Министерство транспорта Российской Федерации Федеральное агентство железнодорожного транспорта Государственное образовательное учреждение


Министерство транспорта Российской Федерации
Федеральное агентство железнодорожного транспорта
Государственное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
Дальневосточный государственный университет путей сообщения
(ДВГУПС)
Институт управления, автоматизации и телекоммуникаций
УТВЕРЖДАЮ
Заведующий кафедрой
Годяев А.И.
«__» ________ 2011__г.
РАБОЧАЯ ПРОГРАММА
дисциплины “ Математическое моделирование систем и процессов”
для специальности 19040265 – Автоматика, телемеханика и связь на
железнодорожном транспорте
Составил Меркулов Андрей Валентинович, доцент
Обсуждена на заседании кафедры “Автоматика и телемеханика”
«__» _____________200___ г., протокол № ______________
Одобрена на заседании МК института управления, автоматизации и
телекоммуникаций
«__» _____________200___ г., протокол № _____
Председатель ________________________
2011
1. ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ ДИСЦИПЛИНЫ
1.1 Цель преподавания дисциплины
Подготовка по дисциплине «Математическое моделирование систем и
процессов» предусматривает изучение достаточно широкого набора математических приемов, способствующих эффективному исследованию
важнейших проблем и задач, что соответствует общей цели подготовки
специалистов, способных комплексно использовать в инженерной практике специальные знания, математические методы исследования сложных
процессов и систем, а также средства вычислительной техники.
Изучение математических методов и математического моделирования
инженерных расчетов предоставляет широкие возможности для реализации проблемного обучения, поскольку иллюстрируется примерами исследования реальных задач от их постановки до анализа результатов расчетов, выполненных с помощью ЭВМ.
Изучаемые математические методы и моделирование прикладных задач создают достаточную базу для самостоятельного творческого поиска
инженерных решений по конкретному профилю деятельности специалиста.
Цель преподавания дисциплины - выработать у студентов профессиональный подход:
– при анализе методов компьютерного моделирования, способов описания моделей, определении свойств и классов объектов и систем;
– выборе приемлемых технологий для создания модульных и открытых
и, в то же время, универсальных систем;
– изучении структур данных, моделей программирования и программноаппаратных платформ;
– исследовании технологий программирования;
– изучении математического аппарата и теоретических основ построения сложных систем.
1.2
Задачи изучения дисциплины
Изучив дисциплину, студент должен знать:
- математические методы, нашедшие широкое употребление в практике инженерной и научной деятельности специалистов;
- способы построения математических моделей, их исследования с
помощью ЭВМ;
методы решения задач оптимизации и принятия решений.
Изучив дисциплину, студент должен уметь:
- по производственной сущности и постановке задачи определять
наиболее рациональный математический метод ее решения;
- разрабатывать алгоритмы научно-исследовательских задач;
- использовать пакеты прикладных программ для решения задач моделирования.
2.
СОДЕРЖАНИЕ
Дисциплина включает в себя проведение лекционных и практических
занятий в 6-м семестре на дневной форме обучения.
Форма отчетности по итогам изучения дисциплины – экзамен.
2.1. Основные сведения о микропроцессорных системах.
Микропроцессоры семейства Intel.
2.2. Базовые платформы ПК. Компьютеры с параллельной
архитектурой.
2.3. Архитектура ПК. Общая структура аппаратной части ПК.
Архитектура:
процессор,
математический
сопроцессор,
память.
Контроллеры системы, системный интерфейс. Дисковые накопители,
мониторы, видеоадаптеры, контроллеры внешних устройств, таймер и
звук. Клавиатура. Назначение основных групп клавиш, кодировка
символов знакогенератора. Устройства вывода изображений, ввод текста
и изображения. Понятие об операционной системе. Основные свойства
ОС.
Конфигурирование
операционной
среды.
Разновидности
операционных систем. Механизм прерываний. Понятие программного
сервиса
операционной
среды.
Основы
программирования
на
персональном компьютере.
2.4. Преимущества объектно-ориентированного подхода в программировании и современных средств разработки программ.
2.5. Понятия концепции и теории объектно-ориентированного программирования и представления модульной структуры объектов как с точки зрения их описания, так и с позиции их процедур и функций.
2.6. Применение различных моделей программирования. Концепция
и теория объектно-ориентированного программирования. Суть объектноориентированного программирования.
2.7. Алгоритмы и структуры данных.
2.8. Разработка имитационных моделей.
3. ПЕРЕЧЕНЬ ЛАБОРАТОРНЫХ РАБОТ
3.1
3.2
станции.
3.3
3.4
Управление компонентами. Создание динамических объектов.
Построение и функциональные связи имитационной модели
Построение алгоритмов маршрутизации.
Методы построения графиков функций.
3.5
Реализация алгоритма быстрого преобразования Фурье.
3.6
Алгоритмы поиска решений.
3.7
Поиск решений методом проб и ошибок.
3.8
Применение алгоритмов сортировки. Методы сортировки
массивов. Сортировка последовательностей
4. РАСЧЕТНО-ГРАФИЧЕСКИЕ РАБОТЫ
РГР № 1: Построение схематического плана станции (табло) на основе динамических компонентов.
РГР № 2: Разработка имитационной модели релейно-контактной
схемы.
РГР № 3: Сортировка массивов по заданному алгоритму.
5. ВОПРОСЫ И УПРАЖНЕНИЯ ДЛЯ САМОСТОЯТЕЛЬНОЙ РАБОТЫ
1. Выполните упражнения, рассмотренные в п.1. Для головоломки «Ханойские башни» составьте рекурсивный алгоритм ее автоматического решения. Определите время решения для различного количества дисков.
2. С помощью компонента StringGrid постройте график функции sin (w),
наложите на нее две синусоиды, каждая из которых с частотой на порядок
выше. Внесите случайную помеху в виде дисперсии, не превышающей
1/10 амплитуды. Полученную кривую исследуйте методом спектрального
анализа. Оцените, как влияет помеха на результат. Определите зависимость шага квантования от частоты.
3. Составьте программу поиска решения обхода шахматной доски конем. Добавьте необходимый код, позволяющий произвольно задавать
размер шахматного поля и начальную позицию фигуры. Результаты сохраните в текстовом файле. Сформируйте список и составьте диаграмму,
отображающую возможность решения при различных исходных данных.
4. Напишите программу, решающую задачу о восьми ферзях. Исключите все симметричные решения. Постройте таблицу, отображающую 12 основных решений.
5. Создайте массив целочисленных элементов длиной 32 k. Заполните
его псевдослучайными числами и сохраните в двоичном файле.
6. Создайте строковую переменную, содержащую текст, длинной не
менее 200 символов. Используя метод пузырьковой сортировки, упорядочьте символы в соответствии с их позицией в знакоместе (см. таблицу
символов рис. 1.2) по возрастанию и по убыванию. Результаты выведите в
свойства строковых компонентов.
7. Запрограммируйте три метода прямой сортировки данных, сохраненных в файле, и измерьте время их работы. Определите коэффициенты, на которые надо умножать С и М, чтобы получить оценки для реального времени работы.
8. Напишите программу, где алгоритмы быстрой и пузырьковой сортировки скомбинированы следующим образом. Quicksort используется для
получения подпоследовательности (неотсортированной) длины m (1≤m≤n),
а заканчивается сортировка методом пузырька.
9. Создайте список (например, фамилий) и выполните его сортировку
по алфавиту. Учитывая, что фамилия начинается с прописной буквы создайте программу проверки и автоматического переключения первого
символа элементов списка из строчного вида в прописной.
10. Объедините программы решения задачи п.п. 1-9 в один проект с
многооконным интерфейсом.
6. ИНФОРМАЦИОННО-МЕТОДИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ
ДИСЦИПЛИНЫ
6.1 Перечень рекомендуемой литературы
1. Архангельский, А.Я. Программирование в Delphi 7 / А.Я. Архангельский. – М.: ООО «Бином-Пресс», 2003 г. – 1152 с.
2. Архангельский, А.Я. Приемы программирование в Delphi. Изд. 2-е,
перераб. и доп. / А.Я. Архангельский. – М.: ООО «Бином-Пресс», 2004 г. –
848 с.
3. Гофман, В.Э. Delphi5 / В.Э. Гофман, А.Д. Хомоненко. – СПб.: БХВПетербург, 1999. – 800 с.
4. Миллер, Тодд. Использование Delphi 3. Специальное издание / Пер с
англ. / Тодд Миллер, Дэвид Пауэл. – К.: Диалектика, 1997. – 768 с.
5. Мануйлов, В.Г. Разработка программного обеспечения на Паскале /
В.Г. Мануйлов. – М.: Приор, 1996. – 238 с.
6. Вирт, Н. Алгоритмы и структуры данных / Н. Вирт. – М.: Мир, 1989. –
360 с.
7. Меркулов, А.В. Применение компьютерных технологий при создании
сложных информационно-управляющих систем на железнодорожном
транспорте: Учеб. пособие в 2-х частях / А.В. Меркулов. – Хабаровск: Издво ДВГУПС, 2003. Часть 1. – 179 с.
8. Справочник по математике для научных работников и инженеров /
Сост.: Г. Корн, Т Корн; Под ред. И.Г. Арамановича. – М.: Наука, 1984. – 833 с.
Рабочий учебный план по дисциплине “ Математическое моделирование систем и процессов ”
Форма обучения
Распределение по
семестрам
Экз.
Зач.
КП
Дневная
6
-
Распределение по видам занятий, часов
Всего,
часов
Аудиторные занятия, часов
Лекции
Лаб. работы
Самостоятельная работа,
часов
120
36
18
66
Распределение недель
по семестрам
6
семестр
18
Часов в неделю
-
3 курс, 6 семестр
Лекции
– 36 ч
Лабораторные работы
– 18 ч
Всего аудиторных занятий – 54 ч
Самостоятельная работа – 39 ч
Всего по учебному плану – 75 ч
2