ИМСП - Саратовский государственный университет

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ
РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
Саратовский государственный университет имени Н.Г. Чернышевского
Социологический факультет
УТВЕРЖДАЮ
___________________________
"__" _________ 2011 г.
Рабочая программа дисциплины (модуля)
ИМИТАЦИОННОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ
СОЦИАЛЬНЫХ ПРОЦЕССОВ
Направление подготовки
230700
Прикладная информатика
Профиль подготовки
______________________
Квалификация (степень) выпускника
Бакалавр
Форма обучения очная
Саратов
2011
1. Цели и задачи дисциплины.
Программа дисциплины «Имитационное моделирование социальных
процессов» составлена в соответствии с требованиями Федерального
государственного образовательного стандарта высшего профессионального
образования для направления подготовки 230700 Прикладная информатика
(квалификация (степень) «бакалавр»).
В дисциплине рассматриваются принципы и методы построения
имитационных моделей и процессов в социологии. Методология и
технология
машинного
моделирования
систем,
формализация
и
алгоритмизация процессов функционирования элементов юридических
систем, автоматизированных систем обработки информации и управления,
организация статистического моделирования на ЭВМ, инструментальные
средства моделирования. Значительное внимание уделяется вопросам
имитационного
моделирования
социальных
процессов
на
базе
моделирующих систем GPSS, Process Model, Arena, Extend, Generic Enterprise
Modeling
(GEM),
ITHINK,
различным
подходам
к
статическому
моделированию.
В
качестве
современных
способов
моделирования
систем
рассматривается методология функционального моделирования SADT.
Излагаются основы использования CASE – средств ARIS и AnyLogicTM.
Цель:
изучение
современных
методов
анализа
структуры
и
динамических характеристик процессов в социологии.
Формой контроля является зачёт в восьмом семестре на дневном
отделении.
Программа
учитывает
требования
Федерального
государственного образовательного стандарта высшего профессионального
образования и содержит обязательный минимум образовательной программы
по дисциплине «Имитационное моделирование социальных процессов».
2. Место дисциплины в структуре ООП бакалавриата.
Дисциплина «Имитационное моделирование социальных процессов»
относится к дисциплинам по выбору профессионального цикла.
Данный курс читается студентам полной очной формы обучения в 8ом семестре. На изучение курса студентам полной очной формы обучения
отводится 22 часа лекций и 22 часа практических занятий.
Изучение
дисциплины
в
комплексе
с
другими
предметами
профессионального цикла, призвано сформировать у будущего специалиста
базу
знаний
в
области
применения
методов
и
инструментария
компьютерного моделирования в профессиональной сфере деятельности.
3.
Компетенции обучающегося, формируемые в результатам
освоения дисциплины «Имитационное моделирование социальных
процессов».
Процесс
изучения
дисциплины
направлен
на
формирование
элементов следующих компетенций в соответствии с ФГОС ВПО по
направлениям подготовки 230700 Прикладная информатика:
общекультурных (ОК):
 владение культурой мышления, способность к обобщению, анализу,
восприятию информации, постановке цели и выбору путей ее достижения
(ОК-1);
 готовность к кооперации с коллегами, работе в коллективе (ОК-3);
 способность находить организационно-управленческие решения в
нестандартных ситуациях (ОК-4);
 стремление к саморазвитию, повышению своей квалификации и
мастерства (ОК-6);
 осознание социальной значимости своей будущей профессии,
формирование высокой мотивации
к
выполнению
профессиональной
деятельности (ОК-8);

способность использовать основные законы естественнонаучных
дисциплин
в
математического
профессиональной
анализа
и
деятельности,
моделирования,
применять
методы
теоретического
и
экспериментального исследования (ОК-11);
 способность понимать сущность и значение информации в развитии
современного общества, сознавать опасности и угрозы, возникающие в этом
процессе, соблюдать основные требования информационной безопасности, в
том числе защиты государственной тайны (ОК-12);
 владение основными методами, способами и средствами получения,
хранения, переработки информации, навыки работы с компьютером как
средством управления информацией (ОК-13);
 способность к социальной и профессиональной адаптации;
профессиональных (ПК):
 способностью использовать основные законы естественнонаучных
дисциплин
в
профессиональной
деятельности
и
эксплуатировать
информационно-коммуникационные технологии (ПК-3);
 способностью анализировать и выбирать методы и средства
обеспечения информационной безопасности (ПК-18)
 способностью применять системный подход и математические
методы в формализации решения прикладных программ (ПК-21);
В результате изучения дисциплины «Имитационное моделирование
социальных процессов» студент должен
 знать: методы имитационного моделирования и возможности их
применения в профессиональной области.
 уметь: использовать инструментарий имитационного моделирования
для решения профессиональных задач.
4. Структура и содержание дисциплины
Трудоёмкость дисциплины составляет 3 зачётных единицы - 108
часов, из них 44 аудиторных.
Виды учебной работы, включая
самостоятельную работу студентов и
трудоемкость (в часах)
№
п/п
Раздел
дисциплины
Семестр
Неделя
семестра
Лек
ции
Практи
ческие
Семи
нарские
СРС
КСР
Краткий экскурс в
системный анализ.
1
Понятие
8
1
2
1
6
2
8
2, 3
3
3
6
3
8
4, 5
3
3
6
3
8
6, 7
3
3
6
3
8
8, 9, 10
4
5
6
4
компьютерного
моделирования
Сущность
2
метода
имитационного
моделирования
Технологические
этапы создания и
3
использования
имитационных
моделей
Базовые
концепции
4
структуризации
и
формализации
имитационных
систем
Инструментальные
5
средства
автоматизации
моделирования
Формы
текущего
контроля
успеваемости
(по неделям
семестра)
Формы
промежуточной
аттестации (по
семестрам)
Испытание
и
исследование
6
свойств
8
11, 12
3
3
6
3
8
13, 14
4
4
6
4
имитационной
модели
Технология
постановки
и
проведения
7
направленного
вычислительного
эксперимента
Контрольная
работа, зачет
на
имитационной
модели
Тема
1.
Краткий
экскурс
в
системный
анализ.
Понятие
компьютерного моделирования
Свойства
сложных
систем.
Сложная
система,
как
объект
моделирования. Прикладной системный анализ – методология исследования
сложных систем. Определение модели. Общая классификация основных
видов моделирования. Компьютерное моделирование. Метод имитационного
моделирования.
Процедурно-технологическая
схема
построения
и
исследования моделей сложных систем. Основные понятия моделирования.
Метод статистического моделирования на ЭВМ (метод Монте-Карло).
Отличительные особенности моделей различных классов.
Тема 2. Сущность метода имитационного моделирования
Метод имитационного моделирования и его особенности. Статическое
и
динамическое
модельном
Дискретные
представление
времени.
и
Механизм
непрерывные
моделируемой
продвижения
имитационные
системы.
Понятие
модельного
модели.
о
времени.
Моделирующий
алгоритм. Имитационная модель. Проблемы стратегического и тактического
планирования имитационного эксперимента. Направленный вычислительный
эксперимент на имитационной модели. Общая технологическая схема
имитационного
моделирования.
Возможности,
область
применения
имитационного моделирования.
Тема 3. Технологические этапы создания и использования
имитационных моделей
Основные
этапы
имитационного
моделирования.
Общая
технологическая схема. Формулировка проблемы и определение целей
имитационного исследования. Разработка концептуальной модели объекта
моделирования. Формализация имитационной модели. Программирование
имитационной модели. Сбор и анализ исходных данных. Испытание и
исследование
свойств
имитационной
модели.
Направленный
вычислительный эксперимент на имитационной модели. Анализ результатов
моделирования и принятие решений.
Тема 4. Базовые концепции структуризации и формализации
имитационных систем
Методологические подходы к построению дискретных имитационных
моделей. Язык моделирования GPSS. Агрегативные модели. Сети Петри и их
расширения. Модели системной динамики.
Тема
5.
Инструментальные
средства
автоматизации
моделирования
Назначение языков и систем моделирования. Классификация языков и
систем моделирования, их основные характеристики. Технологические
возможности систем моделирования. Развитие технологии системного
моделирования. Выбор системы моделирования.
Тема 6. Испытание и исследование свойств имитационной модели
Комплексный подход к тестированию имитационной модели. Проверка
адекватности модели. Верификация имитационной модели. Валидация
данных имитационной модели. Оценка точности результатов моделирования.
Оценка устойчивости результатов моделирования. Анализ чувствительности
имитационной
эксперимента.
модели.
Тактическое
планирование
имитационного
Тема 7. Технология постановки и проведения направленного
вычислительного эксперимента на имитационной модели
Направленный вычислительный эксперимент на имитационной модели
и его содержание. Основные цели и типы вычислительных экспериментов в
имитационном
экспериментов.
моделировании.
Основные
экспериментальная
модели.
Основы
теории
понятия:
структурная,
План
однофакторного
планирования
функциональная
и
эксперимента
и
процедуры обработки результатов эксперимента. Факторный анализ, полный
и дробный факторный эксперимент и математическая модель. Основные
классы планов, применяемые в вычислительном эксперименте. Методология
анализа поверхности отклика. Техника расчета крутого восхождения.
5. Образовательные технологии.
В соответствии с требованиями ФГОС ВПО по направлению
подготовки
реализация
компетентностного
подхода
предусматривает
широкое использование в учебном процессе активных и интерактивных форм
проведения занятий (кроссворд, рефераты и доклады, компьютерное
тестирование) в сочетании с внеаудиторной работой с целью формирования и
развития профессиональных навыков студентов.
6. Учебно-методическое обеспечение самостоятельной работы
студентов. Оценочные средства для текущего контроля успеваемости,
промежуточной аттестации по итогам освоения дисциплины.
В список базовых объектов самостоятельной работы студентов входят
следующие:
 Учебные тексты (литература, периодика, Интернет);
 Специальные тексты (материалы выступлений, презентаций).
Варианты использования указанных объектов следующие:
 изучение (прочтение, просмотр);
 передача сути и содержания (пересказ);
 анализ и критика содержания текста с точки зрения обсуждения
использования инструментария предметной области;
 подготовка
выступления
по
теме
предметной
области
с
использованием примеров, заимствованных в изученных объектах;
 использование примеров и иллюстраций из книг и повседневной
жизни при ответе на экзамене/зачете.
Типовые задания для самостоятельной работы
Задание 1
Нарисовать блок схему, алгоритмы моделирования СВ, предложения
по исходным выходным переменным.
1.
Смоделировать время поступления 25 заявок на обслуживание,
подчиненных показательному закону распределения со средним временем 2
часа. За какое общее время поступят все заявки?
2.
В автопарке происходят поломки машин в среднем 2 машины в
неделю. (Поток простейший). Сколько неисправностей случится за год?
3.
В
магазин
поступает
простейший
поток
покупателей
с
интенсивностью 20 чел/час. Сосчитать количество покупателей за 10 часов
работы
4.
Суда на разгрузку в порт поступают с интенсивностью 5 судов в
сутки. (Поток простейший). Сколько судов поступит на разгрузку за месяц?
5.
Смоделировать
последовательность
из
100
равномерно
распределенных случайных чисел в интервале от 0 до 10. Сосчитать, сколько
чисел попадет в интервал от 2 до 7?
Задание 2
Система передачи данных обеспечивает передачу пакетов данных из
пункта А в пункт С через транзитный пункт В. В пункт А пакеты поступают
через 10 ± 5 мс. Здесь они буферируются в накопителе емкостью 20 пакетов и
передаются по любой из двух линий АВ1— за время 20 мс или АВ2 — за
время 20 ± 5 мс. В пункте В они снова буферируются в накопителе емкостью
25 пакетов и далее передаются по линиям ВС1 (за 25 ± 3 мс) и ВС2 (за 25 мс).
Причем пакеты из АВ1 поступают в ВС У, а из АВ2— в ВС 2. Чтобы не было
переполнения накопителя, в пункте В вводится пороговое значение его
емкости —20 пакетов. При достижении очередью порогового значения
происходит подключение резервной аппаратуры и время передачи снижается
для линий ВС1 и ВС2 до 15 мс.
Смоделировать прохождение через систему передачи данных 500
пакетов. Определить вероятность подключения резервной аппаратуры и
характеристики очереди пакетов в пункте В. В случае возможности его
переполнения определить необходимое для нормальной работы пороговое
значение емкости накопителя. (Оценить 90 % доверительный интервал,
необходимое количество экспериментов. Построить график влияния на мат
ожидание выходного параметра от количества проведённых экспериментов.
Нарисовать блок схему, реализовать программу, отобразить результаты ).
Задание 3
Распределенный банк данных системы сбора информации организован
на базе ЭВМ, соединенных дуплексным каналом связи. Поступающий запрос
обрабатывается на первой ЭВМ и с вероятностью 50% необходимая
информация обнаруживается на месте. В противном случае необходима
посылка запроса во вторую ЭВМ. Запросы поступают через 10 ± Зс,
первичная обработка запроса занимает 2 с, выдача ответа требует 18 ± 2с,
передача по каналу связи занимает 3 с. Временные характеристики второй
ЭВМ аналогичны первой.
Смоделировать прохождение 400 запросов. Определить необходимую
емкость накопителей перед ЭВМ, обеспечивающую безотказную работу
системы, и функцию распределения времени обслуживания заявки. (Оценить
90 % доверительный интервал, необходимое количество экспериментов.
Построить график влияния на мат ожидание выходного параметра от
количества проведённых экспериментов. Нарисовать блок схему, реализовать
программу, отобразить результаты ).
Текущий
контроль
осуществляется
в
ходе
учебного
процесса
и
консультирования студентов по результатам выполнения самостоятельных
работ. Основными формами текущего контроля являются:
 обсуждение вынесенных в план самостоятельной работы вопросов и
задач;
 решение на практических занятиях задач и их обсуждение;
 выполнение контрольных заданий и обсуждение результатов;
 участие в дискуссии по проблемным темам дисциплины и оценка
качества анализа проведённой аналитической и исследовательской
работы.
Зачёт проводится в устной форме в виде ответов на вопросы билета.
Вопросы к зачету по дисциплине «Имитационное моделирование
социальных процессов»
1. Понятие модели и моделирование. Имитационное моделирование.
2. Типовые системы имитационного моделирования.
3. Классификация видов моделирования.
4. Этапы имитационного моделирования.
5. Метод Монте-Карло.
6. Использование методов имитационного моделирования. Границы
возможностей классических математических методов в социологии.
7. Имитация случайных величин и процессов. Требования к базовым
датчикам случайных величин и их проверка.
8. Классификация потоков событий.
9. Потоки, задержки обслуживания.
10. Классификация систем массового обслуживания.
11. Показатели эффективности систем массового обслуживания.
12. Моделирование процессов обслуживания заявок в условиях
отказов.
13. Виды представления времени в модели. Управление модельным
временем.
14. Изменение модельного времени с постоянным шагом.
15. Изменение времени по особым состояниям.
16. Моделирование параллельных процессов.
17. Моделирование случайных величин (дискретных, непрерывных).
18.
Моделирование
распределением.
Основные
случайных
величин
характеристики
с
равномерным
случайных
величин
с
равномерным распределением.
19. Моделирование случайных величин с нормальным распределением.
Основные
характеристики
распределением.
случайных
величин
с
нормальным
20. Моделирование случайных величин с усечённым нормальным
распределением. Основные характеристики случайных величин с усечённым
нормальным распределением.
21.
Моделирование
распределением.
случайных
Основные
величин
характеристики
с
показательным
случайных
величин
с
показательным распределением.
22. Критерии оценки эффективности системы массового обслуживания.
23. Классификация систем массового обслуживания по количеству
каналов. Примеры.
24. Классификация систем массового обслуживания по наличию
ограничений на очередь. Примеры.
25. Классификация систем массового обслуживания по дисциплине
обслуживания очереди. Примеры.
26. Классификация систем массового обслуживания с приоритетами.
Виды приоритетов. Примеры.
27. Классификация систем массового обслуживания по организации
отбора заявок. Примеры.
28. Общий подход к планированию экспериментов по имитационному
моделированию.
29. Планирование машинных экспериментов по имитационному
моделированию.
30. Планирование эксперимента с помощью факторных планов.
31. Проведение экспериментов по отысканию оптимальных условий.
32. Подходы к формированию целевых функций и критериев при
имитационном моделировании.
33. Создание адекватных и детальных имитационных моделей. Методы
верификации моделирующих программ. Методы повышения валидации и
доверия к модели.
34. Основы моделирования сложных объектов и процессов.
35. Исследование свойств имитационных моделей.
36. Выбор начальных условий при имитационном моделировании.
37. Методы принятия решений при сравнении альтернативных
конфигураций систем.
38. Использование методов моделирования для решения задач
оптимизации сложных систем.
7. Учебно-методическая литература по курсу «Имитационное
моделирование социальных процессов»
ОСНОВНАЯ ЛИТЕРАТУРА
1. Боев В.Д. Моделирование систем. Инструментальные средства GPSS
World: Учеб. Пособие.- СПб.: БХВ-Петербург , 2004.
2. Кельтон В., Лоу А. Имитационное моделирование. Классика СS. 3-е
изд.- СПб.: Питер; Киев: Издательская группа ВНV, 2004
3. Карпов Ю.Г. Имитационное моделирование систем. Введение в
моделирование с AnyLogic 5. - СПб.: БХВ-Петербург, 2009.
ДОПОЛНИТЕЛЬНАЯ ЛИТЕРАТУРА
1.
Бережная
Е.В.,
Бережной
В.И.
Математические
методы
моделирования экономических систем: Учеб. Пособие.- М.: Финансы и
статистика, 2001.-368 с.: ил-22 экз.
2.
Варфоломеев В.И. Назаров С.В. Алгоритмическое моделирование
элементов экономических систем: практикум. Учебное пособие // Под ред.
Назарова С.В. - М.: "Финансы и статистика", 2002
3.
Емельянов
А.А.,
Власова
Е.А.,
Дума
Р.В.
Моделирование
экономических процессов. Учебное пособие //Под ред. Емельянова А.А. – М:
"Финансы и статистика", 2004.
4.
Кобелев Н.Б. Основы имитационного моделирования сложных
экономических систем: Учеб . пособие. - М.: Дело, 2003.-336 с.
5.
Кобелев Н.Б. Практика применения экономико-математических
методов и моделей. Москва, ЗАО «Финстатинформ»,2000
6.
Кораблин М. А. Информатика поиска п управленческих решений:
учеб. пособие для студентов вузов, обучающихся по специальности 351400
"Прикладная
информатика
(по
областям)"
и
др.
междисциплинар.
специальностям/М. А. Кораблин.-М.:СОЛОН-Пресс,2003.
7.
Рыжиков
Ю.И.
Имитационное
моделирование:
технологии. Издательство «Альтекс-А»,2004-380 с.
Теория
и
8.
Советов Б.Я. Моделирование систем: практикум : учеб. пособие / Б.
Я. Советов, С. А. Яковлев. - 2-е изд., перераб. и доп. - М. : Высш. шк., 2003.
9.
Томашевский В, Жданова Е. Имитационное моделирование в среде
GPSS.- М.: Бестселлер,2003.- 416 с.
Интернет-ресурсы
Адреса электронных библиотек:
http://web-local.rudn.ru – учебный портал РУДН
http://venec.ulstu.ru/lib/ – электронная библиотека полнотекстовых
учебных и научных изданий УлГТУ
–
http://www.twirpx.com
большая
библиотека
по
различным
направлениям
http://www.edu.ru – федеральный портал «Российское образование»
http://www.intuit.ru
–
Интернет-Университет
Информационных
Технологий
http://www.ph4s.ru/book_pc_model.html – электронные учебники по
моделированию
http://lib.socio.msu.ru – Электронная библиотека социологического
факультета МГУ.
http://www.i-u.ru – Русский Гуманитарный Интернет-Университет
http://www.elitarium.ru – дистанционное интернет-образование
http://orel.rsl.ru/ – открытая русская электронная библиотека.
8. Материально-техническое обеспечение дисциплины (модуля)
Доска, мел, персональные компьютеры в локальной сети, доступ к сети
интернет (во время самостоятельной подготовки).
Программа составлена в соответствии с требованиями ФГОС ВПО
с учетом рекомендаций и Примерной ООП ВПО по направлению подготовки
230700 Прикладная информатика
Автор:
Седавкина ЮА, ассистент кафедры социальной информатики _______
Программа одобрена на заседании кафедры социальной информатики
социологического факультета СГУ
Протокол № от ____________ 2011 года.
Зав. кафедрой
_________ И.Г. Малинский
Декан социологического факультета
_________ Г.В. Дыльнов