Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
|
Новосибирская государственная академия водного транспорта Кафедра информационных систем Курсовая работа по дисциплине "Теория информационных процессов и систем" Выполнил: студент Минаев В.А. группа ИТ-31а Проверил: преподаватель Голышев Д.Н. Дата сдачи ___________________ Оценка ___________________ Подпись ___________________ Новосибирск, 2013 |
Содержание
Введение
Человек – активная часть природы. Добиваясь своих целей, человек использует природу, воздействует на нее, преобразует ее и себя. Без преувеличения можно сказать, что самыми важными и наиболее интересными для человечества являются вопросы о возможностях человека в его отношениях с природой, о способах реализации этих возможностей, о факторах, способствующих и препятствующих расширению этих возможностей. Даже основной вопрос философии – о соотношении материи и сознания – принадлежит к этому кругу вопросов.
Наиболее очевидные и обязательные из признаков системности: - это структурированность системы, взаимосвязанность составляющих ее частей, подчиненность организации всей системы определенной цели. По отношению к человеческой деятельности эти признаки и в самом деле очевидны, поскольку встречаются в практическом опыте большинства людей. Всякое осознанное действие преследует определенную цель. В любом действии легко увидеть его составные части, более мелкие действия. При этом легко убедиться, что эти составные части должны выполняться не в произвольном порядке, а в определенной последовательности. Это и есть та самая подчиненная определенной цели взаимосвязанность составных частей, которая и является признаком системности.
Всякая деятельность тем успешнее, чем выше уровень ее системности; неудачи вызваны недостаточной системностью. Выделяют три уровня системности труда: механизация, автоматизация, кибернетизация. Возможности механизации ограничены участием человека. Автоматизировать можно только алгоритмизируемые процессы. Кибернетизация включает в технологический процесс интеллект – естественный или искусственный – в тех случаях, когда алгоритмизация решаемой задачи затруднительна или невозможна.
Основная идея разрешения проблем, связанных со сложными системами, состоит в том, чтобы в тех случаях, когда автоматизация (т.е. формальная алгоритмизация) невозможна, использовать человеческую
способность, которая именно в таких случаях проявляется и которая называется интеллектом: способность ориентироваться в незнакомых условиях и находить решение слабоформализованных задач. При этом человек выполняет именно те операции в общем алгоритме, которые не поддаются формализации (например, экспертная оценка или сравнение многомерных и неколичественных вариантов, принятие управленческих решений, взятие на себя ответственности). Именно на этом принципе строятся автоматизированные (в отличие от автоматических)системы управления, в которых формализованные операции выполняют автоматы и ЭВМ, а неформализованные операции – человек.
Вариант задания:
Приобретение телевизора (в том числе предусмотреть процесс выбора модели и места покупки)
Цель работы:
Ознакомление с системообразующими свойствами систем, способами их классификации и мерами оценки сложности. Приобретение практических навыков по созданию комплекса взаимосвязанных моделей систем на основе методологии IDEF.
Задачи:
1.1 Закономерности систем
Целостность (интегративность, эмерджентность) проявляется в системе в виде возникновения новых качеств, не свойственных образующим ее компонентам, т.е свойства всей системы Q не являются простой суммой свойств ее элементов qi
Чем организованнее система, тем ее эмерджентность выше. Система находится всегда между крайними точками условной шкалы: абсолютная
целостность – абсолютная аддитивность.
Иерархичность (коммуникативность). Считается, что любая система представляет собой элемент некоторой надсистемы. Элементы исследуемой системы выступают как системы более низкого порядка. При этом существуют системы одного уровня с рассматриваемой. Предполагается, что целостность (эмерджентность) систем проявляется на каждом уровне их иерархии – возникают новые свойства.
Эквифинальность. Способность системы при любых начальных условиях переходить в некоторое финальное состояние (конечных состояний может быть несколько за время существования системы). Термин ввел австрийский биолог Людвиг фон Берталанфи (1901-1972 гг.). Эквифинальность объясняется опытом функционирования предшествующих во времени систем, испытывавших в своем развитии разные способы реагирования на воздействия окружающей среды.
Закон необходимого разнообразия. Его сформулировал английский психиатр Уильям Росс Эшби (1903-1972 гг.): управление может быть обеспечено только в том случае, если разнообразие управляющей системы по крайней мере не меньше, чем разнообразие объекта управления :
Историчность. Время является непременной характеристикой системы, поэтому каждая система исторична – имеет свой жизненный цикл, стадии проектирования, рождения, становления, расцвета, упадка и смерти.
Робастность. Способность системы сохранять частичную работоспособность при отказе отдельных элементов или подсистем.
Гомеостаз. От греч. «homois» – подобный, одинаковый и «stasis» – неподвижный, состояние. Термин ввел американский физиолог Уолтер Брэдфорд Кеннон (1871-1945 гг.). Это равновесное состояние какой-либо системы, сохраняемое путем ее противодействия нарушающим это равновесие внешним и внутренним факторам.
Гомеокинез От греч. «homois» – подобный, одинаковый и «kinetikos» – движение. Это состояние системы, при котором ее показатели, при отсутствии изменений внешней среды, колеблются около некоторого среднего положения, оставаясь в определенных рамках.
Закономерности формулировки целей. Зависимость формулировки цели от стадии познания объекта. В процессе развития представлений об объекте исследования цель может переформулироваться.
Зависимость формулировки цели от внутренних и внешних факторов. Теория управления техническими системами оперирует понятием
цели только по отношению к внешним факторам. В открытых системах при формулировке целей внутренние факторы являются такими же значимыми, как и внешние.
Возможность формулировки общей цели в виде структуры целей. Цель возникает вначале в виде некоторого размытого «образа». Четкое ее представление невозможно без детализации в виде некоторого набора взаимосвязанных подцелей. Достижение целей вышележащего уровня не может быть полностью обеспечено достижением подцелей.
1.2 Классификация систем
По типу элементов:
По характеру функционирования:
По отношению к окружающей среде:
По происхождению:
По типу описания закона функционирования:
По способу управления:
По вкладу человека-оператора:
По доминированию:
По степени организованности:
По разнообразию:
По критериям рассмотрения:
По размеру:
По поведению:
1.3 Оценка сложности
Теоретико-множественная концепция отождествляет сложность системы с числом ее элементов.
Топологическая сложность определяется исходя из структуры и связей системы. При линейном - сложность структуры будет оцениваться длинной структуры от входа до выхода.
Алгоритмическая сложность оценивается на основе длины алгоритма функционирования системы, причем она пропорциональна самому «худшему» тестовому набору данных.
Вычислительная сложность определяется программным кодом системы:
L = L1 + L2 + L3 + L4,
где:
Теоретико-информационная сложность связывает сложность системы с энтропией (мерой неопределенности).
,
где N – число состояний системы.
1.4 Модели систем
Любую систему можно с той или иной степенью достоверности смоделировать при помощи 4 типов моделей.
1.4.1 Модель типа «Черный ящик»
Система, которую представляют как «черный ящик», рассматривается как имеющая некий «вход» для ввода информации и «выход» для отображения результатов работы, при этом происходящие в ходе работы системы процессы наблюдателю неизвестны. Предполагается, что состояние выходов функционально зависит от состояния входов.
Каноническое представление чёрного ящика — это полное описание его функций. Два черных ящика с одинаковыми каноническими представлениями считаются эквивалентными.
Изучение системы по методу чёрного ящика сводится к наблюдениям за ней и проведению экспериментов по изменению входных данных, при этом в ходе наблюдения над реакциями системы на внешние воздействия достигается определённый уровень знаний об исследуемом объекте, позволяющий осуществлять прогнозирование поведения «чёрного ящика» при любых заданных условиях.
Рис. 1 Модель типа «Черный ящик»
1.4.2 Модель состава системы
Модель состава системы дает описание входящих в нее элементов и подсистем, но не рассматривает связей между ними. Части системы, состоящие более чем из одного элемента, называют подсистемами. При необходимости можно ввести обозначения или термины, указывающие на иерархию частей. В результате получается модель состава системы, описывающая из каких подсистем и элементов она состоит.
Рис.2 Модель состава системы
Каждая из отмеченных на рисунке составляющих системы является подсистемой со своим составом. Поэтому для этих подсистем также можно построить свои модели состава.
1.4.3 Модель структуры системы
Описание системы через совокупность необходимых и достаточных для достижения целей отношений между элементами называется моделью структуры системы. В данном случае речь идет о целевом (проблемном) анализе взаимосвязей между элементами, т.е. выделении из бесконечного числа связей необходимого и достаточного их количества в соответствии с имеющимися целями и дальнейшем их изучении.
1.4.4 Структурная схема системы
Объединение моделей «Черного ящика», «Состава» и структуры систем позволяет построить еще одну модель – «Структурная схема системы». В структурной схеме указываются все элементы системы, все связи между элементами внутри системы и связи отдельных элементов с окружающей средой (входы и выходы).
Структурная схема системы является наиболее подробной и полной моделью любой системы на данном этапе нашего познания. При этом всегда остается актуальным вопрос об адекватности этой модели, разрешаемый только на практике.
Рис. 3. Различные виды структур систем
1.5 Методологии IDEF
Взаимная совокупность методик и моделей концептуального проектирования IDEF разработана в США по программе Integrated Computer-Aided Manufacturing. В настоящее время имеются методики функционального, информационного и поведенческого моделирования и проектирования, в которые входят 10 IDEF-моделей, из которых в данной работе были построены лишь три:
Рассмотрим эти три методологии подробнее.
1.5.1 Методология IDEF0
Методология IDEF0 основана на следующих концептуальных положениях:
Модель - искусственный объект, представляющий собой отображение системы и ее компонентов. М моделирует А, если М отвечает на вопросы относительно А (М - модель, А - моделируемый объект). Модель разрабатывают для понимания, анализа и принятия решений о реконструкции (реинжиниринге) или проектировании новой системы.
Система представляет собой совокупность взаимосвязанных и взаимодействующих элементов, выполняющих некоторую полезную работу. Элементами системы могут быть любые комбинации разнообразных сущностей, включающих людей, информацию, программное обеспечение, оборудование, изделия, сырье или энергоносители.
Блочное моделирование и его графическое представление. Основной концептуальный принцип методологии IDEF - представление любой изучаемой системы в виде набора взаимодействующих и взаимосвязанных блоков, отображающих процессы, операции, действия, происходящие в изучаемой системе. В IDEF0 все, что происходит в системе и ее элементах, принято называть функциями. Каждой функции ставится в соответствие блок. На IDEF0-диаграмме, основном документе при анализе и проектировании систем, блок представляет собой прямоугольник. Связи, посредством которых блок взаимодействует с другими блоками или с внешней по отношению к моделируемой системе средой, представляются стрелками, входящими в блок или выходящими из него. Входящие стрелки показывают, какие условия должны быть одновременно выполнены, чтобы функция, описываемая блоком, осуществилась.
Строгость и формализм. Разработка моделей IDEF0 требует соблюдения ряда строгих формальных правил, обеспечивающих преимущества методологии в отношении однозначности, точности и целостности сложных многоуровневых систем.
Итеративное моделирование. Разработка модели в IDEF0 представляет собой итеративную процедуру. На каждом шаге итерации разработчик предлагает вариант модели, который подвергают обсуждению и последующему редактированию, после чего цикл повторяется.
Отделение «организации» от «функций». При разработке моделей следует избегать изначальной привязки функций исследуемой системы к существующей организационной структуре моделируемого объекта. Организационная структура должна явиться результатом использования модели.
1.5.2 Методология IDEF1X
IDEF1X является методом для разработки реляционных баз данных и использует условный синтаксис, специально разработанный для удобного построения концептуальной схемы.
Концептуальной схемой называется универсальное представление структуры данных в рамках коммерческого предприятия, независимое от конечной реализации базы данных и аппаратной платформы. Будучи статическим методом разработки, IDEF1X изначально не предназначен для динамического анализа по принципу "AS IS", тем не менее, он иногда применяется в этом качестве, как альтернатива методу IDEF1.
Использование метода IDEF1X наиболее целесообразно для построения логической структуры базы данных после того, как все информационные ресурсы исследованы (скажем с помощью метода IDEF1) и решение о внедрении реляционной базы данных, как части корпоративной информационной системы, было принято.
Однако не стоит забывать, что средства моделирования IDEF1X специально разработаны для построения реляционных информационных систем, и если существует необходимость проектирования другой системы, то лучше избрать другие методы моделирования.
1.5.3 Методология IDEF3
Методология IDEF3 (workflow diagramming) - это методология графического моделирования, предназначенная для описания и документирования информационных потоков в системе, в которой процессы выполняются в заданной последовательности, взаимоотношений между процессами обработки информации и объектами, являющихся частью этих процессов и участвующие совместно в одном процессе.
Основная цель разработчиков методологии IDEF3 - обеспечение специалиста (эксперта) предметной области инструментом структурного анализа, при помощи которого он сможет представлять знания о выполнении операций в системе или организации в целом. Это метод, обеспечивающий аналитикам возможность описать ситуацию, когда процессы выполняются в определенной последовательности, а также описать объекты, участвующие совместно в одном процессе.
Цель описания может состоять как в документальном оформлении и распространении знаний о процессе, так и в идентификации противоречивости или несовместимости выполнения отдельных операций. Техника описания набора данных IDEF3 является частью структурного анализа.
2.1 Закономерности системы
Целостность системы «печатать фотографий» выражается в том, что произвести печать можно лишь в случае согласованного функционирования элементов системы – клиент, пункты печати фотографии, сотрудников точек печати и курьеров.
Иерархичность заключается в том, что система «печатать фотографий» имеет несколько подсистем, например, сама печать фотографии является подсистемой. Надсистемой в данном случае является работа любых документов, фотографии и т.д.
Эквифинальность системы в том, что она имеет конечное состояние – фотографии распечатаны и эксплуатируется клиентом.
Закон необходимого разнообразия выражен необходимостью клиента учитывать различные факторы, имеющие отношение к печати, как выбор фотографии, время работы магазина, его услуги (цветные, ч\б, фото или проявление) и т.п.
Закономерности осуществимости, жизнеспособности и потенциальной эффективности выражаются в данной системе, т. к. можно дать качественную оценку результата – печать хороших фото, или же наоборот, фотографии плохие. Отсюда можно вывести закономерности жизнеспособности и потенциальной эффективности метода покупки: к примеру, послушать продавца-консультанта, или же почитать отзывы на сайте предприятий, результат будет разный.
Историчность системы безусловна, поскольку прослеживается определенный жизненный цикл: решение о печати, выбор фотографии, проявление негативов и т.д.
Робастность системы можно наблюдать в случае закрытия одного или нескольких точек печати фотографии, либо же в случае болезни нескольких полиграферов. В этом случае фотографии все равно будут напечатаны, пусть и в другой точке печати.
Зависимость представления о цели и формулировка цели от стадии познания объекта. Она проявляется следующим образом: сначала клиенту просто надоедает смотреть фотографии на электронном устройстве. На следующем этапе это желание превращается в желание распечатать фотографии, затем уточняются качество печати фотографии и цена, в зависимости от нужд и финансовых возможностей покупателя. Таким образом, цель изменяется от абстрактной «смотреть фото на электронном устройстве» в конкретную «печать выборочных фотографий N с определённым качеством фото в таком-то месте за Х рублей».
Зависимость цели от внутренних и внешних факторов. Очевидно, цель будет корректироваться в зависимости от нескольких факторов, к примеру, размер рамок для фото, или же цена печати, или необходимость именно в цветных фотографиях. Также на конечную покупку окажет влияние качество печати местных точек печати.
Возможно сведение задачи формирования общей цели к задаче структуризации цели. Общая цель – напечатать фото. Ее можно разбить на несколько подцелей, таких как
Способ представления структуры целей зависит от стадии познания объекта. Если сначала человек просто хочет распечатать несколько любимых фотографий, то в дальнейшем он придет к цели распечатать больше фотоь свой досуг¸ то в дальнейшем он придет к цели приобретения телевизора, причем структура целей будет меняться.
В рассмотренной структуре целей проявляются закономерности целостности, т.к. отдельно выбор места печати или выделение денежной суммы не осуществляют печать фото. Только достижение всех подцелей будет эмерджентным.
2.2 Классификация системы
1. По типу элементов. Процесс.
2.3 Сложность системы
По теоретико-множественной оценке сложности, рассматриваемая система является малой, она состоит из 8 элементов. (количество элементов меньше 1000)
Топологическая сложность определяется путем определения длины пути от начала до конца алгоритма. Таким образом, топологическая сложность данной системы равна 18. (см. рис 7)
Алгоритмическая сложность определяется длиной алгоритма при худшем наборе данных. Если в IDEF3-модели, изображенной на рисунке 7, пройти худший вариант (обойти пять магазинов из пяти возможных и выбрать модель в последнем магазине), то алгоритмическая сложность будет равна 42.
Вычислительную сложность примем равной алгоритмической, т.к. отсутствует программный код.
Теоретико-информационная сложность измеряется в битах, и равна
,
где N – число состояний системы. Таким образом, теоретико-информационная сложность будет равна бит.
2.4 Информационная модель на основе технологии IDEF1X
Была построена IDEF1X-модель (реляционная модель) рассматриваемоащсй системы. Она изображена на рис. 4
Рис. 4. IDEF1X-модель системы
Необходимые пояснения:
Клиент выбирает салон и делает заказ на фото.
2.5 Функциональная модель на основе технологии IDEF0
На следующем этапе была построена функциональная модель системы IDEF0.
Рис. 5. IDEF0-модель первого уровня
Уровень декомпозиции данной модели слишком низок, для более детального рассмотрения ее необходимо декомпозировать. Результат декомпозиции изображен на рис. 6.
Рис. 6. IDEF0-модель второго уровня
Входами модели являются:
Выход:
Исполнители здесь:
Нормы, правила:
Промежуточные выходы:
2.6 Модель на основе технологии IDEF3
На третьем этапе была построена модель процессов IDEF3. Она изображена на рис. 7. v
Рис. 7. IDEF3-модель
Заключение
В ходе выполнения курсовой работы была разработана модель системы «печать фото». Данная система была классифицирована и оценена с различных позиций.
Были построены три IDEF-модели данной системы, отражающие те или иные ее аспекты.
Список использованных источников