17 Классификация информационных систем по признаку структурированности задач
Понятие структурированности задач
При создании или при классификации информационных систем неизбежно возникают проблемы, связанные с формальным - математическим и алгоритмическим описанием решаемых задач. От степени формализации во многом зависят эффективность работы всей системы, а также уровень автоматизации, определяемый степенью участия человека при принятии решения на основе получаемой информации.
Чем точнее математическое описание задачи, тем выше возможности компьютерной обработки данных и тем меньше степень участия человека в процессе ее решения. Это и определяет степень автоматизации задачи.
Различают три типа задач, для которых создаются информационные системы: структурированные (формализуемые), неструктурированные (не формализуемые) и частично структурированные.
Структурированная (формализуемая) задача - задача, где известны все ее элементы и взаимосвязи между ними.
Неструктурированная (не формализуемая) задача - задача, в которой невозможно выделить элементы и установить между ними связи.
В структурированной задаче удается выразить ее содержание в форме математической модели, имеющей точный алгоритм решения. Подобные задачи обычно приходится решать многократно, и они носят рутинный характер. Целью использования информационной системы для решения структурированных задач является полная автоматизация их решения, т.е. сведение роли человека к нулю.
Типы информационных систем, используемые для решения частично структурированных задач
Информационные
системы, используемые для решения
частично структурированных задач,
подразделяются на два вида создающие
управленческие отчеты и ориентированные
главным образом на обработку данных
(поиск, сортировку, агрегирование,
фильтрацию). Используя сведения,
содержащиеся в этих отчетах, управляющий
принимает решение;
Информационные системы, создающие управленческие отчеты, обеспечивают информационную поддержку пользователя, т.е. предоставляют доступ к информации в базе данных и ее частичную обработку. Процедуры манипулирования данными в информационной системе должны обеспечивать следующие возможности:
составление комбинаций данных, получаемых из различных источников;
быстрое добавление или исключение того или иного источника данных и автоматическое переключение источников при поиске данных;
управление данными с использованием возможностей систем управления базами данных;
логическую независимость данных этого типа от других баз данных, входящих в подсистему информационного обеспечения;
автоматическое отслеживание потока информации для наполнения баз данных.
Информационные системы, разрабатывающие альтернативы решений, могут быть модельными и экспертными.
Модельные информационные системы предоставляют пользователю математические, статические, финансовые и другие модели, использование которых облегчает выработку и оценку альтернатив решения. Пользователь может получить недостающую ему для принятия решения информацию путем установления диалога с моделью в процессе ее исследования.
Основными функциями модельной информационной системы являются:
возможность работы в среде типовых математических моделей, включая решение основных задач моделирования типа "как сделать, чтобы?", "что будет, если?", анализ чувствительности и др.;
достаточно быстрая и адекватная интерпретация результатов моделирования;
оперативная подготовка и корректировка входных параметров и ограничений модели;
возможность графического отображения динамики модели;
возможность объяснения пользователю необходимых шагов формирования и работы модели.
Экспертные информационные системы обеспечивают выработку и оценку возможных альтернатив пользователем за счет создания экспертных систем, связанных с обработкой знаний. Экспертная поддержка принимаемых пользователем решений реализуется на двух уровнях.
Работа первого уровня экспертной поддержки исходит из концепции "типовых управленческих решений", в соответствии, с которой часто возникающие в процессе управления проблемные ситуации можно свести к некоторым однородным классам управленческих решений, т.е. к некоторому типовому набору альтернатив. Для реализации экспертной поддержки на этом уровне создается информационный фонд хранения и анализа типовых альтернатив.
Если возникшая проблемная ситуация не ассоциируется с имеющимися классами типовых альтернатив, в работу должен вступать второй уровень экспертной поддержки управленческих решений. Этот уровень генерирует альтернативы на базе имеющихся в информационном фонде данных, правил преобразования и процедур оценки синтезированных альтернатив.
18 математическим моделированием при разработке АС *****
Математи́ческая моде́ль— этоматематическоепредставлениереальности[1].
Математическое моделирование— процесс построения и изучения математических моделей.
Все естественные и общественные науки, использующие математический аппарат, по сути занимаются математическим моделированием: заменяют реальныйобъектего математическоймодельюи затем изучают последнюю.
Никакое определениене может в полном объёме охватить реально существующуюдеятельностьпо математическому моделированию. Несмотря на это, определения полезны тем, что в них делается попытка выделить наиболее существенные черты.
Определение модели по А. А. Ляпунову:Моделирование— это опосредованное практическое или теоретическое исследование объекта, при котором непосредственно изучается не сам интересующий нас объект, а некоторая вспомогательная искусственная или естественная система (модель):
находящаяся в некотором объективном соответствии с познаваемым объектом;
способная замещать его в определенных отношениях;
дающая при её исследовании, в конечном счете, информациюо самом моделируемом объекте.[2]
19 необходимость использования имитационного моделирования на практике
К имитационному моделированию прибегают, когда:
дорого или невозможно экспериментировать на реальном объекте;
невозможно построить аналитическую модель: в системе есть время, причинные связи, последствие, нелинейности, стохастические (случайные) переменные;
необходимо сымитировать поведение системы во времени.
Цель имитационного моделирования состоит в воспроизведении поведения исследуемой системы на основе результатов анализа наиболее существенных взаимосвязей между ее элементами или другими словами — разработке симулятора (англ.simulation modeling) исследуемой предметной области для проведения различных экспериментов.
Имитационное моделирование позволяет имитировать поведение системы во времени. Причём плюсом является то, что временем в модели можно управлять: замедлять в случае с быстропротекающими процессами и ускорять для моделирования систем с медленной изменчивостью. Можно имитировать поведение тех объектов, реальные эксперименты с которыми дороги, невозможны или опасны. С наступлением эпохи персональных компьютеров производство сложных и уникальных изделий, как правило, сопровождается компьютерным трёхмерным имитационным моделированием. Эта точная и относительно быстрая технология позволяет накопить все необходимые знания, оборудование и полуфабрикаты для будущего изделия до начала производства[2]. Компьютерное 3D моделирование теперь не редкость даже для небольших компаний[3].
Имитация, как метод решения нетривиальных задач, получила начальное развитие в связи с созданием ЭВМ в 1950-х—1960-хгодах.
Можно выделить две разновидности имитации:
Метод Монте-Карло(метод статистических испытаний);
Метод имитационного моделирования (статистическое моделирование).
20 перечислить основные блоки имитационной модели и их функции
21 . этапы разработки имитационной модели
Независимо от способа проектирования сложной системы и назначения моделирования можно выделить следующие восемь этапов создания и использования математических моделей:
- определение объекта имитации, установление границ и ограничений моделирования, выбор показателей для сравнения эффективности вариантов системы (составление содержательного описания объекта моделирования);
-формулировка замысла модели, переход от реальной системы к логической схеме ее функционирования (составление концептуальной модели);
-реализация объекта в терминах математических понятий и алгоритмизация функционирования ее компонент (составление формального описания объекта);
-преобразование формального описания объекта в описание имитационной модели (составление описания имитационной модели);
- программирование и отладка модели (программирование модели);
-проверка модели, ее свойств и затрат ресурсов на имитацию (испытание и исследование модели);
- организация модельного эксперимента на ЭВМ (эксплуатация модели);
- интерпретация результатов моделирования и их использование в ходе проектирования сложной системы (анализ результатов).
22 охарактеризовать этапы разработки ИМ.
Составление содержательного описания объекта моделирования представляет собой выполнение следующих действий.
В начале определяется объект имитации и состав исходной технической информации, достаточной для изучения тех сторон его функционирования, которые представляют интерес для исследователя.
Устанавливаются границы изучения функционирования объекта. Составляется возможный список ограничений модели, которые допустимы при организации имитации или при наличии которых еще имеет смысл имитация функционирования объекта моделирования.
Результатом работ на данном этапе является содержательное описание объекта моделирования с указанием целей имитации и аспектов функционирования объекта моделирования, которые изучить на ИМ. Обычно оно представляет собой техническое описание объекта моделирования, описание внешней среды, с которой он взаимодействует, и временную диаграмму этого взаимодействия.
Составление концептуальной моделипроизводится в следующей последовательности.
На основании содержательного описания уточняется задача моделирования, определяются процедура и график ее решения. Уточняется методика всего имитационного эксперимента в зависимости от наличных ресурсов, выделенных для имитации. Общая задача моделирования разбивается на частные подзадачи. Устанавливаются приоритеты решения подзадач моделирования. Обосновываются требования в рабочей силе и выделения ресурсов ЭВМ, Затем проводится тщательный анализ задач, стоящих перед имитацией. Часто при создании небольших моделей данный этап работ совмещается с этапом составления содержательного описания моделируемой системы.
Составление формального описания объекта моделированияпредставляет собой ответственный этап создания имитационной модели СС. Цель - исследование алгоритмов поведения компонент СС и отражение вопросов взаимодействия между собой этих компонент. При составлении формального описания модели исследователь использует тот или иной язык формализации. В зависимости от сложности объекта моделирования и внешней среды могут использоваться три вида формализации: аппроксимация явлений функциональными зависимостями, алгоритмическое описание объектов в системе, смешанное представление в виде последовательности формул и алгоритмических записей.
После составления формального описания объекта моделирования приступают к его проверке. Это первая главная проверка достоверности будущей модели СС в процессе проектирования. Для обеспечения контроля правильности функционирования модели вводят классические модели, достоверность которых доказана. Они фигурируют в модели в виде составных частей. На вход таких моделей поступают данные, вычисляемые в других частях модели, достоверность которых проверяется. Если результат работы классической модели окажется недостоверным, то считают, что предшествующая часть формального описания системы также недостоверна.
В процессе проверки достоверности модели необходимо ответить на следующие вопросы: позволяет ли модель решить поставленные задачи моделирования, насколько полна предложенная схема модели и отражает ли она фактическую последовательность развития процессов в реальной системе. Необходимо провести анализ каждой модели и убедиться, что она нашла свое отражение в формальном описании системы.
Результатом этапа является проверенное формальное описание исследуемой системы на выбранном языке формализации.
Составление имитационной модели.Cюда входят следующие вопросы реализации модели: декомпозиция объекта на составляющие и формирование элементов модели; отработка вопросов синхронизации частей компонент модели друг с другом в модельном времени; задание начальных условий моделирования; планирование процессов имитации отдельных вариантов системы; проверка окончания моделирования; обработка результатов имитации. Результатом этапа является описание модели сложной системы.
Программирование.На этом этапе выполняются следующие действия.
Составляется план создания и использования программной модели. Как правило, программа модели создается с помощью средств автоматизации моделирования на ЭВМ. Поэтому в плане указываются: тип ЭВМ; средство автоматизации моделирования; примерные затраты памяти ЭВМ на создание программы модели и ее рабочих массивов; затраты машинного времени на один цикл работы модели; оценки затрат на программирование и отладку программы модели.
На этом же этапе проверяют достоверность программы модели системы. В процессе этой проверки устанавливается соответствие операций в программе и описании модели.
Испытание модели.Это важный этап создания модели. При этом необходимо выполнить следующее. Во-первых, убедиться в правильности динамики развития алгоритма моделирования объекта исследования в ходе имитации его функционирования (провести верификацию модели). Во-вторых, определить степень адекватности модели и объекта исследования. Под адекватностью программной имитационной модели реальному объекту понимают совпадение с заданной точностью векторов характеристик поведения объекта и модели. При отсутствии адекватности проводят калибровку имитационной модели.
Исследование свойств имитационной модели.При этом оцениваются точность имитации явлений, устойчивость результатов моделирования, чувствительность критериев качества к изменению параметров модели.
Эксплуатация имитационной модели.Этот этап начинается с составления плана эксперимента, позволяющего исследователю получить максимум информации при минимальных затратах на вычисление. Обязательно статистическое обоснование плана эксперимента. Итогом работы являются результаты моделирования.
Анализ результатов моделирования.Данный этап завершает технологическую цепочку этапов создания и использования имитационных моделей. Получив результаты моделирования, исследователь приступает к интерпретации результатов. Результатом этапа интерпретации результатов моделирования являются рекомендации по проектированию системы или ее модификации.
В конечном итоге после выполнения всех перечисленных выше итерационных этапов исследователь либо окажется удовлетворенным результатом моделирования и будет их учитывать при проектировании сложной системы, либо забракует проектируемую систему и сформирует техническое задание на разработку новой архитектуры системы.
Для иллюстрации основных этапов разработки ИМ рассмотрим следующий пример. В приведенном примере отражены не все этапы проектирования, так как этапы составления и программирования ИМ рассмотрены в соответствующих методических указаниях.
23. функциональный признак при классификации информационных систем