Лекция № 6 Моделирование и формализация

Лекция № 6 Моделирование и формализация

Вопросы темы l Что такое моделирование? l … 2

Моделирование l Модели рование — исследование объектов познания на их моделях; построение и изучение моделей реально существующих предметов, процессов и явлений с целью получения объяснений этих явлений, а также для предсказания явлений, интересующих исследователя. l Модель - объект произвольной природы, который отражает главные, с точки зрения решаемой задачи, свойства объекта моделирования. l Моделирование - создание, применение, использование модели. l Главные функции модели - упрощение получения информации о свойствах объекта; передача информации и знаний; управление и оптимизация объектов и процессов; прогнозирование; диагностика. 3

Что можно моделировать l Моделируемый объект может быть материальным и идеальным (понятием), а также процессом (действием). Для систем (многокомпонентных и сообществ объектов со сложными взаимодействиями) также могут быть построены модели l С точки зрения моделирования система сама может представлять собой составной сложный объект 4

Виды моделей и типы моделирования, философский подход к классификации l Предметное моделирование, при котором модель воспроизводит геометрические, физические, динамические и функциональные характеристики объекта l Знаковое моделирование, при котором в роли моделей выступают схемы, чертежи, формулы. Роль знаковых моделей особенно возросла с расширением масштабов применения компьютерной техники при построении знаковых моделей l Со знаковым тесно связано мысленное моделирование, при котором модели приобретают мысленно наглядный характер. Примером может служить модель атома, предложенная в свое время Бором l Аналоговое моделирование, при котором модель и оригинал описываются единым математическим соотношением l Особым видом моделирования является включение в эксперимент не самого объекта, а его модели, в силу чего последний приобретает характер модельного эксперимента 5

Информационное моделирование (в широком смысле) l Информационная модель — это модель объекта, представленная в виде информации, описывающей существенные для данного рассмотрения параметры и переменные величины объекта, связи между ними, входы и выходы объекта и позволяющая путём подачи на модель информации об изменениях входных величин моделировать возможные состояния объекта 6

Классификация информационных моделей l Информационные модели делятся на описательные и формальные l Описательные информационные модели - это модели созданные на естественном языке (т. е. на любом языке общения меду людьми: английском, русском, китайском, мальтийском и т. п. ) в устной и письменной форме. l Формальные информационные модели - это модели созданные на формальном языке (т. е. научном, профессиональном и специализированном). Примеры формальных моделей: все виды формул, таблицы, графы, карты, схемы и т. д. 7

Какие цели могут преследоваться моделированием - Типология задач моделирования n Моделирование отклика системы на внешнее воздействие n Прогноз динамики изменения системы n Классификация внутренних состояний системы n Оценка полноты описания системы и сравнительная информационная значимость параметров системы n Оптимизация параметров системы по отношению к заданной функции полезности n Адаптивное управление системой

Математическое моделирование n Математическая модель — „эквивалент“ объекта, отражающий в математической форме важнейшие его свойства — законы, которым он подчиняется, связи, присущие составляющим его частям, и т. д.

3 основных типа математических моделей n Детальные модели - описывают свойства и поведение системы, исходя из некоторого набора основных допущений (принципов), оказывающихся достаточными для получения значимых характеристик результирующего поведения системы n Феноменологические модели - основной метод состоит в предположении и выводе макроскопической и осредненной модели мелкомасштабных процессов, когда детальное рассмотрение не представляется возможным либо является излишним n Эмпирические модели – основаны на экспериментальных данных и создаются либо посредством подгонки данных к соответствующей математической формуле, либо данные используются непосредственно в табличной форме

Классификация математических моделей n Линейные и нелинейные модели n Сосредоточенные и распределённые системы n Детерминированные и стохастические n Статические и динамические n Дискретные и непрерывные 11

Основные приёмы, применяемые при построении математических моделей n Гипотеза. Непротиворечивость как косвенное «доказательство» справедливости n Феноменологические предположения (обычно такой результат получается, если…) n Приближение (что-то считаем очень большим или очень малым) n Упрощение (опустим для ясности некоторые детали) n Эвристика (количественного подтверждения нет, но модель способствует более глубокому проникновению в суть дела) n Аналогия (учтём только некоторые особенности) n Мысленный эксперимент (обычно - для опровержения возможности) n Демонстрация возможности (главное — показать внутреннюю непротиворечивость возможности)

Моделирование социальных систем n Начало XIX века – Адольф Кетле в «Письмах по теории вероятностей и её применении к этическим и политическим наукам» определяет «социальную физику» как изучение законов общества, не зависящих от времени и «людских капризов» n Основная идея – слабая предсказуемость (или же несущественность этой предсказуемости) на индивидуальном уровне на агрегированном уровне приводит к чётко выявляемым закономерностям

Отличия социальных систем от физических n Поведение индивидов не является полностью непредсказуемым n Неоднородность человеческих популяций заметные отличия характера поведения и реакций в различных субпопуляциях (культурные и возрастные группы, классы и т. п. ) n Очень часто – временный характер выявляемых закономерностей n Трудность постановки узконаправленного эксперимента (например, для выявления роли одной конкретной переменной) n Трудность полного воспроизведения условий однажды сделанного эксперимента n Наблюдение над социальной системой может значительно влиять на проявления наблюдаемых явлений

Типичные цели моделирования социальных систем n Построение модели, воспроизводящей главные качественные характеристики реальной системы n Получение с помощью построенной модели предсказаний, согласующихся с опытом n Выделение ключевых постулатов об индивидуальном поведении, позволяющих строить хорошие (по первым двум целям) модели n Выявление возможности управляющих воздействий для улучшения характеристик социальной системы

Семантический подход к информации n Информативность сообщения определяется количеством новых знаний, полученных субъектом- приёмником

Тезаурусная интерпретация Представление тезауруса в виде семантической сети

О чём это? n Vasárnap a bátyámékhoz megyek

Варианты соотношения тезаурусов источника и приёмника Некоторые элементы тезауруса Тезаурус источника источника ΘT содержатся в ΘT полностью содержится в тезаурусе приемника ΘA В тезаурусе приемника ΘA не Зависимость количества семантической содержится ни одного элемента информации I, воспринимаемой приемником, от из тезауруса источника ΘT доли мощности его тезауруса в мощности тезауруса источника.

Компьютерное (информационное в узком смысле) моделирование n Компьютерная модель является представлением существующего объекта в форме, отличной от реальной, но, благодаря алгоритмическому описанию функций и набору данных, характеризующему свойства объекта, представляющим динамику его изменения со временем

Обобщенная схема компьютерного математического моделирования

Объектно-ориентированное моделирование n Моделирование с использованием объектного подхода для компьютерного моделирования поведения системы n При объектно-ориентированном подходе поведение системы моделируется посредством информационных объектов и их связей

Соотношение между физическим объектом и его компьютерным аналогом

Составные и родственные объекты n Объекты, включающие в свой состав другие объекты, называются сложными, составными либо объектами-контейнерами n Связи между объектами реализуются либо как специальные объекты либо через методы объемлющего объекта-контейнера

Информационное моделирование предметных областей n Предметная область - часть реального мира (класс или совокупность классов реальных объектов), подлежащая модельному отражению с целью ее изучения под некоторым вполне определенным углом зрения

Пример модели организации информационной системы

Компьютерные вирусы n Компью терный ви рус — разновидность компьютерных программ, отличительной особенностью которой является способность к размножению (саморепликация). В дополнение к этому вирусы могут повредить или полностью уничтожить все файлы и данные, подконтрольные пользователю, от имени которого была запущена заражённая программа, а также повредить или даже уничтожить операционную систему со всеми файлами в целом. 27

Классификация n Принято разделять вирусы по поражаемым объектам (файловые вирусы, загрузочные вирусы, скриптовые вирусы, макро-вирусы, сетевые черви), по поражаемым операционным системам и платформам (DOS, Microsoft Windows, Unix, Linux), 28

по технологиям, используемым вирусом n (полиморфные вирусы, стелс- вирусы), по языку, на котором написан вирус (ассемблер, высокоуровневый язык программирования, скриптовый язык и др. ) 29

Основные каналы распространения n Дискеты ¡ Самый распространённый канал заражения в 1980 -90 годы. Сейчас практически отсутствует из-за появления более распространённых и эффективных каналов и отсутствия флоппи-дисководов на многих современных компьютерах. n Флеш-накопители (флешки) ¡ В настоящее время USB-флешки заменяют дискеты и повторяют их судьбу — большое количество вирусов распространяется через съёмные накопители, включая цифровые фотоаппараты, цифровые видеокамеры, цифровые плееры (MP 3 -плееры), сотовые телефоны. Использование этого канала ранее было преимущественно обусловлено возможностью создания на накопителе специального файла autorun. inf, в котором можно указать программу, запускаемую Проводником Windows при открытии такого накопителя. В последней версии MS Windows под торговым названием Windows 7 возможность автозапуска файлов с переносных носителей была устранена. Флешки — основной источник заражения для компьютеров, не подключённых к. Интернету. n Электронная почта ¡ Сейчас один из основных каналов распространения вирусов. Обычно вирусы в письмах электронной почты маскируются под безобидные вложения: картинки, документы, музыку, ссылки на сайты. В некоторых письмах могут содержаться действительно только ссылки, то есть в самих письмах может и не быть вредоносного кода, но если открыть такую ссылку, то можно попасть на специально созданный веб-сайт, содержащий вирусный код. Многие почтовые вирусы, попав на компьютер пользователя, затем используют адресную книгу из установленных почтовых клиентов типа Outlook для рассылки самого себя дальше. n Системы обмена мгновенными сообщениями ¡ Также распространена рассылка ссылок на якобы фото, музыку либо программы, в действительности являющиеся вирусами, по. ICQ и через другие программы мгновенного обмена сообщениями. n Веб-страницы ¡ Возможно также заражение через страницы Интернета ввиду наличия на страницах всемирной паутины различного «активного» содержимого: скриптов, Active. X-компонент. В этом случае используются уязвимости программного обеспечения, установленного на компьютере пользователя, либо уязвимости в ПО владельца сайта (что опаснее, так как заражению подвергаются добропорядочные сайты с большим потоком посетителей), а ничего не подозревающие пользователи, зайдя на такой сайт, рискуют заразить свой компьютер. n Интернет и локальные сети (черви) 30

Методы и средства защиты от компьютерных вирусов n Сегодня используется несколько основополагающих методик обнаружения и защиты от вирусов: n сканирование; n эвристический анализ; n использование антивирусных мониторов; n обнаружение изменений; n использование антивирусов, встроенных в BIOS компьютера. 31

Сканирование и эвристический метод n Сигнатура - уникальная последовательность байт, принадлежащая вирусу, и не встречающаяся в других программах n Антивирусные программы, реализующие метод эвристического анализа, проверяют программы и загрузочные секторы дисков и дискет, пытаясь обнаружить в них код, характерный для вирусов. Эвристический анализатор может обнаружить, например, что проверяемая программа устанавливает резидентный модуль в памяти или записывает данные в исполнимый файл программы. 32

Антивирусные мониторы n Программа-монитор автоматически проверяет все запускаемые программы, создаваемые, открываемые и сохраняемые документы, файлы программ и документов, полученные через Интернет или скопированные на жесткий диск с дискеты и компакт диска. Антивирусный монитор сообщит пользователю, если какая-либо программа попытается выполнить потенциально опасное действие. 33

Программы-ревизоры n Антивирусные программы, называемые ревизорами диска, не выполняют поиск вирусов по сигнатурам. Они запоминают предварительно характеристики всех областей диска, которые подвергаются нападению вируса, а затем периодически проверяют их (отсюда происходит название программы-ревизоры). Ревизор может найти изменения, сделанные известным или неизвестным вирусом. 34

Защита средствами BIOS n В системные платы компьютеров тоже встраивают простейшие средства защиты от вирусов. Эти средства позволяют контролировать все обращения к главной загрузочной записи жестких дисков, а также к загрузочным секторам дисков и дискет. Если какая-либо программа попытается изменить содержимое загрузочных секторов, срабатывает защита и пользователь получает соответствующее предупреждение. n Однако эта защита не очень надежна. Существуют вирусы (например, Tchechen. 1912 и 1914), которые пытаются отключить антивирусный контроль BIOS, изменяя некоторые ячейки в энергонезависимой памяти (CMOS-памяти) компьютера. 35