1Мат и имитац моделир (раб прогр)

Национальный исследовательский университет «Высшая школа экономики»
Программа дисциплины «Математическое и имитационное моделирование» - 2 курса
для направления 09.03.01 "Информатика и вычислительная техника" подготовки бакалавра
Федеральное государственное автономное образовательное
учреждение высшего профессионального образования
"Национальный исследовательский университет
"Высшая школа экономики"
Московский институт электроники и математики НИУ ВШЭ
Департамент компьютерной инженерии
Рабочая программа дисциплины
Математическое и имитационное моделирование
для образовательной программы «Информатика и вычислительная техника»
направления подготовки 09.03.01. Информатика и вычислительная техника
уровень Академический бакалавр
Разработчик программы
к.т.н. Салибекян Сергей Михайлович, [email protected]
Одобрена на заседании департамента компьютерной инженерии « 31» августа 2015 г.
Руководитель департамента В.А. Старых________
Рекомендована Академическим советом образовательной программы
«___»____________ 2015 г., № протокола_________________
Утверждена «___»____________ 2015 г.
Академический руководитель образовательной программы
Т.А. Потапова _________________
Москва, 2015
Настоящая программа не может быть использована другими подразделениями
университета и другими вузами без разрешения подразделения-разработчика программы.
Национальный исследовательский университет «Высшая школа экономики»
Программа дисциплины «Математическое и имитационное моделирование» - 2 курса
для направления 09.03.01 "Информатика и вычислительная техника" подготовки бакалавра
1 Область применения и нормативные ссылки
Настоящая программа учебной дисциплины устанавливает минимальные
требования к знаниям и умениям студента и определяет содержание и виды учебных
занятий и отчетности.
Программа предназначена для преподавателей, ведущих данную дисциплину,
учебных ассистентов и студентов направления 09.03.01 "Информатика и вычислительная
техника" подготовки академического бакалавра.
Программа разработана в соответствии с:
 Образовательный стандарт федерального Государственного автономного
образовательного учреждения высшего профессионального образования
Национального исследовательского университета «Высшая школа экономики» по
направлению подготовки 09.03.01 «Информатика и вычислительная техника» по
специализации "Вычислительные машины, комплексы, системы и сети";
 Рабочим учебным планом университета по направлению 09.03.01 «Информатика и
вычислительная техника» по специализации "Вычислительные машины, комплексы,
системы и сети" подготовки бакалавра, утвержденным в 2015 г.
2
Цели освоения дисциплины
Целями освоения дисциплины «Моделирование» являются
- приобретение студентами теоретических и практических навыков в области
аналитического и имитационного моделирования вычислительных систем;
- привить студентам навыки исследовательской работы в области математического
моделирования.
3
Компетенции обучающегося, формируемые в результате освоения
дисциплины
В результате освоения дисциплины студент должен:
 Знать
основные принципы моделирования вычислительных систем и
иметь представление об основных проблемах, возникающих при
моделировании вычислительных систем.


Уметь
Применять методы моделирования при решении инженерных задач, связанных
с анализом и синтезом вычислительных систем.
Иметь навыки (приобрести опыт)
Моделирования параллельных и распределенных вычислительных систем
В результате освоения дисциплины студент осваивает следующие компетенции:
Национальный исследовательский университет «Высшая школа экономики»
Программа дисциплины «Математическое и имитационное моделирование» - 2 курса
для направления 09.03.01 "Информатика и вычислительная техника" подготовки бакалавра
Код
Код
компетен
компетен
ции по
ции по
ЕКК
порядку
УК-1
СК- Б1
УК-2
СК-Б3
УК-3
СК-Б4
УК-5
СК-Б6
УК-6
СК-Б7
УК-9
СК-Б10
ПК-1
ИК-1
ПК-2
ИК-1
ПК-3
ИК-1
ПК-4
ИК-1
ПК-12
СЛК-Б1
ПК-13
СЛК-Б3
ПК-14
СЛК-Б4
ПК-15
СЛК-Б7
ПК-16
СЛК-Б8
4
Формулировка компетенции
Способен учиться, приобретать новые знания, умения, в том числе в
области, отличной от профессиональной
Способен выявлять научную сущность проблем в
профессиональной области.
Способен решать проблемы в профессиональной деятельности на
основе анализа и синтеза
Способен работать с информацией: находить, оценивать и
использовать информацию из различных источников, необходимую
для решения научных и профессиональных задач (в том числе на
основе системного подхода)
Способен вести исследовательскую деятельность, включая анализ
проблем, постановку целей и задач, выделение объекта и предмета
исследования, выбор
Способен критически оценивать и переосмыслять накопленный
опыт (собственный и чужой), рефлексировать профессиональную и
социальную деятельность
Способен провести анализ научно-технической информации,
отечественного и зарубежного опыта по тематике исследований
Способен организовать и провести экспериментальные
исследования на объектах профессиональной деятельности по
заданной методике
Способен обработать результаты экспериментальных исследований
с применением современных
Способен разработать и исследовать математические модели в
задачах проектирования и технологического обеспечения объектов
профессиональной деятельности
Способен придерживаться правовых и этических норм в
профессиональной деятельности
Способен к осознанному целеполаганию, профессиональному и
личностному развитию
Способен к социальному взаимодействию, к сотрудничеству и
разрешению конфликтов.
Способен социально-ответственно принимать решения в
нестандартных ситуациях профессиональной деятельности.
Способен гибко адаптироваться к различным профессиональным
ситуациям, проявлять творческий подход, инициативу и
настойчивость в достижении целей профессиональной деятельности
и личных
Место дисциплины в структуре образовательной программы
Настоящая дисциплина относится к циклу дисциплин специальных дисциплин и
блоку дисциплин, обеспечивающих ____ подготовку.
[Для ФГОС:]
Настоящая дисциплина относится к циклу дисциплин математический и
естественно-научный и блоку дисциплин, обеспечивающих ____ подготовку.
[Для НИУ:]
Национальный исследовательский университет «Высшая школа экономики»
Программа дисциплины «Математическое и имитационное моделирование» - 2 курса
для направления 09.03.01 "Информатика и вычислительная техника" подготовки бакалавра
Изучение данной дисциплины базируется на следующих дисциплинах:
 Информатика и программирование,
 дискретная математика,
 математический анализ,
 алгоритмизация вычислений,
 теория вероятности и математическая статистика,
 Дискретная математика
Для освоения учебной дисциплины, студенты должны владеть следующими
знаниями и компетенциями:
 Математический анализ,
 Теория вероятностей,
 Теория графов,
 Программирование на языке высокого уровня,
 Разработка программного обеспечения.
Основные положения дисциплины должны быть использованы в дальнейшем при
изучении следующих дисциплин:
Архитектура вычислительных систем, процессоры общего назначения.
Тематический план учебной дисциплины
5
№
1
2
3
4
5
6
7
8
Название раздела
Введение
Общие вопросы теории моделирования
Математические схемы моделирования
систем
Дискретная модель
Стахостическая модель
Обработка результатов запуска модели
Программные и технические средства
моделирования систем
Заключение
Итого:
Всего
часов
Аудиторные часы
СамостояПрактиче
тельная
Лекци Семин
ские
работа
и
ары
занятия
4
4
4
4
4
6
6
12
8
8
4
4
4
6
4
4
4
6
4
4
18
18
18
10
22
6
96
4
40
22
Национальный исследовательский университет «Высшая школа экономики»
Программа дисциплины «Математическое и имитационное моделирование» - 2 курса
для направления 09.03.01 "Информатика и вычислительная техника" подготовки бакалавра
6
Формы контроля знаний студентов
Тип
контроля
Текущий
(неделя)
Форма
контроля
Контрольная
работа
Реферат
Коллоквиум
Домашнее
задание
Промежу Зачет
точный Экзамен
Итоговы Экзамен
й
6.1
1 модуль
1
2 модуль
1
Параметры
Письменная работа 60
минут
Домашнее задание 60
миниут
*
*
устный экзамен 90 мин.
устный экзамен 90 мин.
Критерии оценки знаний, навыков
[Укажите для каждого контроля, что должен продемонстрировать студент на
текущем, промежуточном или итоговом контроле, чтобы получить оценку. Требования к
ответу студента должны соотноситься с компетенциями (раздел 3), которые формируются
у студента]
Оценки по всем формам текущего контроля выставляются по 10-ти балльной шкале.
По желанию автора программы, укажите особенности проведения контроля
(образовательные технологии)
При проведении контроля осуществляется выдача заданий на курсовое
проектирование, проверка курсовых проектов.
При наличии, укажите, какая дистанционная поддержка осуществляется при
проведении контроля (выдача заданий, проверка работ и др.).
Порядок формирования оценок по дисциплине
(подробные методические рекомендации по формированию оценок по дисциплине
приведены в приложении)
[Укажите, какую работу студента оценивает преподаватель, что влияет на оценку за
промежуточный или итоговый контроль.]
Преподаватель оценивает работу студентов на практических занятиях:
Активность студента, правильность выполнения решения задач на семинаре.
[Укажите, каким образом и что оценивается на семинарских и практических занятиях,
например, активность студентов в деловых играх, дискуссиях, правильность решения задач
на семинаре и т.д.]. Оценки за работу на семинарских и практических занятиях
преподаватель выставляет в рабочую ведомость. Накопленная оценка по 10-ти балльной
шкале за работу на семинарских и практических занятиях определяется перед
промежуточным или итоговым контролем - Оаудиторная.
Преподаватель оценивает самостоятельную работу студентов: правильность
выполнения домашних работ, полнота освоения темы, активность студента (вопросы во
время лекций и семинарских занятий, решение некоторых прикладных задач перед
аудиторией студентов и т.д.). [Укажите, каким образом оценивается самостоятельная
6.2
Национальный исследовательский университет «Высшая школа экономики»
Программа дисциплины «Математическое и имитационное моделирование» - 2 курса
для направления 09.03.01 "Информатика и вычислительная техника" подготовки бакалавра
работа, например, правильность выполнения домашних работ, задания для которых
выдаются на семинарских занятиях (имеются ввиду домашние работы, которые не
включаются в РУП, это не форма текущего контроля "Домашнее задание"), полнота
освещения темы, которую студент готовит для выступления с докладом на занятиидискуссии и т.д.]. Оценки за самостоятельную работу студента преподаватель выставляет в
рабочую ведомость. Накопленная оценка по 10-ти балльной шкале за самостоятельную
работу определяется перед промежуточным или итоговым контролем – Осам. работа.
Накопленная оценка за текущий контроль учитывает результаты студента по
текущему контролю следующим образом:
Онакопленная= 0,33* Отекущий +0,33* Оауд + 0,33* Осам.работа
где Отекущий
рассчитывается как взвешенная сумма всех форм
текущего контроля, предусмотренных в РУП
Отекущий = 0,5·Ок/р + 0,5·Одз ;
Результирующая оценка за дисциплину рассчитывается следующим образом:
Орезульт = 0,5* Онакопл + 0,5 *·Оэкз
Способ округления накопленной оценки промежуточного (итогового) контроля в
форме зачета: [указывается способ – арифметический, в пользу студента, другое].
Опромежуточная i = 0,5·Отекущая i этапа + 0,5·Опромежуточный зачет/экзамен
Где Отекущая i этапа рассчитывается по приведенной выше формуле
Онакопленная Итоговая= (Опромежуточная 1+ Опромежуточная 2+ Онакопленная 3):2
Где Опромежуточная 1+ Опромежуточная 2 – промежуточные оценки этапов 1 и 2,
а Онакопленная 3 – накопленная оценка последнего этапа перед итоговым
зачетом/экзаменом
Способ округления накопленной оценки промежуточного (итогового) контроля в
форме экзамена: [указывается способ – арифметический, в пользу студента, другое].
[Сумма удельных весов должна быть равна единице: ∑mi = 1, при этом, 0,2 ≤ m1 ≤
0,8 (согласно Положению об организации контроля знаний, утвержденному УС НИУ
ВШЭ от 29. 06.2012,протокол №38, приказ "О введении в действие новой редакции
Положения об организации контроля знаний" № 6.18.1-06/2307-03 от 23.07.2012 г.)]
Студент может получить возможность пересдать низкие результаты за текущий
контроль или работу на занятиях, самостоятельную работу.
На пересдаче студенту не предоставляется возможность получить дополнительный
балл для компенсации оценки за текущий контроль.
Национальный исследовательский университет «Высшая школа экономики»
Программа дисциплины «Математическое и имитационное моделирование» - 2 курса
для направления 09.03.01 "Информатика и вычислительная техника" подготовки бакалавра
На зачете студент может получить дополнительный вопрос (дополнительную
практическую задачу, решить к пересдаче домашнее задание), ответ на который
оценивается в 1 балл.
На экзамене студент может получить дополнительный вопрос (дополнительную
практическую задачу, решить к пересдаче домашнее задание), ответ на который
оценивается в 1 балл.
В диплом выставляет результирующая оценка по учебной дисциплине, которая
формируется по следующей формуле:
Орезульт = 0,5·Онакопл + 0,5·Оитоговый
Способ округления результирующей оценки по учебной дисциплине: в пользу
студента.
ВНИМАНИЕ:
оценка
за
итоговый
контроль
блокирующая,
неудовлетворительной итоговой оценке она равна результирующей.
7
при
Содержание дисциплины
Раздел представляется в удобной форме (список, таблица). Изложение строится по
разделам и темам. Содержание темы может распределяться по лекционным и практическим
занятиям.
1. Раздел 1 Введение (4 часа)
- Цель и задачи дисциплины, ее место в исследовании сложных систем (1 час);
- Философские вопросы теории моделирования (1 час);
- История развития моделирования (2 часа).
Литература:
Аверрил М. Лоу, В. Дэвид Кельтон Имитационное моделирование, 3-е издание, Спб.:
«Питер» 2004. 846 стр.
2. Раздел 2 Общие вопросы теории моделирования (4 часа)
- Основные понятия моделирования. Аналогия. Подобие. Модель. Классификация
моделей (3 часа);
- Уровни моделирования: логический, микропрограммный, системный (1 час).
Литература:
Аверрил М. Лоу, В. Дэвид Кельтон Имитационное моделирование, 3-е издание, Спб.:
«Питер» 2004. 846 стр.
3. Раздел 3 Математические схемы моделирования систем (4 часа)
- Обзор схем моделирования (0,5 часа);
- D-схемы (0,5 часа);
- А-схемы (1 час);
- P-схемы (1 час);
- Q-схемы (1 час);
Литература:
Аверрил М. Лоу, В. Дэвид Кельтон Имитационное моделирование, 3-е издание, Спб.:
«Питер» 2004. 846 стр.
Национальный исследовательский университет «Высшая школа экономики»
Программа дисциплины «Математическое и имитационное моделирование» - 2 курса
для направления 09.03.01 "Информатика и вычислительная техника" подготовки бакалавра
4. Раздел 4 Дискретная модель (8 часов)
- Автоматная модель(4 часа);
- Сети Петри (4 часа).
Литература:
Аверрил М. Лоу, В. Дэвид Кельтон Имитационное моделирование, 3-е издание, Спб.:
«Питер» 2004. 846 стр.
5. Раздел 5 Стахостическая модель (8 часов)
- вероятностный поток событий (3 часа);
- Генерация случайных распределений из равномерного распределения (2 часа);
- Сеть Маркова (3 часа).
Литература:
Аверрил М. Лоу, В. Дэвид Кельтон Имитационное моделирование, 3-е издание, Спб.:
«Питер» 2004. 846 стр.
6. Раздел 6 Обработка результатов запуска модели (4 часа)
- Интерполяция (2 часа);
- Аппроксимация (2 часа).
Литература:
Аверрил М. Лоу, В. Дэвид Кельтон Имитационное моделирование, 3-е издание, Спб.:
«Питер» 2004. 846 стр.
7. Раздел 7 Программные и технические средства моделирования систем (4 часа)
Обзор программных систем имитационного моделирования (4 часа).
Литература:
Аверрил М. Лоу, В. Дэвид Кельтон Имитационное моделирование, 3-е издание, Спб.:
«Питер» 2004. 846 стр.
8. Раздел 8 Заключение (4 часа)
- Перспективы развития теории моделирования и применения ее для решения задач
анализа и синтеза вычислительных систем (4 часа).
Литература:
Аверрил М. Лоу, В. Дэвид Кельтон Имитационное моделирование, 3-е издание, Спб.:
«Питер» 2004. 846 стр.
8
Образовательные технологии
Разбор практических задач, компьютерная симуляция, лекции
8.1
Методические рекомендации преподавателю
---
8.2
Методические указания студентам
---
9
9.1
Оценочные средства для текущего контроля и аттестации студента
Тематика заданий текущего контроля
Примерные вопросы/ задания для [домашнего задания]:
- Создать программу решения геометрической задачи с альтернативными
ветвями вычислений, создать и исследовать ее имитационную модель.
Национальный исследовательский университет «Высшая школа экономики»
Программа дисциплины «Математическое и имитационное моделирование» - 2 курса
для направления 09.03.01 "Информатика и вычислительная техника" подготовки бакалавра
- Моделирование с помощью сети Петри параллельного вычислительного
процесса.
- Моделирование с помощью автоматной модели системы управления
техническим объектом
Вопросы для оценки качества освоения дисциплины
Примерный перечень вопросов к зачету (экзамену) по всему курсу или к каждому
промежуточному и итоговому контролю для самопроверки студентов.
1. Понятие «модель»
2. Когда следует применять моделирование?
3. Классификация моделей
4. D-схема
5. Q-схема
6. Что такое эргодичность цепи Маркова
9.2
10 Учебно-методическое и информационное обеспечение дисциплины
10.1 Базовый учебник
Аверрил М. Лоу, В. Дэвид Кельтон Имитационное моделирование, 3-е издание, Спб.:
«Питер» 2004. 846 стр.
10.2 Основная литература
1. Ю. Б. Колесов, Ю. Б. Сениченков Моделирование систем. Динамические и
гибридные системы. Учебное пособие. – СПб.:БХВ-Петербуг, 2012, - 224 с.
2. Р. Шеннон Имитационное моделирование систем – искусство и наука ./пер. с
англ. под редакцией Е.К. Масловского. М.: «Мир», 1978. 418 стр.
3. Ю.В. Васильчиков, Н.Н. Васильчикова Компьютерные технологии вычислений
в математическом моделировании. М.: «Финансы и статистика», 2002. 255 стр.
4. Харари Фрэнк. Теория графов / пер. с англ. и предисл. В.П. Козырева. Под ред.
Г.П. Гаврилова. Изд. 2-е. - М.: Едиториал УРСС, 2003. - 296 с.
10.3 Дополнительная литература
Советов Б.Я. Яковлев С.А. Моделирование систем: Учеб для вузов – 3-изд, перераб. и
доп. – М.: Высш. шк., 2001. – 343 с.
Клейенрок Л. Теория массового обслуживания. Пер. с англ./Пер. И.И. Грушко; ред.
В.И. Нейман. – М: Машиностроение, 1979. – 432 с.
Кобелев Н.Б. Основы имитационного моделирования сложных экономических
систем: Учеб. пособие. М.: Дело, 2003. – 336 с.
Васильчиков Ю.В., Васильчиков Н.Н. Компьютерные технологии вычислений в
математическом моделировании: Учеб. пособие. – М.: Финансы и статистика, 2002. – 256
с.
Питерсон Дж. Теория сетей Петри и моделирование систем: Пер. с англ. - М.— 254 с.
Кельтон В., Лоу А. Имитационное моделирование. Классика CS. 3-е изд. – Спб.:
Питер; Киев: Издательская группа BHV, 2004. – 847 с.
Jerry Banks, John S. Carson II, Barry L Nelson, David M. Nicol Discrete-Event System
Simulation Fourth Edition
Национальный исследовательский университет «Высшая школа экономики»
Программа дисциплины «Математическое и имитационное моделирование» - 2 курса
для направления 09.03.01 "Информатика и вычислительная техника" подготовки бакалавра
10.4 Справочники, словари, энциклопедии
--10.5 Программные средства
 ---10.6 Дистанционная поддержка дисциплины
---
11 Материально-техническое обеспечение дисциплины
Для лекционных занятий необходим цифровой проектор. Для проведения
лабораторных занятий компьютерный класс с установленным программным продуктом
MathLab.