Samrab1

Министерство образования
Российской Федерации
Московский Государственный Институт
Радиотехники, Электроники и Автоматики
(Технический Университет)
ФАКУЛЬТЕТ Кибернетики
КАФЕДРА Интеллектуальных
технологий и систем.
Самостоятельная работа по дисциплине:
Теория и технология
моделирования систем
Тема самостоятельной работы:
Методологический комплекс
системного моделирования:
построение и анализ
(7 семестр)
Студент Морозов Олег
Группа ИЖ-1-99
Руководитель Нечаев В.В.
2
Москва 2002
3
Общие вопросы моделирования.
Назначение методологического комплекса
Моделирование – одна из форм деятельности человека. Модель, с одной стороны –
средство познания реального или идеального, мысленно представляемого мира, а с другой –
форма и методология отражения реального и идеального мира в искусственно созданных
человеком объектах.
Моделирование – комплексная методология накопления, организации хранения,
обработки, производства и отображения информации. Для построения модели необходимо
иметь информацию об объекте моделирования (оригинале) в достаточном для этого объёме.
Информация должна быть проанализирована, в необходимой мере обобщена, определенным
образом структурирована, т.е. организована.
С помощью моделирования решаются задачи анализа и синтеза:
Задачи анализа:
 Анализ объекта моделирования с целью составления того или иного вида описания.
 Анализ объекта моделирования с целью проверки её адекватности модели и
результата решения модельной задачи.
Задачи синтеза:
 Синтез самой модели.
 Синтез наилучшего результата решения модельной задачи.
Часть1. Триада “субъект-объект-модель”
А ЭЭ
ЭМ
FЭМ
FЭ
FЭ
А 
0
М

F
FМЭ
М0
АМ
М
FМ
Рис.1.1 Граф-схема триады
На рисунке 1.1 представлена граф-схема триады. На этой схема изображены следующие
элементы: эксперт по моделированию (ЭМ), объект-оригинал (Σ0) и модель
(М0).
1.1. Эксперт по моделированию (ЭМ) – человек или коллектив, обладающий
знаниями в области моделирования и выполняющий моделирование некоторого объекта.
Инженер моделирования предполагает разработку и создание объекта, который бы замещал
оригинал, т.е. некоторой модели как инструментального средства, ориентированного на
конкретную задачу моделирования и используемого для решения этой или аналогичной
задач.
1.2.Объект моделирования (Σ0) – объект, который необходимо смоделировать. Каждая
предметная область деятельности включает в себя совокупности объектов, взаимосвязанных
и взаимодействующих между собой. Моделирование всегда предполагает существования
прообраза-оригинала; он может быть в любой области моделирования.
4
1.3.Модель (М ) – образ объекта моделирования. В модели происходит обработка
информации и преобразование исходных данных в результате моделирования. Модель
можно рассматривать как инструментальное средство, замещающее оригинал и
используемое для решения задач моделирования
1.4.Анализ триады на основе бинарных отношений.
Все 3 компоненты триады “объект-субъект-модель” взаимосвязаны. Они образуют
бинарные сочетания, реализующие между ними эпиморфные отношения:
 FЭ – восприятие информации об объекте моделирования – эксперт по
моделированию изучает объект моделирования, выделяя при этом особенности
данного объекта, его свойства.
 FЭ – воздействие на объект моделирования – для более детального изучения
особенностей объекта моделирования эксперт воздействует на объект, изучая его
реакцию.
 FЭМ – построение модели – эксперт по моделированию на основе полученных данных
об объекте-оригинале строит модель.
 FМЭ – изучение полученной модели – эксперт по моделированию после построения
модели изучает ее на предмет адекватного замещения объекта-оригинала. Это
является условием правильного построения модели.
 FМ – изучение модели может показать, что объект-оригинал не выполняет свои
функции. В этом случае модель дорабатывается, и вносятся изменения в сам объекторигинал.
 FМ –может получиться, что объект-оригинал имеет новые свойства, которые были
ранее не известны. В этом случае необходимо дополнить модель для адекватного
замещения оригинала.
Также существуют связи исходящие из компоненты и входящие в нее. Это автоморфные
отношения:
 АМ
М – предполагается анализ модели с точки зрения ее целевого назначения,
функциональных возможностей, структуры, задач, которые рассматриваемая модель
позволяет решать. Модель реализуется таким образом, что все последующие
изменения основываются на предыдущих, вся заложенная ранее в модель информация
отображается снова;
 А ЭЭ – эксперт по моделированию анализирует имеющуюся информацию и на основе
знаний, опыта принимает различные решения;
 А ΣΣ – под воздействием окружающей среды объект-оригинал может изменяться с
целью адаптации к изменениям.
0
В результате взаимодействия между объектом и экспертом в мозгу эксперта
происходит формирование некоторой ментальной модели объекта Σ0. Аналитические
рассуждения применимы к каждой паре компонент с условием соответствующей адекватной
интерпретации. В результате мы смогли записать 6 выражений и 6 схем взаимодействий при
анализе триады “объект-субъект- модель” на основе бинарных отношений.
Часть2. Модельная деятельность эксперта.
Виды и формы деятельности
Модельная деятельность эксперта, направленная на создание и использование
концептуальных метамоделей (КММ), осуществляется на основе совокупности
фундаментальных принципов. Как известно, под принципом принято понимать: основное,
исходное положение; первоначало, исходный пункт, предпосылку какой-либо теории или
концепции; руководящую идею, основное правило деятельности. КММ должна
5
удовлетворять базовой парадигме принципов, каждый из которых, в зависимости от
решаемых задач, имеет соответствующую интерпретацию. Под парадигмой понимают
идеологию, теорию или модель постановки проблем, положенную в основу методологии и
технологии решения модельных задач.
В моделировании деятельность специалиста разбивается на 2 базы: создание и
использование модели. С точки зрения методологии осуществления деятельности эксперта,
выделяют 2 вида (подхода): теоретический и экспериментальный. С точки зрения целевого
назначения, можно указать 2 направления деятельности эксперта: познавательная и
созидательная. С точки зрения предмета, на который эта деятельность направлена, выделяют
2 предмета деятельности: объект-оригинал и модель. Структура модельной деятельности
эксперта по моделированию изображена на рисунке 2.1.
Модельная
деятельность ЭМ
Теоретическая
МДЭ
Эксперимент.
МДЭ
Познавательная
МДЭ
Созидательная
МДЭ
Объекторигинал
Модель
Рис. 2.1 Дихотомическая схема модельной деятельности эксперта
6
Σ0
СΣ
RΣ
ПΣ
ПТ
Т
СЭ
ЭМ
RТ
RЭ
СТ
Э
ПЭ
ПМ
RМ
СМ
М0
Рис. 2.2 Диаграммная схема модельной деятельности эксперта
На рисунке 2.2 представлена диаграммная схема модельной деятельности эксперта. В
этой схеме используются следующие обозначения: ЭМ – эксперт по моделированию, Σ 0 –
объект-оригинал, М 0 – модель, Т – теоретический подход, Э – экспериментальный подход, П
– познавательная деятельность эксперта, С – созидательная деятельность эксперта и R –
результат деятельности эксперта.
2.1.Макроанализ диаграммы модельной деятельности эксперта
В центре схемы находится эксперт по моделированию. Верхняя часть схемы отображает
деятельность
эксперта
связанную
с
объектом
моделирования,
нижняя
часть – процесс моделирования, левая часть – теоретический подход, а правая –
экспериментальный. Таким образом, схема разделяется на четверти:
1)
теоретическая деятельность эксперта, связанная с объектом моделирования –
изучение объекта моделирования на основе теорий;
2)
экспериментальная деятельность эксперта, связанная с объектом моделирования –
изучение объекта моделирования на основе экспериментальных данных.
3)
теоретическая деятельность эксперта, связанная с разработкой модели – разработка
новых подходов к моделированию;
4)
экспериментальная деятельность эксперта, связанная с созданием модели – проверка
на эксперименте адекватности создаваемой модели;
2.2.Анализ задач моделирования
Задачи моделирования могут быть однофазными, двухфазными, трехфазными,
четырехфазными и т.д.
2.2.1.Однофазные задачи (общее число – 8):
1) познание
объекта-оригинала
с
получением
конкретных
результатов:
0
П
ЭМ  П     R  ЭМ – эксперт по моделированию изучает объект для
получения информации о нем;
ЭМ  С    0  RС  ЭМ –
2) создание действующего объекта-оригинала:
деятельность эксперта направлена либо на исходный объект-оригинал, либо на
новый;
7
3) познание теории и получение некоторых структурированных знаний:
ЭМ  ПТ  Т  RТП  ЭМ – эксперт по моделированию познает теорию, что
позволяет быстрее понять проблему и способы ее решения;
4) создание
теории,
применимой
для
данной
проблемной
ситуации:
С
ЭМ  СТ  Т  RТ  ЭМ – эксперт по моделированию создает теорию,
позволяющую по-новому взглянуть на проблему, что может сказаться на способе
решения проблемы;
5) познание
экспертом
модели
для
получения
информации:
0
П
ЭМ  П М  М  RМ  ЭМ – эксперт по моделированию познает модель с
целью выявления ее недостатков;
6) создание экспертом модели: ЭМ  С М  М 0  RМС  ЭМ – эксперт по
моделированию создает модель на основе имеющихся данных;
7) познание экспертом эксперимента с получением некоторых данных:
ЭМ  П Э  Э  RЭП  ЭМ – эксперт изучает поставленный эксперимент и
анализирует его результаты;
8) создание экспертом эксперимента: ЭМ  С Э  Э  RЭС  ЭМ – для более
детального изучения объекта моделирования эксперт по моделированию проводит
эксперимент.
2.2.2.Двухфазные задачи (общее число – 56):
1) создание
объекта
моделирования
и
изучение
его
свойств:
0
С
0
П
ЭМ  С     R  ЭМ  П     R  ЭМ –
эксперт
по
моделированию создает новый объект и проверяет его на соответствие
требованиям;
2) создание
модели
и
изучение
ее
свойств:
0
С
0
П
эксперт
по
ЭМ  С М  М  RМ  ЭМ  П М  М  RМ  ЭМ –
моделированию создает модель, а затем проверяет ее реакцию на внешние
воздействия;
3) изучение
объекта-оригинала
и
создание
нового
объекта:
0
П
0
С
ЭМ  П     R  ЭМ  С     R  ЭМ – может использоваться
при создании идентичного объекта;
4) изучение
модели
с
последующим
созданием
новой
модели:
0
П
0
С
ЭМ  П М  М  RМ  ЭМ  С М  М  RМ  ЭМ – возможен вариант,
когда созданная модель не адекватно описывает оригинал, поэтому возникает
необходимость изучения модели с целью определения ошибки, а затем создание
новой модели на основе имеющихся данных;
5) создание
модели
и
эксперимента:
0
C
С
ЭМ  С М  М  R М  ЭМ  С Э  Э  RЭ  ЭМ –
экспертом
создается
модель объекта, а затем эксперимент, позволяющий определить реакцию объекта на
внешнее воздействие по реакции модели;
6) изучение
модели
и
создание
эксперимента:
0
П
С
ЭМ  П М  М  R М  ЭМ  С Э  Э  RЭ  ЭМ – на основе данных,
полученных при изучении модели, эксперт создает эксперимент для продолжения
изучения;
7) создание конкретной модели с последующим изучением объекта-оригинала:
ЭМ  С М  М 0  R МС  ЭМ  П    0  RП  ЭМ –
создав
конкретную
модель эксперт по моделированию может изучить объект моделирования с целью
подтверждения информации, имевшейся у него на момент создания модели;
8) изучение
модели
и
создание
объекта:
0
С
0
С
ЭМ  П М  М  R М  ЭМ  С     R  ЭМ – когда создана модель не
существующего в природе оригинала и эта модель испытана, то возникает
8
необходимость создания объекта-оригинала, поэтому эксперт по моделированию
изучает модель, а затем на основе имеющейся информации строится оригинал;
9) создание
теории
с
последующим
созданием
модели:
С
0
С
экспертом
по
ЭМ  СТ  Т  RТ  ЭМ  С М  М  RМ  ЭМ –
моделированию создается теория, с использованием которой строится новая
модель;
10) изучение
модели
и
создание
теории:
0
П
С
изучив
конкретную
ЭМ  П М  М  RМ  ЭМ  СТ  Т  RТ  ЭМ –
модель эксперт по моделированию может создать на основе имеющейся
информации новую теорию, позволяющую объяснить ранее необъяснимые явления
и т.д.;
11) изучение
модели
и
изучение
теории:
0
П
П
ЭМ  П М  М  RМ  ЭМ  ПТ  Т  RТ  ЭМ – эксперт изучает модель,
получая некоторые данные, которые не всегда ему понятны, поэтому он может
обратиться к существующей теории с целью формирования знаний;
12) Изучение
теории
и
создание
новой
теории:
П
С
ЭМ  ПТ  Т  RТ  ЭМ  СТ  Т  RТ  ЭМ – на основе имеющейся
теории эксперт по моделированию создает новую теорию;
13) изучение
теории
и
создание
эксперимента:
П
С
ЭМ  П Т  Т  RТ  ЭМ  С Э  Э  RЭ  ЭМ – возможен вариант, когда
результат поставленного эксперимента не удовлетворил эксперта, и он проводит
новый эксперимент;
14) изучение
эксперимента
и
создание
нового
эксперимента:
П
С
ЭМ  П Э  Э  RЭ  ЭМ  С Э  Э  RЭ  ЭМ – возможен вариант, когда
результат поставленного эксперимента не удовлетворяет эксперта, и он проводит
новый эксперимент.
2.2.3.Трехфазная задача (р/м типовая задача):
познание
теории,
создание
модели
и
создание
эксперимента:
П
0
С
ЭМ  П Т  Т  RТ  ЭМ  С М  М  R М  ЭМ  С Э  Э  RЭС  ЭМ –
эксперт по моделированию изучает теорию, по ней создает модель, на которой
проводит эксперимент.
2.2.4.Четырехфазная задача (р/м типовая задача):
Познание объекта-оригинала, создание модели, познание теории и создание
эксперимента:
ЭМ  П    0  RП  ЭМ  С М  М 0  R МС  ЭМ  П Т  Т  RТП 
–
 ЭМ  С Э  Э  RЭС  ЭМ
эксперт по моделированию, предварительно изучив объект-оригинал, создает
модель данного объекта, затем он изучает теорию и проводит на созданной модели
эксперимент с целью подтвердить или опровергнуть данную теорию.
Анализ модельной деятельности эксперта показал, что существует огромное количество
вариантов взаимодействия эксперта с объектом-оригиналом, моделью. Задачи
моделирования интерпретируются в зависимости от цели моделирования и объекта
оригинала.
Заключение
Моделирование – одна из форм познания реальной действительности. Моделирование
базируется на способности головного мозга человека абстрагировать сходные явления на
9
основе обобщения и осуществить перенос знаний из одной предметной области в другую.
Моделирование как метод используется в задачах научного познания и инженерного
эксперимента.
Его целесобразно использовать, когда имеет место экономическая
эффективность решения конкретной задачи; экономические факторы не преобладают над
важностью решаемой задачи; сложность задачи настолько велика, что другие методы не
работают; невозможно получить единого аналитического описания; требуется для получения
результата произвести большой объём вычислений; все другие методы бессильны.
Содержание
Общие вопросы моделирования. Назначение методологического комплекса ................3
Часть1. Триада “субъект-объект-модель” ............................................................................3
Часть2. Модельная деятельность эксперта. Виды и формы деятельности.......................4
Заключение .............................................................................................................................8