Свойства – характерная особенность объекта, которая может быть замечена и оценена субъектом (вес, цвет, длина, пол и т.д.) Для оценки исследуемого свойства объекта субъект устанавливает определенную меру, называемую показателем свойства. Для каждого показателя определяется множество значений (уровней, градаций), которые присваиваются ему в результате оценивания свойств.

Показатели всеобщих свойств материальных объектов, таких как пространство и время, называются основными показателями. Подавляющее большинство показателей других свойств выражается через показатели этих основных свойств, поэтому единица измерения основных показателей служат основой для построения стандартной системы единиц измерения физических величин, и называются основными единицами измерения.

Выражение показателя некоторого свойства через основные единицы измерения, принятые в определенной стандартной системе единиц (мер) называется размерностью данного показателя.

Действия над значениями показателей свойств объекта, выполняемые по определенным правилам, и приводящие к предполагаемому результату, называется операцией или процедурой.

Значения показателей свойств объекта обозначается символами из некоторого, заранее определенного множества А, называемое алфавитом. Множество объектов, взаимосвязанных между собой определенными отношениями, и выполняющих определенную, общую для них целевую функцию, или имеющие общее предназначение, называется системой. Система, состоящая А, строго определенных отношений G, операций Q и предназначенные для символьного описания объектов и систем определенного класса, называется формальной системой. Такие системы используются в качестве языков математического моделирования.

Системное моделирование, система и ее части (декомпозиция, агрегирование), координация (прогнозирование, согласование, развязывание взаимодействий)

Системное моделирование (динамическое моделирование – отражает поведение объекта во времени) представляет собой исследование объекта как информационной системы с обратной связью (процесс, приводящий к тому, что результат функционирования какой-либо системы влияет на параметры, от которых зависит функционирование этой системы).

Система - множество связанных друг с другом элементов некоторого вполне определенного множества (некоторых определенных множеств), образующих целостный объект при условии задания для этих объектов и отношений между ними некоторой цели и некоторых ресурсов для достижения этой цели.

ДЕКОМПОЗИЦИЯ

Операция состоит в разделении системы (модели) на подсистемы (подмодели) с сохранением структур и принадлежности одних элементов и подсистем другим.

Естественным результатом такого процесса является иерархическая структура без циклов (дерево), когда система разбивается на подсистемы, целое на части, задачи на подзадачи и т.д. В основе декомпозиции должны лежать некоторые модельные представления о системе.

Процесс моделирования весьма сложен. Существуют различные виды моделей. Но для всех них характерно одно: с какой целью предложена модель, для чего она предназначена или, другими словами, какие представления о строении системы у исследователя она должна реализовать.

Поэтому грубость модели и степень ее соответствия реальности («полнота») определяют характер декомпозиции и конечный вид ее результата. В частности, для полноты модели системы необходимо представить не только ее структуру, но и взаимодействие с внешней средой. В целом, «полная» модель должна содержать следующие сведения:

Структура модели системы

 

В общем же случае при выборе модели исходят из компромисса между полнотой описания и сложностью процесса декомпозиции.

Требование простоты ведет к сокращению дерева описания системы при ее декомпозиции. При этом важно не вступить в противоречие с полнотой описания реальности.

Основное свойство алгоритма декомпозиции состоит в его итеративности. Это означает, что всегда должна быть возможность поправить модель и заново выполнить декомпозицию.

АГРЕГИРОВАНИЕ

Агрегирование. Операция состоит в преобразовании (сведении) модели к модели (моделям) меньшей размерности (X, Y, A).

Это операция объединения элементов в целое. В зависимости от обстоятельств, существуют различные способы агрегирования и различные агрегаты.

Но все агрегаты объединены одним важным свойством – эмерджентность. Этим термином обозначается качественно новое свойство целого, полученного объединением частей.

Другими словами, эмерджентность является свойством внутренней целостности системы или системообразующим фактором.

ВИДЫ АГРЕГАТОВ

Итак, агрегирование – это установление отношений на заданном множестве элементов. Очевидно, что в зависимости от того, что понимается под элементами и их отношениями (взаимосвязями), получаются разные виды агрегатов. В теории систем принято выделять некоторые виды агрегатов: конфигуратор, оператор, структура.

Прогнозирование

По степени формализации методы прогнозирования можно подразделить на интуитивные и формализованные.

Интуитивные методы базируются на интуитивно-логическом мышлении. Они используются в тех случаях, когда невозможно учесть влияние многих факторов из-за значительной сложности объекта прогнозирования или объект слишком прост и не требует проведения трудоемких расчетов.

Среди интуитивных методов широкое распространение получили методы экспертных оценок.

Применяются также методы исторических аналогий и прогнозирования по образцу. Здесь имеет место своеобразная экстраполяция. Техника прогнозирования состоит в анализе высокоразвитой системы (страны, региона, отрасли) одного и того же приближенного уровня, который теперь имеется в менее развитой аналогичной системе, и на основании истории развития изучаемого процесса в высокоразвитой системе строится прогноз для менее развитой системы. Практика свидетельствует, что такие аналогии можно использовать при определении путей развития новых отраслей и видов техники (производство ЭВМ, телевизоров и т.п.), структуры производства, потребления и т.д. Естественно, что полученный таким образом “образец” — лишь начальный пункт прогнозирования. К окончательному выводу можно прийти, лишь исследуя внутренние условия и закономерности развития.

К формализованным методам относятся методы экстраполяции и методы моделирования. Они базируются на математической теории.

Среди методов экстраполяции широкое распространение получил метод подбора функций, основанный на методе наименьших квадратов (МНК).

Методы моделирования предполагают использование в процессе прогнозирования и планирования различного рода моделей, представляющих собой формализованное описание исследуемого процесса (объекта) в виде математических зависимостей и отношений.