Информационное моделирование и системология Информационное моделирование Модель

Информационное моделирование и системология

Информационное моделирование Модель – это объект заменитель, который в определённых условиях может заменять объекторигинал. Модель воспроизводит некоторые интересующие нас свойства и характеристики оригинала. Свойства модели определяются целью её создания. Модели могут быть материальными (глобус, манекен, макет) и информационными. Информационная модель – это, в той или иной форме, описание объекта моделирования. Информатика занимается общими методами и средствами создания и использования информационных моделей.

Информационное моделирование Построение компьютерной информационной модели начинается с системного анализа объекта моделирования. Результатом является теоретическая информационная модель. Разработка компьютерной информационной модели производится с помощью специального программного обеспечения или по средствам написания собственных программ на языках высокого уровня.

Информационное моделирование Теоретическая Объект Системный Информационная моделирования анализ модель Компьютерная Разработка Информационная Компьютерной модель модели

Информационное моделирование Система – сложный объект, состоящий из взаимосвязанных частей и существующий как единое целое. Структура – определяет разный порядок объединения элементов составляющих структуру (например: графит и алмаз). Системный эффект – появление новых функций или свойств у системы, которыми не обладал ни один элемент её составляющий.

Системный подход Любой объект реального мира может быть рассмотрен как система. Систему, входящую в состав другой более крупной системы, называют подсистемой. Любой реальный объект бесконечно сложен. Описание его состава и структуры носит приближённый характер. Степень подробности описания зависит от его назначения. Сущность системного подхода состоит в учёте системных связей всякого объекта изучения. Надо учитывать, что данный объект является подсистемой других систем. Нельзя нарушать равновесия в природе.

Естественные и искусственные системы Существующие системы можно разделить на естественные и искусственные. Первые созданы природой, вторые – человеком. В естественных системах живой природы действуют как материальные, так и информационные связи. Естественные – это солнечная система, планета, лес, море, живые организмы, вещества, молекулы. Искусственные – это города, предприятия, системы образования, здравоохранения. Любая искусственная система создаётся с определённой целью.

Системы управления Под управлением понимается планомерное воздействие на некоторый объект с целью достижения определённого результата. Кибернетика предложила универсальную схему управления, включающую в себя: управляющую систему, объект управления, линии прямой и обратной связи. Животные и человек являются самоуправляемыми естественными системами. Компьютер – самоуправляемая искусственная система.

Системы управления По принципу управления системы разделяются на разомкнутые и замкнутые. Управляющая система Управляющее воздействие Управляемый объект Канал обратной связи В разомкнутой системе алгоритм управления представляет собой последовательность команд и не связан с состоянием управляемого объекта, в замкнутой системе алгоритм может быть сложным, содержать альтернативные учитывать состояние объекта управления. команды,

Системы управления Системы, в которых функцию управления выполняет компьютер, называются автоматическими системами с программным управлением. Для её функционирования вопервых между ЭВМ и объектом управления должна быть обеспечена прямая и обратная связь, а во-вторых в память компьютера должна быть заложена программа управления. Такой способ управления называется программным управлением.

Способы представления информационных моделей Данные используемые для построения информационной модели, всегда определённым образом упорядочены, структурированы. В системном анализе для описания структур данных используют математические формулы, графы и таблицы. Граф отображает элементарный состав системы и структуру связей. Граф состоит из вершин и линий связи. Граф, содержащий симметричные (не направленные) связи-рёбра, называется неориентированным графом. В ориентированном графе вершины связаны дугами – направленными линиями. Сетью называется граф, для которого характерна возможность множества различных путей перемещения по рёбрам между некоторыми парами вершин.

Иерархические системы - системы, элементы которых находятся друг с другом в отношении вложенности или подчиненности Дерево – это граф иерархической системы, в котором нет петель (связанных по замкнутой линии вершин). Вершины верхнего уровня связаны с вершинами нижнего уровня как «один ко многим» Примеры: система образования, географические системы, файловые системы, системы классификации в науке и пр.

Пример: Первый уровень Второй уровень Третий уровень Кафедра ………… Физический факультет Кафедра …………. ИНСТИТУТ корень Химический факультет Кафедра …………. . ветви Кафедра …………. . листья

Сети Сеть – это граф, в котором вершины различных уровней связаны между собой по принципу «многие ко многим» Граф - сеть Иванов Танцы Геология ИЗО Петров Сидоров Матвеев Программирование Физика Химия

Матрица смежности Факультативы Танцы Геология ИЗО Программирование Физика Химия Иванов 1 0 0 0 1 0 Петров 0 1 1 1 0 0 Сидоров 0 0 0 1 Матвеев 0 0 0 1 1 1

Табличные модели В одной строке таблицы типа «объект-свойство» содержится информация об одном объекте или одном событии. В таблицах типа «объект-объект» отражаются взаимосвязи между разными объектами. В таблицах типа «двоичная матрица» отражается качественный характер связи между объектами.

Таблицы типа «объектсвойство» Погода Дата Осадки Темп. Давл. Влажн. (град. ) (мм. рт. ст. ) (%) 15. 03 снег -3, 5 746 67 16. 03 без осадков 0 750 62 17. 03 туман 1, 0 740 100 18. 03 дождь 3, 4 745 96

Таблицы типа «объект-объект» Успеваемость Ученик Русс. Алгебра Химия Физика Аликин 4 5 4 3 Зотов 4 4 3 3 Волков 5 4 5 3 Галкин 4 3 5 4 Петров 3 4 4 5

Таблицы типа «двоичная матрица» Дорожная Связь Дачи Озерная Подгорная Елово Бобры Дачи 1 1 0 Озерная 1 1 0 0 0 Подгорная 1 0 1 Елово 1 0 0 1 1 Бобры 0 0 1 1 1

Искусственный интеллект – раздел информатики, изучающий трудноформализуемые задачи имитации человеческого мышления. Области ИИ Интеллектуальные игры Компьютерная лингвистика Интеллектуальные роботы Распознавание образов Экспертные системы (системы, построенные на знаниях)

Экспертные системы (системы, построенные на знаниях) Важное свойство: открытость, самообучаемость Назначение ЭС: консультации пользователя, помощь в принятии решений Состав экспертной системы База знаний Механизм вывода Интеллектуальный интерфейс Формализованные знания в определенной предметной области Алгоритм логических рассуждений Общение с пользователем на естественном языке или формальном языке предметной области

Создание интеллектуальных систем на компьютере n n Моделирование знаний (разработка методов формализации знаний для ввода их в компьютерную память в качестве базы знаний) Моделирование рассуждений (создание компьютерных программ, имитирующих логику человеческого мышления при решении разнообразных задач)

Базы данных и базы знаний База данных – это структурированная совокупность фактов, относящаяся к определенному объекту Информационная модель реальной системы в памяти компьютера Факт – это сообщение (информация) о конкретном событии, о свойстве конкретного объекта, о его связи с другими объектами База знаний – это совокупность основополагающих фактов и правил в определенной предметной области Логическая модель знаний Правила – это утверждения, определяющие одни понятия через другие, устанавливающие взаимосвязи между различными свойствами объектов, формулирующие законы природы или общества