Эксперимент в системном моделировании

СОДЕРЖАНИЕ КУРСА ЛЕКЦИЙ ПО ДИСЦИПЛИНЕ «СИСТЕМНЫЙ АНАЛИЗ»

Введение (в дисциплину)

Понятие и общая характеристика систем

1.1. Понятие системы, её основные свойства.

1.1.1. Целостность (когерентность) и делимость на элементы.

1.1.2. Существенные устойчивые связи между элементами или (и) их свойствами. Сила связей и ее значение.

1.1.3. Организация и энтропия системы.

1.1.4. Эмерджентность (интегративное свойство) системы.

1.2. Ключевые положения теории систем.

1.2.1. Единство частей системы.

1.2.2. Открытые и закрытые системы.

1.2.3. Границы системы.

1.2.4. Особенности и баланс систем.

1.2.5. Динамическое равновесие в открытой системе.

1.2.6. Обратные связи и их значение.

1.2.7. Иерархичность систем.

1.2.8. Тенденции развития открытых систем.

1.2.9. Эквифинальность и пути ее достижения.

1.3. Структуры и функции системы. Действующие на систему факторы.

1.3.1. Структура системы. Типы структур.

1.3.2. Функции (и дисфункции) системы и ее элементов. Основные характеристики функций.

1.3.3. Системосоздающие и системоразрушающие факторы.

Классификация систем.

Физические и абстрактные, простые и сложные ( основные признаки), естественные, идеальные и искусственные, управляемые, непрерывные и дискретные, казуальные и целенаправленные, активные и пассивные, специализированные, многофункциональные и универсальные, стабильные и развивающиеся системы.

Системный подход и системный анализ

3.1. Понятие, принципы и практическое значение системного подхода.

Системность. Основные принципы (методологические положения) системного подхода. Эффективность. Изменение «накопление» качества системы. Иерархичность структуры. Декомпозиция системы. Замена связей реакциями (откликами). Условия для динамического равновесия. Причина изменения и синергии свойств элементов. Самостоятельность частей системы. Изменение системы. Управление в системе. Самоорганизуемость и степени свободы. Трехуровневое изучение системы. Направленность системного подхода (анализа).

3.2 Основные понятия и определение системного анализа (СА).

3.2.1. Понятие и особенности СА. Объект и предмет системного анализа. Сферы применения СА. Значение математических моделей в СА.

3.2.2. Основные определения и термины в СА.

Элемент и его функциональная модель( «чёрный ящик»). Среда, суперсистема, подсистема, характеристика, параметры, свойства системы. Внешние и внутренние характеристики. Поведение элемента (системы). Цель, показатели качества. Внешние и внутренние связи, алгоритм функционирования системы. Состояние системы. Качество. Состояние системы. Эффективность. Критерий эффективности, решающее правило.

3.3 Задачи и методы СА

Декомпозиция. Анализ. Агрегирование. Синтез. Методы СА (математическое программирование, эвристическое моделирование; методы семиотического подхода, аналогий, аналитические; имитационное моделирование).

3.4 Алгоритм ликвидации проблемы. Неформализуемые этапы СА

Общий подход к решению проблем. Алгоритм ликвидации проблемы. Неформализуемые этапы СА. «Растворение» проблемы. Способы обращения с любой проблемой. Альтернативность направлений решения проблемы. Критерии оценки вариантов, альтернатив. Множественность и приоритетность критериев. Особенности оценки альтернатив и применения системного анализа.

Моделирование систем – неотъемлемый этап СА

4.1. Определение и классификация моделей, их свойства.

Понятие и определение модели и моделирования. Типы моделей. Классификация моделей по целевому признаку. Классификация по типу задач моделирования. Классификация по форме реализации. Классификация по форме математического описания.

4.2 Основные требования к моделям (моделированию).

Этапы моделирования. Принципы (общие требования) моделирования. Общая схема (этапы) моделирования.  

Декомпозиция и агрегирование – процедуры СА

5.1. Стратегии, функции и смыслы декомпозиции.

5.2. Основные виды и свойства агрегирования. Суть агрегирования. Синтез. Агрегаты и их основные свойства. Виды агрегатов. Назначение и пример декомпозиции/агрегирования.

Информационные аспекты изучения систем

6.1. Понятие и определение информации и случайного процесса.

Информация, ее основные свойства и определения (сообщение, сигнал, реализация). Понятие случайного (и детерминированного) процесса и величины.

6.2. Неопределенность, энтропия и ее свойства. Количество (измерение) информации.

Энтропия как мера неопределенности системы (объекта) и ее основные свойства. Определение количества информации через энтропию и его смысл. Обработки и потери информации.

Эксперимент в системном моделировании

7.1. Понятие, основные положения и системная сущность эксперимента.

Детерминистский и стохастический подход в исследовании проблем (систем). Назначение и особенности экспериментального исследования, его системный характер.

7.2. Виды эксперимента. Задачи, особенности и значение активного (планового) эксперимента.

Пассивный и активный эксперимент, их особенности. Понятие плана эксперимента. Задачи, решаемые экспериментально. Управляемость объекта и виды эксперимента.

7.3. Общая схема и типовые этапы эксперимента.

Типичная схема и особенности этапов эксперимента.

7.4. Некоторые особенности системных исследований, связанных с производством.

7.5. План – основа активного эксперимента.

Суть планирования эксперимента. Критерии оптимальности планов, их назначение. Параллельные опыты. Основные понятия и термины эксперимента. Рандомизированный и последовательный планы эксперимента, их особенности. Понятие плана полного факторного эксперимента (ПФЭ), его свойства. Пример план – матрицы ПФЭ типа  и соответствующая ему эмпирическая модель.

7.6. Свойства экспериментальной информации и ее анализ.

Три вида ошибок измерений, их проявление и причины возникновения. Основные характеристики для представления и описания экспериментальных данных (выборочные характеристики). 0Закон сложения дисперсий и его назначение. Нормальное распределение (Гаусса) и его основные свойства. Понятие выборочной статистики (распределение), числа степеней свободы. Основные характеристики выборки. Выборка малого объема и t –распределение (Стьюдента), его отличие от нормального распределения и применение. Понятие и применение распределения Пирсона ( -распределение) и F – распределение (Фишера).

Оценка сложных систем 

8.1. Цель и эффективность системы.

Понятие целевого назначения (цели) и управления системы. Задачи, показатели (критерии) и оценка эффективной системы.

8.2. Критерии оценки эффективности систем.

Назначение и особенности критерия качества. Требования к критерию. Два типа критериев эффективности систем управления. Виды классификации критериев.

8.3. Оценка многокритериальных систем.

Понятие вектора критериев для сложных систем. Подходы к проблеме многокритериальности, их характеристика.