3. ОБЪЕМ ДИСЦИПЛИНЫ И ВИДЫ УЧЕБНОЙ РАБОТЫ
Объём дисциплины (в часах) и виды учебной работы
Виды занятий
|
Объем дисциплины, час
|
Название специальностей
|
Информационные технологии в образовании – очная форма обучения
|
Информационные системы – очная форма обучения
|
Всего
|
Семестры
|
Всего
|
Семестры
|
Общая трудоемкость
|
119
|
|
119
|
|
Аудиторные занятия:
Лекции (Л)
Семинары (С) и/или Практические занятия (ПЗ)
Лабораторные работы (ЛР)
|
52
16
-
36
|
7
7
|
50
30
-
20
|
8
8
|
Самостоятельная работа
|
67
|
|
67
|
|
Контрольная работа
|
-
|
|
2
|
|
Эссе
|
-
|
|
-
|
|
Реферат
|
-
|
|
-
|
|
Курсовой проект
|
-
|
|
-
|
|
Домашнее задание и т.д.
|
-
|
|
-
|
|
Форма итогового контроля
|
Экзамен
|
7
|
Зачет
|
8
| 4. РАБОЧАЯ ПРОГРАММА ДИСЦИПЛИНЫ
Программа составлена в соответствии с Государственным образовательным стандартом высшего профессионального образования по специальности 230202.65 – Информационные технологии в образовании и направлению подготовки бакалавров 230200.62 – Информационные системы (Приложение 1).
Программа составлена на основе рабочих учебных планов специальности 230202.65 и направления подготовки 230200.62 и примерной рабочей программы по дисциплине «Моделирование систем».
4.1 Организационно – методический раздел:
Рабочая программа учебной дисциплины «Моделирование систем» определяет ее содержание, структуру и объем часов. Разработана в соответствии с требованиями Государственного образовательного стандарта высшего профессионального образования и предназначена для обучения студентов специальности «Информационные технологии в образовании» и направления подготовки бакалавров «Информационные системы».
Дисциплина «Моделирование систем» является общепрофессиональной дисциплиной Государственного образовательного стандарта высшего профессионального образования специальности «Информационные технологии в образовании» и направления подготовки бакалавров «Информационные системы».
Цель дисциплины «Моделирование систем» – сформировать у студентов систему знаний о современных методах (информационных, математических и алгоритмических) моделирования информационных систем, способах построения моделей и их компьютерной реализации и получение навыков проектирования моделей и имитационного моделирования информационных систем. Достижение поставленной цели предусматривает последовательное решение следующих задач:
дать обучаемым теоретическую подготовку в объеме, необходимом для реализации ими своей профессиональной деятельности;
формирование у обучаемых системы практических навыков работы;
развить у обучаемых умение видеть и решать проблемы, возникающие в сфере своей профессиональной деятельности.
Дисциплина способствует решению практических типовых задач профессиональной деятельности выпускника по направлению «Информационные системы», подготовленного для выполнения одного или нескольких видов деятельности:
в научно-исследовательской области;
в области преподавания.
Предметом дисциплины являются современные методы моделирования информационных систем.
Изучение данной дисциплины осуществляется на основе знаний, приобретённых студентами ранее, в ходе изучения дисциплин «Основы программирования», «Теория информационных процессов и систем», «Информационные технологии», «Информационные сети» и других учебных дисциплин естественно - научного цикла и тесно координируется с освоением таких учебных дисциплин как «Основы теории управления» и «Информационные системы в управлении учебным процессом».
В результате изучения содержания учебной дисциплины «Моделирование систем» и реализации в процессе обучения требований по обеспечению профессионально-прикладной направленности, а также самостоятельной работы студенты должны:
знать:
- основные понятия теории моделирования;
- классификацию видов моделирования;
- математические методы моделирования информационных процессов и систем;
уметь:
- выполнять планирование имитационных экспериментов с моделями;
- выполнять формализацию и алгоритмизацию информационных процессов;
- выполнять статистическое моделирование на ЭВМ;
владеть навыками:
- построения моделирующих алгоритмов;
- анализа и интерпретации результатов моделирования на ЭВМ;
- оценки точности и достоверности результатов моделирования;
- имитационного моделирования информационных систем и сетей.
иметь представление:
- об имитационных моделях информационных процессов;;
- о концептуальных моделях информационных систем;
- о логической структуре моделей;
- об инструментальных средствах;
- о языках моделирования.
4.2 Содержание разделов и тем учебной дисциплины
4.2.1 Наименование и краткое содержание тем
Введение. Основные понятия теории моделирования
Основные понятия теории моделирования, термины и определения. Предмет курса, цели и задачи дисциплины. Моделирование как метод научного познания. Использование моделирования при исследовании и проектировании и сложных систем.
Раздел 1. Классификация видов моделирования; логическая структура
моделей
Тема 1. Основные понятия
Принципы системного подхода в моделировании систем. Понятие системы. Виды систем. Основные характеристики системы. Структура системы. Цели и задачи системы. Связи в системе и их виды. Окружающая среда и ее воздействие на систему. Процесс синтеза модели на основе классического и системного подходов.
Общая характеристика проблемы моделирования систем. Аналогия; эксперимент. Характеристики моделей систем. Цели моделирования систем.
Классификация видов моделирования. Классификационные признаки. Математическое моделирование. Реальное моделирование; натурное моделирование; физическое моделирование. Кибернетическое моделирование.
Понятие модели; виды моделей. Основные свойства моделей. Имитационные модели информационных процессов.
Тема. 2. Математические схемы моделирования систем
Основные подходы к построению математических моделей систем. Математические схемы. Формальная модель объекта. Типовые схемы. Математические методы моделирования информационных процессов и систем. Логическая структура моделей.
Непрерывно-детерминированные модели (D-схемы). Основные соотношения. Системы автоматического управления (САУ). Пример одноканальной САУ.
Дискретно-детерминированные модели (F-схемы). Основные соотношения. Конечный автомат. F-автомат Мили; F-автомат Мура. Примеры F-автомата Мура.
Дискретно-стохастические модели (P-схемы). Основные соотношения. Вероятностный автомат. P-автомат Мили; P-автомат Мура. Y-детерминированный вероятностный автомат. Z-детерминированный вероятностный автомат. Примеры.
Непрерывно-стохастические модели (Q-схемы). Основные соотношения. Потоки событий. Однородные потоки; неоднородные потоки; случайные потоки. Задание Q-схемы. Приоритеты в Q-схемах.
Сетевые модели (N-схемы). Сети Петри. Графическое изображение N-схемы. Примеры.
Комбинированные модели (А-схемы). Основные соотношения. Примеры.
Раздел 2. Основы моделирование информационных процессов и систем
Тема. 3. Концептуальные модели систем. Формализация и алгоритмизация систем
Методологические аспекты моделирования. Требования пользователя к модели. Этапы моделирования систем.
Концептуальные модели информационных систем. Построение концептуальных моделей. Переход от концептуальной модели к блочной. Математические модели процессов. Подэтапы построения концептуальной модели системы и ее формализации.
Формализация и алгоритмизация информационных процессов. Формы представления моделирующих алгоритмов. Схемы алгоритмов, программ, данных и систем. Подэтапы алгоритмизации и машинной реализации модели.
Получение и интерпретации результатов моделирования систем. Особенности получения результатов моделирования. Планирование имитационных экспериментов с моделями. Определение требований к вычислительным средствам. Проведение рабочих расчетов на ЭВМ. Анализ и интерпретация результатов моделирования на ЭВМ. Подведение итогов моделирования. Составление технической документации.
Тема 4. Построение моделирующих алгоритмов
Построение моделирующих алгоритмов. Численные методы интегрирования дифференциальных уравнений. Метод Эйлера. Уточненный метод Эйлера. Метод Рунге-Кутты. Итерационные методы. Точность и затраты. Компьютерные схемы реализации в приложениях.
Принципы построения моделирующих алгоритмов. Принцип t. Принцип z. Принцип "Особых состояний". Принцип "Последовательной проводки заявок".
Тема 5. Инструментальные средства моделирования
Языки моделирования. Классификация языков моделирования. Архитектура языков моделирования. Требования к языкам имитационного моделирования. Сравнительный анализ языков имитационного моделирования. Выбор языка моделирования системы.
Среды и системы моделирования. Вычислительная среда модели. Аналоговые, натурные, гибридные среды. Моделирование при исследованиях и проектировании; перспективы развития машинного моделирования сложных систем.
Визуальные среды и средства имитационного моделирования информационных процессов.
Гибридные моделирующие комплексы (ГМК). Варианты построения ГМК.
Выбор системы моделирования. Факторы, определяющие выбор системы моделирования,
Раздел 3. Статистическое моделирование систем на ЭВМ
Тема № 6. Схема и метод статистического моделирования
Статистическое моделирование систем на ЭВМ. Сущность метода статистического моделирования. Примеры статистического моделирования. Метод Монте-Карло.
Способы генерации случайных чисел. Датчики и генераторы случайных чисел. Требования к генератору случайных чисел. Конгруэнтные процедуры генерации псевдослучайных последовательностей. Мультипликативный метод. Смешанный метод. Оценка качества датчика случайных чисел.
Моделирование случайных событий. Моделирование дискретных случайных величин. Моделирование непрерывных случайных величин. Моделирование случайных векторов.
Процедура имитационного моделирования методом Монте-Карло. Возможности метода статистического моделирования и его точность.
Тема 7. Статистическое моделирование в Microsoft Excel
Использование встроенных функций MS Excel для статистического моделирования. Использования инструмента Генератор случайных чисел.
Обработка статистических результатов. Оценка связности параметров модели. Оценка точности достоверности результатов моделирования.
Раздел 4. Планирование машинных экспериментов. Обработка и анализ результатов моделирования систем
Тема 8. Планирование машинных экспериментов с моделями систем
Методы теории планирования экспериментов. Машинный эксперимент. Основные понятия планирования эксперимента. Факторы, факторное пространство, факторный эксперимент. Виды планов экспериментов. Планирование имитационных экспериментов с моделями.
Стратегическое планирование машинных экспериментов с моделями систем. Проблемы стратегического планирования. Этапы стратегического планирования. Примеры.
Тактическое планирование машинных экспериментов с моделями систем. Проблема определения начальных условий и их влияния на достижение установившегося результата при моделировании. Проблема обеспечения точности и достоверности результатов моделирования. Проблема уменьшения дисперсии оценок характеристик процесса функционирования моделируемых систем. Проблема выбора правил автоматической остановки имитационного эксперимента с моделями системы.
Тема 9. Обработка и анализ результатов моделирования систем
Особенности фиксации и статистической обработки результатов моделирования систем на ЭВМ Особенности машинных экспериментов. Методы оценки. Статистические методы обработки. Задачи обработки результатов моделирования. Критерии согласия
Анализ и интерпретация результатов машинного моделирования. Корреляционный анализ результатов моделирования. Регрессионный анализ результатов моделирования. Дисперсионный анализ результатов моделирования.
Обработка результатов машинного эксперимента при синтезе систем. Особенности машинного синтеза. Оценка результатов моделирования системы.
Раздел 5. Имитационное моделирование в системе GPSS World
Тема 10. Система GPSS World и язык GPSS
Структура и запуск GPSS World. Главное меню системы GPSS World и его элементы. Панель инструментов GPSS World. Окно исходной модели.
Основы моделирования в системе GPSS World. Типы данных. СЧА объекта. Блоки и транзакты. Переменные и функции. Часы модельного времени. Управления продолжительностью моделирования. Операторы и функции. Вычислительные выражения. Блоки языка GPSS.
Тема 11. Имитационное моделирование в GPSS World
Основные этапы моделирования в системе GPSS World. Постановка задачи и выявление основных особенностей модели. Создание имитационной модели процесса. Моделирование системы. Отладка модели. Снимки и динамические окна. Инициализация элементов
Моделирование в интерактивном режиме. Создание имитационной модели. Транслирование модели. Открытие диалогового окна BLOCK ENTITIES. Моделирование системы. Отладка модели.
Моделирование непроизводственных систем. Моделирование систем массового обслуживания.
Заключение. Имитационное моделирование информационных систем
и сетей
Методы реализации информационных систем, применяющих в своем составе средства моделирования. Имитационное моделирование информационных систем и сетей. Перспективы развития машинного моделирования сложных систем.
4.2.2 Распределение часов по темам и видам работ
Для специальности 230202.65 – Информационные технологии в образовании
Номера и наименования
разделов и тем
|
Всего учебн. часов
|
в т.ч. аудиторн. занятий
|
из них по видам учебных
занятий
|
Самостоятельная
работа
|
Лекции
|
Лаб. работы
|
1
|
2
|
3
|
4
|
5
|
6
|
Введение. Основные понятия теории моделирования
|
4
|
-
|
-
|
-
|
4
|
| |
