МАТМОД 2015 Горошко МБИ

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
ВЛАДИВОСТОКСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
ЭКОНОМИКИ И СЕРВИСА
КАФЕДРА ИНФОРМАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ И СИСТЕМ
Информационные технологии
математического моделирования
Рабочая программа дисциплины
по направлению подготовки
38.04.05 Бизнес-информатика
профиль Информационная бизнес-аналитика
тип ООП прикладная магистратура
Владивосток 2015
Рабочая программа дисциплины «Информационные технологии математического
моделирования» составлена в соответствии с требованиями ФГОС ВО по направлению
подготовки 38.04.05 «Бизнес-информатика» профиль «Информационная бизнес-аналитика» и
«Порядком
организации
и
осуществления
образовательной
деятельности
по
образовательным программам высшего образования – программам бакалавриата,
программам специалитета, программам магистратуры» (утв. приказом Минобрнауки России
от 19 декабря 2013 г. № 1367)
Составитель:
Горошко О.А., канд.физ.-мат.наук, доцент кафедры Информационных технологий и систем,
[email protected]
Утверждена на заседании кафедры ИТС от 04.09.2015г., протокол № 1
Заведующий кафедрой (разработчика) _____________________ Кийкова Е.В.
подпись
«____»_______________20__г.
Заведующий кафедрой (выпускающей) _____________________ _________________
подпись
«____»_______________20__г.
фамилия, инициалы
1 Цель и задачи освоения дисциплины
Целью освоения дисциплины «Информационные технологии математического
моделирования» является формирование у студентов очной формы обучения по
направлению
подготовки
магистров
38.04.05
«Бизнес-информатика»
профиля
«Информационная бизнес-аналитика» представлений об общих методологических
принципах построения математических моделей с применением информационных
технологий. Изучение дисциплины обеспечивает реализацию требований ФГОС ВО
получения студентами знаний с применением методов прикладной информатики,
математических и инструментальных методов экономики, моделирования и прогнозирования
экономических и производственных процессов.
Задачи освоения дисциплины состоят в формировании профессиональных
компетенций, соответствующим виду профессиональной деятельности, на который
ориентирована программа магистратуры.
2 Перечень планируемых результатов обучения по дисциплине,
соотнесенных с планируемыми результатами освоения образовательной
программы
Планируемыми результатами обучения по дисциплине, являются знания, умения,
владения и/или опыт деятельности, характеризующие этапы/уровни формирования
компетенций и обеспечивающие достижение планируемых результатов освоения
образовательной программы в целом. Перечень компетенций, формируемых в результате
изучения дисциплины, приведен в таблице 1.
Таблица 1 – Формируемые компетенции
Название ООП ВО
(сокращенное
название)
38.04.05
БИЗНЕС-ИНФОРМАТИКА.
Информационная
бизнес-аналитика
(М-БИ)
Компетенции
Название
компетенции
ПК-3
способность
применять методы
системного анализа
и моделирования
для анализа,
архитектуры
предприятий
Знания:
способность
проводить научные
исследования для
выработки
стратегических
решений в области
ИКТ
Знания:
ПК-12
Составляющие компетенции
Умения:
Владения:
Умения:
Владения:
методов системного анализа и
моделирования
использовать методы системного
анализа и моделирования для
анализа архитектуры предприятий
основами системного анализа и
моделирования для анализа
архитектуры предприятий
области ИКТ
проводить научные исследования;
вырабатывать стратегические
решения
основами проведения научных
исследований в области ИКТ
3 Место дисциплины в структуре основной образовательной программы
Дисциплина «Информационные технологии математического моделирования»
относится к разделу дисциплин по выбору части ООП.
Входными требованиями к изучению дисциплины «Информационные технологии
математического моделирования» является наличие у студентов компетенций,
сформированных на предыдущем уровне образования.
Дисциплина «Информационные технологии математического моделирования» может
помочь или даже стать основой для учебной и производственной практики, а также при
написании ВКР.
4. Объем дисциплины
Объем дисциплины в зачетных единицах с указанием количества академических
часов, выделенных на контактную работу с обучающимися (по видам учебных занятий) и на
самостоятельную работу по всем формам обучения, приведен в таблице 2.
Таблица 2 – Общая трудоемкость дисциплины
Название
ООП
Форма
обучения
Индекс
Семестр
курс
Трудоемкость
(З.Е.)
Объем контактной работы (час)
Всего
Аудиторная
лек
М-БИ
ОФО
18910
1
5
84
прак
лаб
48
СРС
Форма
аттестации
96
Э
Внеаудиторная
ПА
КСР
36
5 Структура и содержание дисциплины
5.1 Структура дисциплины
Тематический план, отражающий содержание дисциплины (перечень разделов и тем),
структурированное по видам учебных занятий с указанием их объемов в соответствии с
учебным планом, приведен в таблице 3.
Таблица 3 – Структура дисциплины
№
1
2
3
4
5
6
7
8
Название темы
Вид занятия
Объем
час
Кол-во часов в
интерактивной и
электронной
форме
СРС
Простейшие команды в среде
МАТЛАБ
Двухмерная графика
Трехмерная графика
Программирование
Основные численные методы
Практическое занятие
4
2
8
Практическое занятие
4
1
8
Практическое занятие
4
1
8
Практическое занятие
8
5
16
Практическое занятие
Создание
пользовательского
интерфейса
Тулбоксы среды МАТЛАБ и
Simulink
Графическая
среда
имитационного моделирования
Simulink
Практическое занятие
8
4
16
4
1
8
4
0
8
12
4
24
Практическое занятие
(семинар)
Практическое занятие
5.2 Содержание дисциплины
Тема 1. Простейшие команды в среде МАТЛАБ (4 часа)
Краткое введение в МАТЛАБ. Структура пакета, области применения. Среда МАТЛАБ.
Рабочее пространство командного окна. Сохранение и загрузка переменных. Сохранение
рабочей среды. Работа с матрицами. Операции с матрицами. Массивы. Справка и
документация. Встроенные функции. Дневник работы. Запуск внешних программ.
Литература по теме: [1], [2], [5], [6], [10].
Формы и методы проведения занятий по теме: практическое занятие.
Форма текущего контроля: текущий тест.
Виды самостоятельной подготовки студентов по теме: подготовка к текущему и
промежуточному тестированию.
Тема 2. Двухмерная графика (4 часа)
Функция plot, команда figure, несколько кривых на графике, стиль и цвет линий,
команды axis и grid, графики многозначных функций, кривые, заданные параметрически,
графики в полярных координатах.
Литература по теме: [1], [3], [9], [11], [12].
Формы и методы проведения занятий по теме: практическое занятие.
Форма текущего контроля: контрольная работа.
Виды самостоятельной подготовки студентов по теме: подготовка к контрольной
работе.
Тема 3. Трехмерная графика (4 часа)
Пространственные кривые, команда meshgrid, команда mesh, surf, surfl. Примеры: тор,
лист Мебиуса, бутылка Клейна. Линии уровня.
Литература по теме: [1], [3], [9], [11], [12].
Формы и методы проведения занятий по теме: практическое занятие.
Форма текущего контроля: контрольная работа.
Виды самостоятельной подготовки студентов по теме: подготовка к контрольной работе.
Тема 4. Программирование (8 часов)
Типы данных: разреженные матрицы, многомерные массивы, массивы структур, массивы
ячеек. Управляющие конструкции: оператор if, оператор while, оператор for, оператор swith.
М-файлы: программы-сценарии, программы-функции, подфункции, вложенные функции,
частные функции.
Литература по теме: [1], [7], [10], [11], [14].
Формы и методы проведения занятий по теме: практическое занятие.
Форма текущего контроля: текущий тест.
Виды самостоятельной подготовки студентов по теме: подготовка к текущему и
промежуточному тестированию.
Тема 5. Основные численные методы (8 часов)
Суммы и произведения: суммы, произведения, факториал. Линейная алгебра: нормы
векторов и матриц, число обусловленности, системы линейных уравнений,
переопределенные системы, обратная и псевдообратная матрицы, собственные числа и
собственные векторы. Интерполяция: полиномиальная интерполяция, кусочнополиномиальная интерполяция, многомерная интерполяция. Численное интегрирование:
формула прямоугольников, формула трапеции, правило Симпсона, метод Лобатто, двойные
и тройные интегралы. Численное дифференцирование. Линейная задача наименьших
квадратов. Дискретное преобразование Фурье. Оптимизация: одномерная оптимизация,
безусловная многомерная оптимизация, нелинейный метод наименьших квадратов, условная
оптимизация. Решение систем нелинейных уравнений: численное решение нелинейного
уравнения, системы нелинейных уравнений. Обыкновенные дифференциальные уравнения:
задача Коши, краевая задача. Разностные методы для уравнений в частных производных:
задача Дирихле, уравнение теплопроводности, волновое уравнение.
Литература по теме: [2], [3], [4], [5], [8], [11], [12], [14].
Формы и методы проведения занятий по теме: практическое занятие.
Форма текущего контроля: текущий тест, контрольная работа.
Виды самостоятельной подготовки студентов по теме: подготовка к текущему и
промежуточному тестированию, подготовка к контрольной работе.
Тема 6. Создание пользовательского интерфейса (4 часа)
Реализация вычислений с помощью графического интерфейса GUI. Построение скриптов
в среде МАТЛАБ с использованием основных численных методов.
Литература по теме: [11], [12].
Формы и методы проведения занятий по теме: практическое занятие.
Форма текущего контроля: текущий тест.
Виды самостоятельной подготовки студентов по теме: подготовка к текущему и
промежуточному тестированию.
Тема 7. Тулбоксы среды МАТЛАБ и Simulink (Семинар) (4 часа)
Обзор и анализ тулбоксов среды МАТЛАБ и Simulink.
Описание: Участники готовят презентацию об основных возможностях наиболее
популярных тулбоксов. В презентации отражается функциональность тулбокса, особенности
работы с ним и область применения.
Литература по теме: [1], [2], [3].
Формы и методы проведения занятий по теме: практическое занятие (семинар).
Форма текущего контроля: выполнение домашнего задания.
Виды самостоятельной подготовки студентов по теме: подготовка сообщения с
презентацией.
Тема 8. Графическая среда имитационного моделирования Simulink (12 часов)
Создание, редактирование, сохранение модели. Библиотека блоков Simulink. Создание
математической и компьютерной модели. Примеры построения имитационной модели.
Задача 1. Оптимальная ставка налога.
Однофакторный имитационный эксперимент. Двухфакторный имитационный эксперимент.
Задача 2. Равновесие на конкурентном рынке.
Изучение переходного процесса к рыночному равновесию. Изучение влияния смещения
линий спроса и предложения на рыночное равновесие. Изучение влияния крутизны линий
спроса и предложения на рыночное равновесие.
Задача 3. Циклы и кризисы.
Исследование влияния производственного лага на устойчивость экономики. Исследование
влияния срока службы изделий на динамику производства. Исследование влияния
начального дефицита на устойчивость производства.
Литература по теме: [1], [2], [3], [4], [6], [13].
Формы и методы проведения занятий по теме: практическое занятие.
Форма текущего контроля: контрольная работа.
Виды самостоятельной подготовки студентов по теме: подготовка к контрольной работе.
6. Методические указания для обучающихся по освоению дисциплины
Дисциплина «Информационные технологии математического моделирования» изучается
студентами очной формы обучения по направлению подготовки магистров 38.04.05 «Бизнесинформатика». Основные формы учебной работы: практические занятия и самостоятельная
работа студентов.
Дисциплина ориентирована на изучение высокоуровневого языка и интерактивной среды
для программирования, численных расчетов и визуализации результатов Matlab и
графической среды имитационного моделирования Simulink.
На занятии преподаватель демонстрирует работу с программным продуктом, разъясняет
принцип работы команд изучаемого блока, решаются задачи с комментариями, полученные
результаты обсуждаются. В конце каждой темы предлагаются задачи для самостоятельного
решения (контрольные работы) либо тест для повторения пройденных команд.
Студент должен посещать занятия, слушать преподавателя, осмысляя и конспектируя
теоретическую часть занятия, и выполнять предложенные задания. Анализируя пройденный
материал, понимать возможность использования полученных знаний и умений при
выполнении ВКР.
Самостоятельная работа студента заключается в повторении команд, особенностей
работы с программным продуктом, осмыслении решенных задач, выполнении домашней
работы.
Также
преподаватель
предлагает
подборку
видеоматериалов,
где
продемонстрированы возможности и решения в Matlab и Simulink, с которыми студент
должен познакомиться самостоятельно. В связи с очень дорогой стоимостью лицензионного
пакета Matlab и особенностями контингента магистратуры (практически все студенты
работают, вечером учатся) задавать на самостоятельное освоение (в домашних условиях или
в компьютерном центре) каких-либо блоков программного продукта не представляется
возможным.
Преподаватель проводит консультации по дисциплине.
6.2 Рекомендации по работе с литературой
Ресурсный информационно-аналитический центр ВГУЭС (библиотека) предлагает
большую подборку книг, посвященную описываемому программному продукту и методам
математического моделирования. Недостатком данной подборки является отсутствие
издаваемых книг за последние 3 года. Однако, того набора, который предложен, вполне
достаточно для получения базовых знаний, умений и владений (см.п.9).
В свою очередь, центр компетенций MathWorks (мировой поставщик инструментов для
математического моделирования и вычислений) этот недостаток компенсирует сполна. Для
желающих освоить данное направление в совершенстве, MathWorks предлагает мировую
подборку
книг
и
других
изданий
за
последние
года
http://www.mathworks.com/support/books/index_new_books.html?category=new
и
Российскую
подборку
официальных изданий http://www.mathworks.com/support/books/index_by_languagetitle.html?language=15&sortby=title.
На официальном сайте компании Matlab (http://matlab.ru/) регулярно проводятся
вебинары. В разных городах России (в том числе и во Владивостоке) несколько раз в год
проводятся семинары, посвященные современным решениям программного продукта. На
сайте предлагаются и другие материалы по разработкам компании и их прикладному
использованию.
7. Перечень учебно-методического обеспечения для самостоятельной
работы
Самостоятельную работу студенты могут выполнять в компьютерных классах,
оснащенных
современным
лицензионным
программным
обеспечением.
В
специализированных аудиториях размещены терминалы, подключенные к центральному
серверу, обеспечивающему доступ к программному обеспечению, необходимому для
изучения дисциплины, а также доступ через локальную сеть университета к студенческому
файловому серверу и через информационно-телекоммуникационную сеть «Интернет» к
хранилищу полнотекстовых материалов и к электронной образовательной среде.
8. Фонд оценочных средств для проведения промежуточной аттестации
В соответствии с требованиями ФГОС ВО для аттестации обучающихся на
соответствие их персональных достижений планируемым результатам обучения по
дисциплине созданы фонды оценочных средств (Приложение 1).
9. Перечень основной и дополнительной
необходимой для освоения дисциплины
учебной
литературы,
а) основная литература
1. MATLAB и SIMULINK для радиоинженеров / В. П. Дьяконов. - М.: ДМК Пресс, 2011.
- 976 с.: ил.
2. MATLAB. Программирование на Visual C#, Borland JBuilder, VBA + CD-ROM:
учебный курс / Н.К. Смоленцев. – М.; СПб.: ДМК Пресс: Питер, 2009. - 464 с.: ил. (Учебный курс).
б) дополнительная литература
3. MATLAB и Simulink в электроэнергетике: справочник / В. П. Дьяконов, А. А.
Пеньков. - М.: Горячая линия-Телеком, 2009. - 816 с.: ил.
4. Подготовка учителя математики: Инновационные подходы: учеб. пособие / под ред.
В.Д. Шадрикова. – М.: Гардарики, 2008. – 383 с.
5. Кужель С.С., Кужель О.С. Информационные технологии – средство развития
системного творческого мышления [Электр. ресурс] // Образовательные технологии и
общество. – 2008. – № 1. – С. 264-275
6. Трофимец Е.Н., Трофимец В.Я., Оленикова Ю.К. Математические модели
экономических систем: учеб. пособие. – Ярославль: Изд-во ЯГТУ, 2008. – 171 с.
7. Усачёв А. Е. Сборник заданий по программированию в системе MatLab: к
лабораторным и самостоятельным работам по дисциплине «Информатика» для студентов
специальности «Электроснабжение». – Ульяновск: УлГТУ, 2008. – 43 с.
8. Применение вейвлетов для ЦОС / Г. -Г. Штарк; пер. с англ. Н. И. Смирновой под ред.
А. Г. Кюркчана. - М.: Техносфера, 2007. - 192 с: ил. - (Мир цифровой обработки).
9. Цифровая обработка изображений в среде MATLAB / Р. Гонсалес, Р. Вудс, С. Эддинс;
пер. с англ. В. В. Чепыжова. - М.: Техносфера, 2006. - 616 с.: ил. - (Мир цифровой
обработки). + CD-ROM.
10. MATLAB 7. Основы работы и программирования: учебное пособие для студ. вузов /
С. В. Поршнев. - М.: Бином-Пресс, 2006. - 320 с.: ил.
11. Matlab 7: наиболее полное руководство в подлиннике / И. Е. Ануфриев, А. Б.
Смирнов, Е. Н. Смирнова. - СПб: БХВ-Петербург, 2005. - 1104 с.: ил. + CD-ROM.
12. MATLAB для студента / А. М. Половко, П. Н. Бутусов. - СПб: БХВ-Петербург, 2005. 320 с.: ил.
13. Моделирование процессов и систем в MATLAB: учебный курс для вузов / Ю.
Лазарев. - СПб: Питер, 2005. - 512 с.: ил.
14. MATLAB 7. Программирование, численные методы / Ю.Л. Кетков, А.Ю. Кетков,
М.М. Шульц. – СПб: БХВ-Петербург, 2005. – 752 с.
10. Перечень ресурсов информационно - телекоммуникационной сети
«Интернет»
а) полнотекстовые базы данных
15. Национальный цифровой ресурс «Руконт». [Электронный ресурс] // Режим доступа:
http://rucont.ru/
16. Электронная библиотечная система Book.ru. [Электронный ресурс] // Режим доступа:
http://www.book.ru/
17. Ресурсный информационно-аналитический центр ВГУЭС. [Электронный ресурс] //
Владивостокский государственный университет экономики и сервиса: официальный сайт. Режим доступа: http://lib.vvsu.ru/russian/index.php?id=28
б) интернет-ресурсы
18. Центр компетенций MathWorks. [Электронный ресурс] // Официальный сайт
департамента MathWorks. - Режим доступа: http://matlab.ru/
19. Авторские руководства по продуктам MathWorks. [Электронный ресурс] //
Сообщество пользователей MathWorks. - Режим доступа: http://matlab.exponenta.ru
20. Официальный сайт компании MathWorks. [Электронный ресурс] // Официальный сайт
компании MathWorks. - Режим доступа: http://www.mathworks.com/
21. Официальный youtube канал на русском языке.
[Электронный ресурс] //
Официальный
канал
компании
MathWorks.
Режим
доступа:
https://www.youtube.com/user/MATLABinRussia.
11. Перечень информационных технологий
Для проведения практических занятий необходима специальная аудитория,
оснащенная персональными компьютерами с лицензионным программным продуктом
MatLab в составе: MatLab, Simulink, Symbolic Math Toolbox, Image Processing Toolbox. Также
необходимо наличие Internet с обеспечением доступа в электронную информационнообразовательную среду организации.
12. Электронная поддержка дисциплины
При изучении дисциплины преподаватель размещает все учебно-методические
материалы в электронном виде на студенческом файловом сервере, доступ к которому
возможен через сеть ВУЗа, используя учетную запись студента.
13. Материально-техническое обеспечение дисциплины
Занятия проводятся в специально оборудованном компьютерном центре, где
аудитории оснащены терминалами и персональными компьютерами, подключенными к
центральному серверу. В аудиториях установлено мультимедийное оборудование, которое
позволяет использовать стандартный пакет MS Office для изучения теоретического
материала. Также возможна демонстрация работы изучаемого программного продукта на
большом экране. Студенты выполняют практические работы с лицензионным программным
продуктом MatLab в составе: MatLab, Simulink, Symbolic Math Toolbox, Image Processing
Toolbox.
14. Словарь основных терминов
Математическое моделирование – это процесс построения и изучения математических
моделей
Модель – воспроизведение или схема какого-либо материального объекта, обычно в
уменьшенном виде
Информационные технологии – широкий класс дисциплин и областей деятельности,
относящихся к технологиям создания, сохранения, управления и обработки данных, в том
числе с применением вычислительной техники
Программирование – процесс создания компьютерных программ
Лист изменений и согласований
Дополнения и изменения в учебной программе на 201 __/201__ учебный год.
В
рабочую
программу
вносятся
следующие
изменения:
_________________________________________________________________ ______
Редакция _________г. утверждена на заседании кафедры _____________от __.__.__.___г.,
протокол № __
Заведующий кафедрой (разработчика) _____________________ ___________________
подпись
«____»_______________20__г.
фамилия, инициалы