Кумунжиев Константин Васильевич профессор кафедры Информационные технологии дтн

Кумунжиев Константин Васильевич, профессор кафедры Информационные технологии, дтн Кафедра ИТ, 3/220; 3/219. - Компьютерное моделирование: - Основы системного анализа: 1. Кумунжиев К. В. Теория систем и системный анализ. Учебное пособие, части 1, 2. Ульяновск, 2003. 2. Кумунжиев К. В. Проектирование систем: изобретательство, анализ, принятие решений. Учебное пособие. Ул. ГТУ, 2009. 3. Кумунжиев К. В. Моделирование и основы системного анализа : краткий конспект лекций : в 2 ч. Ч 1 Модели и элементы теории систем – Ульяновск : Ул. ГУ, 2009. – 102 с. 4. Кумунжиев К. В. Моделирование и основы системного анализа : краткий конспект лекций : в 2 ч. Ч 2 Основы системного анализа – Ульяновск : Ул. ГУ, 2009. – 114 с. 5. Карпов Ю. Г. Имитационное моделирование систем. – СПб. : БХВПетербург, 2005. -400 с. 1

Тема 1. Принципы построения языков и систем моделирования физический абстрактный объект Старатифицированное описание объекта Модель схожесть свойств в определенном смысле Моделирование Разработка модели Исследование модели Стратификация – выделение и описание свойств объекта, существенных с позиций решаемой задачи. Нет моделей, годных на все случаи жизни! Моделирование имеет смысл тогда и только тогда, когда. . 2

КЛАССИФИКАЦИЯ МОДЕЛЕЙ - По виду объекта, используемого в качестве модели: Физическое подобие Физические Модели Абстрактные Математическое подобие Вербальные Дескриптивные В чем смысл математического и физического подобия? ? В чем отличие математических и логико-лингвистических моделей? Математические Логико-лингвистические (семиотические) 3

КЛАССИФИКАЦИЯ МОДЕЛЕЙ по характеру связи между входами и выходами: Соответствие связей вход-выход - Кибернетическая (элементная) Соответствие процессов в объекте и модели Имитационная (системная) Модель Имитационное моделирование Используется имитационная модель Процессы в модели соответствуют процессам в объекте 4

КЛАССИФИКАЦИЯ МОДЕЛЕЙ по характеру связи между входами и выходами: - Кибернетические (элементные) модели: отображают только связь между входами и выходами объекта. - Имитационные (системные) модели: отображают связь между входами и выходами объекта; структура модели, свойства как элементов, так и всей модели соответствуют структуре и свойствам объекта. - Имитационное моделирование: -используется имитационная модель; - процессы в модели соответствуют процессам в объекте. Стратификация - ? ? ? Модель – стратифицированное описание объекта? ? 5

Принципы построения языков и систем моделирования С определенными целями Процесс передачи Связных сведений о некотором мире Реальном или Гипотетическом Общение Сведения передаются в виде текстов на языке общения от автора к адресату Условие - понятность сведений для автора и адресата Какие факторы влияют на «понятность» сведений? Проранжируйте их по степени влияния? 6

Принципы построения языков и систем моделирования Общение • • • двусторонний процесс передачи с определенными целями связных сведений о некотором мире, реальном или гипотетическом, в виде текстов на языке общения от одного участника (автора) к другому (адресату) при условии понятности этих сведений для автора и адресата. Какие факторы влияют на «понятность» сведений? Проранжируйте их по степени влияния? 7

СХЕМА ПРОЦЕССА ОБЩЕНИЯ цель Система А Система B Модель мира А Модель мира В язык Модель собеседника Модель «себя» Модель собеседника тексты на языке Знания о языке Модель «себя» Знания о языке диалог Структура диалога 8

Как выглядит схема общения человек-компьютер? Есть ли что-то общее со схемой человек-человек? Если есть, в чем особенности? Что общего между игрушкой, сделанной из детского конструктора, и панельной многоэтажкой? ? Системы типа «конструктор» 9

ФОРМАЛИЗАЦИЯ ЗНАНИЙ Элемент - часть системы, не подлежащая дроблению в условиях данной задачи. Формальное описание элемента: <имя> <имена атрибутов> <значения атрибутов> Тип элементов (элемент-класс) Конкретный элемент (элемент-экземпляр) Пример описания элемента? 10

Предъявить, объявить имя и имена атрибутов Неопределяемый элемент Зафиксировать структуру реализации, объявить имя и имена атрибутов Определяемый элемент Способ введения Элемент Синтаксические правила композиции Семантические правила композиции Формальная система Из ограниченного набора элементов и правил композиции –большое число реализаций 11

По способу введения различают два типа элементов: Неопределяемый элемент - элемент, имя и атрибуты которого задаются предъявлением. Предполагается, что этого достаточно для выделения его из всего множества других объектов. Синтаксис – набор формальных правил соединения элементов. Реализации – некоторые конструкции, построенные из заданного набора элементов по заданным синтаксическим и семантическим правилам Определяемый элемент - реализация, составленная из определяемых и неопределяемых элементов и связей, структура которой фиксирована, объявлены ее имя и атрибуты. 12

б а г в д Когда реализация становится определяемым элементом? 13

Семантика – набор формальных правил, выделяющих из всего множества реализаций подмножество, обладающее определенным набором свойств. Формальная система – фиксированное множество определяемых и неопределяемых элементов, в виде набора которых, по синтаксическим и семантическим правилам композиции, строятся реализации в системе. В чем ценность формальной системы? ? Детский конструктор – приведите пример применения семантического правила построения реализаций? ? 14

Язык должен иметь средства для передачи информации: - О наборе элементов, включенных в реализацию модели. - О том, как связаны элементы в реализации. 1 Пример: 2 3 4 5 1[0002]; 2[0103]; 3[5204]; 4[0300]; 5[0030]; Язык – формальная система; - вторичная система; - договорная система. Естественный язык? Что означает «вторичность» языка? ? Что подтверждает построение естественного языка по той же схеме? ? Есть ли у Вас с компьютером общая модель мира и как она выглядит? ? 15

Как выглядит схема общения человек-компьютер? В чем ее особенности? Есть ли что-то общее со схемой человек-человек? Общение человек-компьютер происходит по той же схеме. Особенности: - «примитивность» моделей мира; - их полная формализация; - использование формальных языков. Это связано не только и не столько с ограниченностью возможностей ЭВМ, а в большей мере с недостатком наших знаний!! Вы работаете с компьютером на Паскале. Есть ли у Вас общая модель мира и, если есть, как она выглядит? 16

Формализация знаний: Имена Имя атрибутов Значения атрибутов Синтаксис Язык Операции Знания НЭ ОЭ ФС Класс моделей Форм. теория Аппарат Отн Семантика Представительная выборка Реализации Соответствие Объект Модель Чья? Чего? 17

Процесс структуризации и формализации предметной области начинается с выделения представительной выборки. Каждый из объектов выборки декомпозируется до уровня элементов. Элементы и связи обобщаются, выделяется минимально необходимый набор для отображения любого объекта выборки. Формализуется описание элементов, синтаксических и семантических правил композиции. Таким образом создается формальная система. При необходимости, множество элементов рекурсивно расширяется. Далее создаются язык описания и класс моделей , аппарат и формальная теория. Знания: совокупность сведений о некоторой предметной области, включающая факты об объектах данной предметной области, свойствах этих объектов и связывающих их отношениях, описания процессов, протекающих в данной предметной области, а также информацию о способах решения типовых (в рамках этой предметной области) задач (Башмаков А. И. , Интеллектуальные информационные технологии, с. 137) 18

Построение модели в классе: Концептуальная модель класса – неформальное описание класса моделей, отражающее: ориентацию класса на определенную предметную область; набор элементов и правил композиции; принцип декомпозиции объекта при построении модели в классе. Последовательность операций: 1. Анализ свойств объекта и выбор, с учетом особенностей решаемой задачи, класса, в котором будет строиться модель объекта. 2. Декомпозиция объекта в соответствии с концептуальной моделью класса моделей. 3. Представление его подсистем и связей средствами выбранного класса моделей. 4. Формализация описания элементов и связей. 5. Описание полученной реализации средствами соответствующего языка. 19

Структуризация и формализация знаний : Представительная выборка Декомпозировать Обобщить Разработать язык описания Предметная область Множество элементов и связей Минимально необходимый набор элементов и связей, правила композиции Класс моделей 20

Структуризация и формализация знаний : 1. Выделить представительную выборку объектов из класса. 2. Декомпозировать каждый объект до уровня элементов и связей. 3. Обобщить набор элементов и связей, выделить минимально необходимый набор, достаточный для представления любого объекта из класса. 4. Формализовать описание элементов и связей. 5. Разработать язык описания реализаций класса. Создание класса – пример! Представительная выборка – что это? ? 21

ЯЗЫК МОДЕЛИРОВАНИЯ: Компьютер Объект Класс моделей Язык директив Аппарат Выходной язык Форм. Язык система описания Пользователь ЯЗЫК МОДЕЛИРОВАНИЯ - комплекс, включающий класс моделей и программную систему, осуществляющую: преобразование описания модели на входном языке в ее внутреннее представление; исследование модели в соответствии с директивами пользователя; вывод результатов на языке, удобном для пользователя. 22

Построение модели в классе Создание класса моделей Структура языка моделирования Моделирование Основные понятия Общение Формализация знаний Модель Определение Моделирование Модель кибернетическая Модель имитационная Имитационное моделирование Стратификация Ранжирование влияющих факторов Неопределяемые и определяемые элементы Синтаксис Семантика Формальная система Язык описания Класс моделей 23

Контрольные вопросы по теме: ПРИНЦИПЫ ПОСТРОЕНИЯ ЯЗЫКОВ И СИСТЕМ МОДЕЛИРОВАНИЯ 1. Определите понятия модель, моделирование? 2. Что такое кибернетическая модель? 3. Что такое имитационная модель? 4. Как формально описывается элемент? 5. Что такое неопределяемый элемент? 6. Что такое определяемый элемент? 7. Раскройте понятие: синтаксические правила композиции? 8. Раскройте понятие семантические правила композиции? 9. Определите понятие формальная система? 10. Какое свойство формальной системы обеспечивает ее широкое применение? 11. Что такое реализация в формальной системе? 12. При каких условиях реализация может использоваться как модель некоторого объекта? 13. Какую информацию необходимо передать средствами языка описания модели? 14. Как строится модель в классе? 15. Как выглядит процесс построения класса моделей применительно к некоторой предметной области? 16. Чем подтверждаются вторичность по отношению к реальности и договорной характер естественного языка? 17. Определите понятие язык моделирования? . 24