Мет указания СА
.pdfКазанский национальный исследовательский технический университет им. А.Н. Туполева
Факультет автоматики и электронного приборостроения Кафедра приборов и информационно-измерительных систем
"СИСТЕМНЫЙ АНАЛИЗ "
Методические указания к практическим занятиям
для студентов направления 201000.62
«Биотехнические системы и технологии»
Казань
2015
Тюрина М.М. Системный анализ: методические указания к практическим и лабораторным занятиям. -
Казань: Каз. гос. техн. ун-т, 2015. - 36 с.
Приведены методические указания к практическим и 4
лабораторным занятиям по применению методов системного анализа и принятия решений. Каждая работа включает теоре-
тическое изложение материала, варианты заданий к практиче-
ской работе и требования к докладу.
Методические указания предназначены для выполне-
ния практических работ по дисциплине "Системный анализ "
для студентов направления 201000.62 «Биотехнические си-
стемы и технологии».
.
2
Требования к докладу |
|
|
|
Содержание |
|
Время доклада должно составлять не более 7-10 мин |
Введение………………………………………………… |
4 |
(за это время нужно постараться изложить суть вопроса по |
Практическое занятие №1……………………………. |
5 |
заданной теме), 5 мин – вопросы. |
Практическое занятие №2……………………………. |
13 |
|
Практическое занятие №3……………………………. |
21 |
|
Практическое занятие №4……………………………. |
30 |
Литература к практическому занятию №4 |
|
|
1.Ларичев О.И. Теория и методы принятия решений. М., Логос, 2000.
2.Айзерман М.А., Алескеров Ф.Т. Выбор вариантов (основы теории), М., Наука, 1990
3.Макаров И.М. и др. Теория выбора и принятия решений М: Наука, 1987.
4.Перегудов Ф.И., Тарасенко Ф.П.Введение в системный анализ. М: ВШ, 1989.
34 |
3 |
|
2. |
Пошаговая схема принятия решения (алгоритм, |
Введение |
пример); |
|
|
|
|
|
3. |
Математические методы принятия решений; |
Системный анализ, как и любая другая наука, ставит |
4. |
Компьютерная поддержка принятия решений; |
своей целью исследование новых связей и отношений объек- |
5. |
Ошибки, возникающие при принятии решения; |
тов и явлений. Но, тем не менее, основной проблемой этой |
6. |
Логика и аргументация принятия решения в ме- |
науки является исследование связей и отношений таким обра- |
дицине; |
|
зом, чтобы изучаемые объекты стали бы более управляемы- |
7. |
Принятие решения при диагностике заболева- |
ми, изучаемыми, а "вскрытый" в результате исследования ме- |
ния; |
|
ханизм взаимодействия этих объектов – более применимым к |
8. |
Принятие решения в теории здоровья; |
другим объектам и явлениям. Задачи и принципы системного |
9. |
Принятие решения в организации лечебного и |
подхода не зависят от природы объектов и явлений. Систем- |
диагностического процесса; |
|
ный анализ применяется в любой предметной области, вклю- |
10. |
Принятие решения в медицинской технике |
чая в себя как частные, так и общие методы и процедуры ис- |
(разработка нового оборудования); |
|
следования. |
11. |
Принятие решения в образовательном процессе |
Современный системный анализ является прикладной |
|
|
наукой, нацеленной на выяснение причин реальных сложно- |
|
Содержание отчета: |
стей, возникших перед "обладателем проблемы" и на выра- |
|
|
ботку вариантов их устранения. В наиболее развитой форме |
1. |
Введение |
системный анализ включает и непосредственное, практиче- |
2. |
Теоретическая часть |
ское улучшающее вмешательство в проблемную ситуацию. |
3. |
Выводы по работе |
4 |
33 |
ние актуальности, определение условий при ко-
торых эта проблема будет решена;
Составление плана решения разработка альтер-
нативных вариантов решения, сопоставление вариантов решения с имеющимися ресурсами,
оценка альтернативных вариантов, оценка аль-
тернативных вариантов по эффективности, со-
ставление программ решения, разработка и со-
ставление детального плана решения;
Выполнение решения доведение решений до конкретных исполнителей, разработка мер по-
ощрений и наказаний, контроль за выполнением решений.
Кроме того, зачастую, выбирая одно решение из мно-
жества возможных, лицо, принимающее решение, руковод-
ствуется только интуитивными представлениями. Для других людей мотивы принятия решения могут быть и вовсе неяс-
ными. Поэтому с целью придания ясности следует найти чис-
ленную меру для определения того, насколько каждое из ре-
шений является подходящим.
Варианты заданий:
1.Принятие решения. Основные принципы, про-
блемы. Стратегии принятия решений;
32
Практическое занятие №1
Методы системного анализа и принятия решений
Цель работы:
1.Изучение методов системного анализа и приня-
тия решений
2.Приобретение навыков в применении изучен-
ных методов на практике
Теоретическая часть
Системный анализ содержит широкий спектр разнооб-
разных методов, которые можно объединить в следующие группы:
методы эвристического программирования;
методы, основанные на семиотическом подхо-
де;
методы аналогии;
аналитические методы;
методы имитационного моделирования.
Существующие методы математического анализа, ко-
торые оправдали себя в сравнительно простых случаях, ока-
зываются неэффективными при исследовании сложных си-
5
стем. В связи с этим широкое распространение получили ме-
тоды эвристического программирования, основанного на принципах анализа поведения человека, направленные на ис-
пользование интуиции и опыта специалистов, а также методы формализованного представления систем. Среди этой группы значительное место занимает метод экспертных оценок (ме-
тод мозговой атаки и обмена мнениями, метод ”дельфи” и
др.), использующие те или иные формы обобщения совокуп-
ности субъективных оценок, представлений некоторой груп-
пы специалистов по исследуемой проблеме. Достоинства ме-
тода – это простота и доступность. Основной недостаток за-
ключается в том, что не удается установить степень досто-
верности экспертизы. Общий недостаток эвристического про-
граммирования – отсутствие формальных правил поиска "эв-
ристики", т.к. этот процесс чаще всего является искусством и не всегда приводит к положительным результатам.
Основной целью метода "мозговой атаки" является
поиск новых идей, их широкое обсуждение и конструктивную критику. Основная гипотеза заключается в предположении,
что среди большого числа идей имеются, по меньшей мере,
несколько хороших. При всей кажущейся простоте данные обсуждения дают неплохие результаты.
Основой метода экспертных оценок являются раз-
личные формы экспертного опроса с последующим оценива-
нием и выбором наиболее предпочтительного варианта. При
6
тельность» и т.п.
Процесс уникального выбора характеризуется тремя необходимыми условиями: наличием проблемы, требующей разрешения; наличием лица или группы лиц, принимающих решение; несколькими вариантами, из которых осуществля-
ется выбор. При отсутствии хотя бы одной из этих составля-
ющих процесса выбора нет. Трудные, нестандартные, по-
своему уникальные процессы и явления характеризуются ря-
дом моментов. Многокритериальный характер наиболее акту-
альных проблем. Обычно не удается сводить оценку каждой из предложенных альтернатив к какому-либо одному числен-
ному показателю, например к определению сил и средств на выполнение правоохранительных мероприятий. Необходимо одновременно оценивать каждую альтернативу по многим показателям.
Часто экономические, медицинские, политические, со-
циальные, управленческие проблемы имеют несколько вари-
антов решений. Эти решения относятся к одной проблеме, и в этом смысле они однородны. По отношению друг к другу ва-
рианты решений являются альтернативами.
Во многих иностранных источниках весь процесс при-
нятия решения рассматривается как функция проблемы, аль-
тернатив и выполнения решения. Любое решение проходит через три стадии:
Уяснение проблемы сбор информации, выясне-
31
Практическое занятие №4
Принятие решения
Цель работы:
Изучение основных принципов, методов, алгоритмов принятия решения в системном анализе, а также применения теории принятия решения на практике.
Теоретическая часть
Процессы принятия решений в различных сферах дея-
тельности во многом аналогичны. Поэтому необходим уни-
версальный метод поддержки принятия решений, соответ-
ствующий естественному ходу человеческого мышления.
Часто экономические, медицинские, политические, со-
циальные, управленческие проблемы имеют несколько вари-
антов решений. Зачастую, выбирая одно решение из множе-
ства возможных, лицо, принимающее решение, руководству-
ется только интуитивными представлениями. Вследствие это-
го принятие решения имеет неопределенный характер, что сказывается на качестве принимаемых решений. С целью придания ясности процесс подготовки принятия решения на всех этапах сопровождается количественным выражением та-
ких категорий как «предпочтительность», «важность», «жела-
30
этом предполагается, что истинное значение исследуемой ха-
рактеристики находится внутри диапазона оценок, получен-
ных от группы экспертов и что обобщенное коллективное мнение является достоверным. Наиболее спорным моментом в данных методиках является установление весовых коэффи-
циентов по высказываемым экспертами оценкам и приведе-
ние противоречивых оценок к некоторой средней величине.
Первоначально метод "Дельфи" был предложен как одна из процедур при проведении мозговой атаки и должен был помочь снизить влияние психологических факторов и по-
высить объективность оценок экспертов. Затем метод стал использоваться самостоятельно. Его основа – обратная связь,
ознакомление экспертов с результатами предшествующего тура и учет этих результатов при оценке значимости экспер-
тов.
Метод "дерева целей" предполагает использование иерархической структуры, полученной путем разделения об-
щей цели на подцели. Для случаев, когда древовидный поря-
док строго по всей структуре не выдерживается. Метод "дере-
ва целей" ориентирован на получение относительно устойчи-
вой структуры целей проблем, направлений. Для достижения этого при построении первоначального варианта структуры следует учитывать закономерности целеобразования и ис-
пользовать принципы формирования иерархических структур.
Морфологические методы. Основная идея морфоло-
7
гического подхода – систематически находить все возможные варианты решения проблемы путем комбинирования выде-
ленных элементов или их признаков. В систематизированном виде метод морфологического анализа был впервые предло-
жен Ф. Цвикки и часто так и называется "метод Цвикки". Из-
вестны три основные схемы метода:
– метод систематического покрытия поля, основанный на выделении так называемых опорных пунктов знаний в ис-
следуемой области и использование для заполнения поля не-
которых сформулированных принципов мышления;
– метод отрицания и конструирования, который за-
ключается в формулировке некоторых предположений и за-
мене их на противоположные с последующим анализом воз-
никающих несоответствий;
– метод морфологического ящика, который состоит в определении всех возможных параметров, от которых может зависеть решение проблемы.
К эвристическим методам также примыкают методы семиотического подхода, основанного на возможностях вы-
разительных средств естественного языка, которые позволяют весьма эффективно и при определенных соглашениях описы-
вать широкий класс объектов, процессов и явлений.
Методы аналогии включают, прежде всего, так назы-
ваемые биологические аспекты. В этом случае биологическую систему рассматривают как прототип системотехнического
8
Требования к докладу
Время доклада должно составлять не более 7-10 мин
(за это время нужно постараться изложить рассмотренную систему с позиций морфологического и функционального описаний), 5 мин – вопросы.
Литература к практическому занятию №3
1. Павлов Е.Г., Тюрина М.М. Биофизика. Сложные системы: Учебное пособие. Казань: Изд-во Казан. Гос. Техн.
Ун-та, 2005. – 142 с.: ил.
2.Павлов Е.Г. Чернышук В.А. Функциональные си-
стемы человеческого организма: Учебное пособие. Казань:
Изд-во Казан. Гос. Техн. Ун-та, 2004. – 184 с.: ил.
3.Анохин П. К. Очерки по физиологии функцио-
нальных систем. - М.: Медицина, 1974. – 446 с.
4.Судаков К. В. Функциональные системы организ-
ма. – М: Медицина, 1987. – 432 с.
5.Судаков К. В. Теория функциональных систем.
Под ред. Нувахова Б.Ш. – М., 1996. – 89 с.
6.Регуляторные системы организма человека: Учеб.
пособие для вузов/ В.А. Дубынин, А.А. Каменский, М.Р. Са-
пин, В.И. Сивоглазов. – М.: Дрофа, 2003. – 368 с.
29
ного для метаболизма содержания водородных ионов в орга-
низме;
4. Функциональная система оптимального для мета-
болизма уровня кровяного давления;
5. Функциональная система поддержания оптималь-
ных величин дыхательных показателей;
6. Функциональная система поддержания оптималь-
ной для метаболизма температуры тела;
7. Функциональная система подержания необходимо-
го уровня питательных веществ в организме;
8. Функциональная система поддержания оптималь-
ного для метаболизма уровня осмотического давления
Содержание отчета:
1. Введение (раскрыть понятие "функциональная си-
стема", дать общую характеристику рассматриваемой систе-
мы)
2. Теоретическая часть (описать систему, с позиций морфологического (структура) и процессуального описаний
(дать характеристику результатов функциональной системы,
рассмотреть рецепцию результата, механизмы регуляции)
3. Выводы по работе (определить количество "анато-
мических" систем, входящих в состав функциональной си-
стемы, оценить сложность системы)
28
комплекса. Это позволяет использовать опыт, накопленный живой природой в процессе длительной эволюции. Чаще все-
го бионический подход играет роль методологического сове-
та, позволяя избежать некоторых ошибок.
Аналитические методы, используемые в СА, весьма разнообразны. Так как в СА используются практически все математические схемы исследования операций и методы тео-
рии принятия решений, а также специфически применимы и модели:
метод "черного ящика",
метод агрегатов,
модели на основе теории графов,
модели на основе концепций теории измерения.
Перечисленные специфические методы развиты недо-
статочно и некоторые из них не играют решающей роли.
Моделирование играет ведущую роль в системном ана-
лизе. При этом наибольшее значение имеет имитационное моделирование, под которым понимают процесс формирова-
ния реальной системы и проведения на этой модели экспери-
ментов в целях выявления: свойств системы, возможных пу-
тей ее создания, совершенствования и (или) эффективного использования. Сущность этого метода при исследовании си-
стем состоит в том, что процесс имитируется с помощью арифметических и логических операций в той последователь-
ности элементарных действий, которая характерна для моде-
9
лируемого процесса. |
работают в тесном взаимодействии для поддержания необхо- |
|
|
|
димого для нормального метаболизма состава газов в орга- |
|
Варианты заданий: |
низме. |
|
|
В третью подгруппу функциональных систем включа- |
1. |
Метод мозговой атаки; |
ются системы, у которых наряду с внутренним звеном само- |
2. |
Метод экспертных оценок; |
регуляции, обеспечивающим тот или иной гомеостатический |
3. |
Метод Дельфи; |
показатель, в качестве внешнего звена саморегуляции, вклю- |
4. |
Метод "дерева целей"; |
чается активная поведенческая реакция; поиск и взаимодей- |
5. |
Метод Цвикки (метод системного покрытия по- |
ствие со специальными раздражителями внешней окружаю- |
ля); |
|
щей среды (запахи, визуальные представления), помогающи- |
6. |
Метод Цвикки (метод отрицания и конструиро- |
ми или препятствующие удовлетворению метаболических по- |
вания); |
|
требностей организма. К таким функциональным системам |
7. |
Метод Цвикки (метод морфологического ящи- |
относятся: функциональные системы питания, определяющая |
ка); |
|
уровень питательных веществ в организме; функциональные |
8. |
Методы аналогии; |
системы, определяющие осмотическое давление, температу- |
9. |
Метод "черного ящика"; |
ру, выделение и осуществление половых функций. |
10.Метод "полупрозрачного ящика";
11. |
Метод "белого ящика"; |
|
Варианты заданий: |
12. |
Метод агрегатов; |
|
|
13. |
Метод, основанный на теории измерения; |
1. |
Функциональная система поддержания оптималь- |
14. |
Графический метод (основанный на теории гра- |
ного для метаболизма количества форменных элементов кро- |
|
фов) |
|
ви; |
|
15. |
Метод математического программирования; |
2. |
Функциональная система обеспечения оптималь- |
16. |
Метод имитационного моделирования; |
ной массы циркулирующей крови; |
|
17. |
Статистические методы (теория массового об- |
3. |
Функциональная система поддержания оптималь- |
|
10 |
|
27 |