Колледж связи

Скачать 1.14 Mb.

Название	Колледж связи
страница	1/10
Дата публикации	22.06.2014
Размер	1.14 Mb.
Тип	Пояснительная записка

100-bal.ru > Информатика > Пояснительная записка

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО СВЯЗИ

Государственное образовательное учреждение высшего

профессионального образования

«Поволжский государственный университет телекоммуникаций и информатики»
КОЛЛЕДЖ СВЯЗИ

_{КОМПЬЮТЕРНОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ}

_(КМ)
конспект лекций
_{для специальностей:}

_{210723 – Сети связи и системы коммутации}

_{210709 – Многоканальные телекоммуникационные системы}

Составил преподаватель: Игнатов А.С.

САМАРА 2012 г.

_{ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА}
_{Дисциплина «Компьютерное моделирование» относиться к циклу специальных дисциплин для студентов специальности 210723 – Сети связи и системы коммутации, 210709 – Многоканальные телекоммуникационные системы.}

_{Рабочая программа для указанного курса составлена в соответствии с требованиями Государственного образовательного стандарта СПО к минимуму содержания и уровню подготовки выпускников данной специальности.}

_{Целью изучения дисциплины «Компьютерное моделирование» является:}

_{вооружение студентов знаниями в области компьютерного моделирования;}
_{формирование умений и навыков создания математических моделей при решении прикладных задач, встречающихся на практике;}
_{знакомство с требованиями, предъявляемыми к формированию нелинейных моделей различными способами.}

_{Задачи дисциплины:}

_{освоение студентами различных видов математических моделей;}
_{овладение средствами и способами решения дифференциальных уравнений;}
_{приобретение навыков работы с программным обеспечением;}

_{Изучение материала по данной дисциплине опирается на знания, полученные студентами в ходе освоения следующих дисциплин: «Компьютерные сети», «Распределенные системы обработки информации», «Архитектура сетей» и т. д.}

_{Последовательность изучения тем предмета определяется межпредметными связями и призвана обеспечить формирование у студентов навыков и умений комплексного подхода при выборе лучшей математической модели.}

_{Методика изучения дисциплины строиться из следующих элементов:}

_{- теоретическая часть (лекция, урок);}

_{- лабораторно-практические занятия;}

_{- самостоятельная работа с книгой и конспектами лекций;}

_{- домашние задание;}

_{- аудиторная контрольная работа;}

_{- консультации.}

_{Цель лекции - сообщение новых знаний, систематизация и обобщение накопленных, развитие познавательных и профессиональных интересов.}

_{Лабораторно-практические занятия - как обязательный элемент образовательного процесса по данной дисциплине, призван закрепить полученные теоретические знания и обеспечить формирование основных навыков и умений практической работы в области компьютерного моделирования. Они проводятся по мере изучения теоретического материала и выполняются индивидуально каждым студентом.}

_{Перечень и содержание лабораторных работ приводиться в содержательной части данной рабочей программы и может быть изменен или дополнен с учетом региональных особенностей и возможностей лабораторной базы учебного заведения.}

_{Изучение дисциплины начинается с теоретического вступления о основных понятиях данной темы, о моделировании в целом.}

_{Самостоятельная работа с книгой ставит своей целью - закрепление, углубление, расширение и систематизация знаний, полученных в ходе аудиторных занятий, самостоятельное овладение новым учебным материалом описательного характера, развитие самостоятельного мышления.}

_{Домашние задание - выполняется студентами после изучения соответствующих тем программного материала данного курса и является формой промежуточного контроля знаний студентов по дисциплине.}
_{Аудиторная контрольная работа - предусмотренная действующим учебным планом и рабочей программой. Это форма итогового контроля знаний и проверки уровня усвоения программного материала изучаемой дисциплины.}

_{Она проводиться за счет времени, отведенного на изучение предмета, и рассчитана на 1 час, с использованием современных средств контроля.}

_{Формы проведения других видов учебных занятий регламентируются учебным заведением и определяются преподавателем, исходя из содержания программного материала, опыта его работы, материальной базой учебного заведения, характера контингента студентов и специфики специальности.}

_{для специальностей:}

_{Рабочая программа рассчитана на:}

_{Максимальная учебная нагрузка обучающегося 144 часов, в том числе:}

_{- обязательная аудиторная учебная нагрузка – 96 часа;}

_{в том числе:}

_{лабораторные занятия – 58 часа;}

_{самостоятельная работа – 48 часов;}

_{Итоговая аттестация в форме экзамена}

_{После изучения предмета «Компьютерное моделирование" студент должен:}

_{иметь представление о роли и месте знаний по дисциплине «Компьютерное моделирование»;}
_{знать основные понятия и принципы моделирования;}
_{знать основные методологические подходы к решению математических задач, возникающих в ходе практической деятельности людей;}
_{уметь работать с математическими системами и системами моделирования Mathcad, Electronics Workbench, ТСWIN, STATGRAPHICS,GPSSW.}
_{уметь разрабатывать алгоритмы и программы для решения практических задач;}
_{уметь разрабатывать и проводить планируемый эксперимент.}

_{Введение}

_{Содержание курса. Основные понятия. Приемы и методы автоматизированной обработки информации}

_{Настоящий курс рассматривает моделирование с двух точек зрения: с общетеоретической и методологической – как метод научного познания, с практической – как технологию решения прикладных научно-технических задач, опирающуюся на использование компьютера. В последнем случае говорят о компьютерном моделировании.}

_{В этом курсе, в значительной степени на примерах из различных областей знания, показаны некоторые типичные задачи компьютерного математического моделирования. При этом, как правило, не затрагиваются некомпьютерные модели, такие, например, как математические модели из «чистой» математики. Термин «математическая модель» увязывается здесь, в основном, с некоторой предметной областью, сущностью окружающего мира.}

_{Абстрактное моделирование с помощью компьютеров – вербальное, информационное, математическое – в наши дни стало одной из информационных технологий, исключительно мощной в познавательном плане. Изучение компьютерного математического моделирования открывает широкие возможности для осознания связи информатики с математикой и другими науками, естественными и социальными.}
_{Раздел 1. Основные понятия и определения}

_{Тема 1.1. Понятия моделирование, модель}

_{Понятия: модель, моделирование, формализация, компьютерная модель}

_{Слово «модель» произошло от латинского слова «modulus», означает «мера», «образец». Его первоначальное значение было связано со строительным искусством, и почти во всех европейских языках оно употреблялось для обозначения образа или прообраза, или вещи, сходной в каком-то отношении с другой вещью.}

_{Моделирование в научных исследованиях стало применяться еще в глубокой древности и постепенно захватывало все новые области научных знаний: техническое конструирование, строительство и архитектуру, астрономию, физику, химию, биологию и, наконец, общественные науки. Большие успехи и признание практически во всех отраслях современной науки принес методу моделирования ХХ век. Однако методология моделирования долгое время развивалась отдельными науками независимо друг от друга. Отсутствовала единая система понятий, единая терминология. Лишь постепенно стала осознаваться роль моделирования как универсального метода научного познания.}

_{Термин «модель» широко используется в различных сферах человеческой деятельности и имеет множество смысловых значений. В этом разделе мы будем рассматривать только такие модели, которые являются инструментами получения знаний.}

_{Модель – это такой материальный или мысленно представляемый объект, который в процессе исследования замещает объект-оригинал так, что его непосредственное изучение дает новые знания об объекте-оригинале.}

_{Под моделированием понимается процесс построения, изучения и применения моделей. Оно тесно связано с такими категориями, как абстракция, аналогия, гипотеза и др. Процесс моделирования обязательно включает и построение абстракций, и умозаключения по аналогии, и конструирование научных гипотез.}

_{Главная особенность моделирования в том, что это метод опосредованного познания с помощью объектов-заместителей. Модель выступает как своеобразный инструмент познания, который исследователь ставит между собой и объектом, и с помощью которого изучает интересующий его объект. Именно эта особенность метода моделирования определяет специфические формы использования абстракций, аналогий, гипотез, других категорий и методов познания.}

_{В самом общем случае при построении модели исследователь отбрасывает те характеристики, параметры объекта-оригинала, которые несущественны для изучения объекта. Выбор характеристик объекта-оригинала, которые при этом сохраняются и войдут в модель, определяется целями моделирования. Обычно такой процесс абстрагирования от несущественных параметров объекта называют формализацией. Более точно, формализация – это замена реального объекта или процесса его формальным описанием.}

_{Основное требование, предъявляемое к моделям – это их адекватность реальным процессам или объектам, которые замещает модель.}

_{Практически во всех науках о природе, живой и неживой, об обществе, построение и использование моделей является мощным орудием познания. Реальные объекты и процессы бывают столь многогранны и сложны, что лучшим (а иногда и единственным) способом их изучения часто является построение и исследование модели, отображающей лишь какую-то грань реальности и потому многократно более простой, чем эта реальность. Многовековой опыт развития науки доказал на практике плодотворность такого подхода. Более конкретно, необходимость использования метода моделирования определяется тем, что многие объекты (или проблемы, относящиеся к этим объектам) непосредственно исследовать или вовсе невозможно, или же это исследование требует слишком много времени и средств.}

_{В моделировании есть два различных подхода. Модель может быть похожей копией объекта, выполненной из другого материала, в другом масштабе, с отсутствием ряда деталей. Например, это игрушечный кораблик, домик из кубиков, деревянная модель самолета в натуральную величину, используемая в авиаконструировании и др. Модели такого рода называют натурными.}

_{Модель может, однако, отображать реальность более абстрактно – словесным описанием в свободной форме, описанием, формализованным по каким-то правилам, математическими соотношениями и т.п. Будем называть такие модели абстрактными.}
_{Классификация моделей. Требования к моделям.}

_{К классификации математических моделей можно подходить с разных позиций, положив в основу классификации различные принципы. Можно классифицировать модели по отраслям наук (математические модели в физике, биологии, социологии и т.д.) и по применяемому математическому аппарату (модели, основанные на использовании обыкновенных дифференциальных уравнений, дифференциальных уравнений в частных производных, стохастических методов, дискретных алгебраических преобразований и т.д.). Далее, если поинтересоваться общими закономерностями моделирования в разных науках (безотносительно к математическому аппарату) и поставить на первое место цели моделирования, то можно прийти к следующей классификации:}

_{• дескриптивные (описательные) модели;}

_{• оптимизационные модели;}

_{• многокритериальные модели;}

_{• игровые модели;}

_{• имитационные модели.}

_{Остановимся на этой классификации подробнее и поясним ее на примерах.}

_{Моделируя движение кометы, вторгшейся в Солнечную систему, мы описываем ситуацию (предсказываем траекторию полета кометы, расстояние, на котором она пройдет от Земли и т.д.), т.е. ставим чисто описательные цели. У нас нет никаких возможностей повлиять на движение кометы, что-то изменить в процессе моделирования.}

_{В оптимизационных моделях мы можем воздействовать на процессы, пытаясь добиться какой-то цели. В этом случае в модель входит один или несколько параметров, доступных нашему влиянию. Например, меняя тепловой режим в зернохранилище, мы можем стремиться подобрать такой, чтобы достичь максимальной сохранности зерна, т. е. оптимизируем процесс.}

_{Часто приходится оптимизировать процесс по нескольким параметрам сразу, причем цели могут быть весьма противоречивыми. Например, зная цены на продукты и потребность человека в пище, организовать питание больших групп людей (в армии, летнем лагере и др.) как можно полезнее и как можно дешевле. Ясно, что эти цели, вообще говоря, совсем не совпадают, т.е. при моделировании будет несколько критериев, между которыми надо искать баланс. В этом случае говорят о многокритериальных моделях.}

_{Игровые модели могут иметь отношение не только к детским играм (в том числе и компьютерным), но и к вещам весьма серьезным. Например, полководец перед сражением в условиях наличия неполной информации о противостоящей армии должен разработать план, в каком порядке вводить в бой те или иные части и т.п., учитывая возможную реакцию противника. В современной математике есть специальный раздел – теория игр, изучающий методы принятия решений в условиях неполной информации.}

Наконец, бывает, что модель в большой мере подражает реальному процессу, т.е. имитирует его. Например, моделируя динамику численности микроорганизмов в колонии, можно рассматривать совокупность отдельных объектов и следить за судьбой каждого из них, ставя определенные условия для его выживания, размножения и т.д. При этом иногда явное математическое описание процесса не используется, заменяясь некоторыми словесными условиями (например, по истечении некоторого отрезка времени микроорганизм делится на две части, а другого отрезка – погибает). Другой пример – моделирование движения молекул в газе, когда каждая молекула представляется в виде шарика, и задаются условия поведения этих шариков при столкновении друг с другом и со стенками (например, абсолютно упругий удар); при этом не нужно использовать никаких уравнений движения.

Можно сказать, что чаще всего имитационное моделирование применяется в попытке описать свойства большой системы при условии, что поведение составляющих ее объектов очень просто и четко сформулировано. Математическое описание тогда производится на уровне статистической обработки результатов моделирования при нахождении макроскопических характеристик системы. Такой компьютерный эксперимент фактически претендует на воспроизведение натурного эксперимента. На вопрос же «зачем это делать?» можно дать следующий ответ: имитационное моделирование позволяет выделить «в чистом виде» следствия гипотез, заложенных в наши представления о микрособытиях, очистив их от неизбежного в натурном эксперименте влияния других факторов, о которых мы можем даже не подозревать. Если же такое моделирование включает и элементы математического описания событий на микроуровне, и если исследователь при этом не ставит задачу поиска стратегии регулирования результатов (например, управления численностью колонии микроорганизмов), то отличие имитационной модели от дескриптивной достаточно условно; это, скорее, вопрос терминологии.

_{Еще один подход к классификации математических моделей подразделяет их на детерминированные и стохастические (вероятностные). В детерминированных моделях входные параметры поддаются измерению однозначно и с любой степенью точности, т.е. являются детерминированными величинами. Соответственно, процесс эволюции такой системы детерминирован. В стохастических моделях значения входных параметров известны лишь с определенной степенью вероятности, т.е. эти параметры являются стохастическими; соответственно, случайным будет и процесс эволюции системы. При этом, выходные параметры стохастической модели могут быть как величинами вероятностными, так и однозначно определяемыми.}

_{Наконец, если ограничиться непрерывными детерминистскими моделями, то их часто подразделяют на системы с сосредоточенными параметрами и системы с распределенными параметрами. Системы с сосредоточенными параметрами описываются с помощью конечного числа обыкновенных дифференциальных уравнений для зависящих от времени переменных. Пространство состояний имеет здесь конечную размерность (число степеней свободы системы конечно). В противоположность этому под системами с распределенными параметрами понимают системы, описываемые конечным числом дифференциальных уравнений в частных производных. Здесь переменные состояния в каждый момент времени есть функции одной или нескольких пространственных переменных. Пространство состояний имеет в этом случае бесконечную размерность, т.е. система обладает бесконечным числом степеней свободы.}
_{Классификация абстрактных моделей:}

_{1. Вербальные (текстовые) модели. Эти модели используют последовательности предложений на формализованных диалектах естественного языка для описания той или иной области действительности (примерами такого рода моделей являются милицейский протокол, правила дорожного движения).}

_{2. Математические модели – очень широкий класс знаковых моделей (основанных на формальных языках над конечными алфавитами), использующих те или иные математические методы. Например, математическая модель звезды будет представлять собой сложную систему уравнений, описывающих физические процессы, происходящие в недрах звезды. Другой математической моделью являются, например, математические соотношения, позволяющие рассчитать оптимальный (наилучший с экономической точки зрения) план работы какого-либо предприятия.}

_{3. Информационные модели – класс знаковых моделей, описывающих информационные процессы (получение, передачу, обработку, хранение и использование информации) в системах самой разнообразной природы. Примерами таких моделей могут служить OSI – семиуровневая модель взаимодействия открытых систем в компьютерных сетях, или машина Тьюринга – универсальная алгоритмическая модель.}

_{Подчеркнем, что граница между вербальными, математическими и информационными моделями может быть проведена весьма условно. Так, информационные модели иногда считают подклассом математических моделей. Однако, в рамках информатики как самостоятельной науки, отделенной от математики, физики, лингвистики и других наук, выделение информационных моделей в отдельный класс является целесообразным.}

_{Отметим, что существуют и иные подходы к классификации абстрактных моделей; общепринятая точка зрения здесь еще не установилась.}

_{В прикладных науках различают следующие виды абстрактных моделей:}

_{1) чисто аналитические математические модели, не использующие компьютерных средств;}

_{2) информационные модели, имеющие приложения в информационных системах;}

_{3) вербальные языковые модели;}

_{4) компьютерные модели, которые могут использоваться для:}

_{• численного математического моделирования;}

_{• визуализации явлений и процессов (как для аналитических, так и для численных моделей);}

_{• специализированных прикладных технологий, использующих компьютер (как правило, в режиме реального времени) в сочетании с измерительной аппаратурой, датчиками и т.п.}

_{Большая часть данного курса связана с прикладными математическими моделями, в реализации которых используются компьютеры. Это вызвано тем, что внутри информатики именно компьютерное математическое и компьютерное информационное моделирование могут рассматриваться как ее составные части. Компьютерное математическое моделирование связано с информатикой технологически; использование компьютеров и соответствующих технологий обработки информации стало неотъемлемой и необходимой стороной работы физика, инженера, экономиста, эколога, проектировщика ЭВМ и т.д. Неформализованные вербальные модели не имеют столь явно выраженной привязки к информатике – ни в принципиальном, ни в технологическом аспектах.}

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

Добавить документ в свой блог или на сайт

	Программа учебной дисциплины Организация-разработчик: аоу во спо «Вологодский колледж связи и информационных технологий»		Утверждены «Самарский медико-социальный колледж», является новой редакцией Устава, подготовленного в связи с переименованием Учреждения и приведением...
	Литература: "му 10. 3014-12. 10. Состояние здоровья населения в связи... Государственное автономное профессиональное образовательное учреждение Тюменской области «Тюменский медицинский колледж»		Доклад директора огбоу спо «Плесский колледж бизнеса и туризма» «Плесский аграрный колледж» переименован в Областное государственное бюджетное образовательное учреждение среднего профессионального...
	Программы вид работы (краткая инструкция) форма и метод контроля... Общие сведения об электрической связи: история развития связи; Понятие информация и звук; Системы передачи информации: передача информации...		Отчет по результатам самообследования в гаоу спо рб салаватский медицинский... Гоу салаватское медицинское училище преобразовано в гоу спо мз рб салаватский медицинский колледж. На основании распоряжения Правительства...
	Литература: "му 10. 3014-12. 10. Состояние здоровья населения в связи... Государственное автономное образовательное учреждение среднего профессионального образования Тюменской области «Тюменский медицинский...		Методические рекомендации по изучению дисциплины «педагогика среднего... Программа курса предусматривает установление связи между отдельными звеньями в системе непрерывного образования: детский сад-школа...
	«Ковровский медицинский колледж» утверждаю директор гбоу спо во Настоящее Положение устанавливает порядок деятельности учебных кабинетов гбоу спо во «Ковровский медицинский колледж» (далее – Колледж)...		«Вот и закончен колледж» Тамбовское областное государственное образовательное учреждение среднего профессионального образования «Уваровский химико-технологический...
	Среднего профессионального образования московской области «московский... Московской области «Московский областной колледж искусств» (далее – Колледж) с целью анализа качества подготовки студентов и выпускников...		Доклад «О конкуренции между услугами связи для целей передачи голосовой... На основе анализа рынка услуг телефонной связи для целей передачи голосовой информации, в результате которого установлено, что функционально...
	Доклад «О конкуренции между услугами связи для целей передачи голосовой... На основе анализа рынка услуг телефонной связи для целей передачи голосовой информации, в результате которого установлено, что функционально...		Доклад директора боу оо спо «Омкпт» Омской области о признании колледжа прошедшим государственную аккредитацию. В связи с переходом на бюджет Омской области и на основании...
	Доклад о результатах деятельности Санкт-Петербургского государственного... Публичный доклад о работе спб гб поу «Колледж электроники и приборостроения» (далее Колледж) в 2014-2015 учебном году содержит информацию...		Об учебной и производственной практике студентов гбоу спо ао «Амурский... Гбоу спо ао «Амурский областной колледж искусств и культуры» (далее – колледж), осваивающих основные профессиональные образовательные...

Колледж связи

Похожие: