Модели и методы исследования информационных процессов и систем

1. Модели и методы исследования информационных процессов и систем

Модели и моделирование

2. Содержание презентации

1. Понятие и назначение информационной системы
(ИС)
2. Классификации ИС
3. Информационные процессы (ИП)
4. Методы моделирования
5. Моделирование
6. Модель
7. Применение
методов
моделирования
в
исследовании информационные процессов и систем
2

3. Модели и методы исследования информационных процессов и систем

Информационные процессы и
системы

4. Информационные процессы

Информационный процесс – это процесс взаимодействия
между двумя объектами материального мира, в
результате которого возникает информация.
Можно выделить следующие основные информационные
процессы:
• сбор информации,
• представление информации,
• обработка информации,
• хранение информации,
• передача информации.
Информационные процессы помогают анализировать
проблемы и создавать новые информационные
продукты.
4

5. Информационная система

Информационная система (ИС) – система хранения и
обработки информации. Включает:
1. большие наборы структурированной информации
некоторой предметной области;
2. аппаратно-программные средства;
3. человеческие ресурсы.
Тенденции развития современных информационных
технологий приводят к постоянному возрастанию
сложности ИС.

6. Назначение информационной системы

Информационная
система
предназначена
для
своевременного обеспечения людей надлежащей
информацией, то есть для удовлетворения конкретных
информационных потребностей в рамках определенной
предметной области.
Результатом функционирования информационных систем
является информационная продукция:
•документы
•информационные массивы
•базы данных
•информационные услуги

7.

8. Деление ИС по признаку структурированности решаемых задач

9. Качество информационной системы

Известно, что внедрение
информационной системы (ИС) на
предприятиях часто заканчивается
разочарованием заказчика в
исполнителях и в эффективности
информационных технологий в целом.
Одна из главных причин неудачных
внедрений - это слабая проработка
функционального проекта ИС. В
результате информационная система
оказывается в недостаточной степени
интегрирована в общую систему
управления компанией (СУ), оставаясь,
в лучшем случае дорогостоящим
калькулятором для ведения
управленческого и
регламентированного учёта.

10. Модели и методы исследования информационных процессов и систем

Понятие
«моделирование»

11. Методы моделирования

В современных исследованиях широко используются методы
моделирования. Суть их заключается в том, что реальные
объекты исследования, особенно если они недоступны или если
нельзя вмешиваться в их функционирование, заменяются
соответствующими моделями, пользуясь которыми можно
провести эксперимент, изучать их поведение при изменениях
параметров внешней и внутренней среды.
Моделирование в процессе исследований позволяет:
• исследовать механизм явлений;
• установить предельно допустимые (экстремальные) значения
параметров объекта;
• снизить затраты и обеспечить безопасность исследований;
• ускорить и сократить затраты на диагностику, разработку
вариантов доработки (улучшения) опытных образцов при их
проектировании
и
испытаниях
(сопровождающее
11
моделирование).

12. Роль моделей

Модели позволяют :
•понять и осмыслить структуру и поведение создаваемого
объекта,
•облегчить управление процессом создания объекта
•уменьшить возможный риск
• документировать принимаемые проектные решения.
Модель – это копия реального объекта, обладающая его
основными характеристиками и способная имитировать его
поведение.
Модель – это всегда упрощенное отражение объекта. Очень часто
необходимо намеренное упрощение действительности модели,
чтобы выделить главное, «отсечь» его от второстепенного,
случайного,
преходящего.
Можно
использовать
целую
совокупность моделей одного и того же объекта, каждая из
которых отличается степенью сложности и составом учитываемых
характеристик.

13. Многозначность понятия «моделирование»

Моделирование
область
знаний,
построением и изучением моделей;
связанная
с
Моделирование - процесс замены объекта его подходящей
копией – моделью;
Моделирование - метод изучения объекта, основанный на
построении и исследовании модели этого объекта с
последующим переносом полученных знаний на сам объект.

14. Виды моделирования

Можно выделить следующие виды моделирования:
информационное моделирование,
компьютерное моделирование,
математическое моделирование,
математико-картографическое моделирование,
цифровое моделирование,
логическое моделирование,
педагогическое моделирование,
психологическое моделирование,
статистическое моделирование,
структурное моделирование,
физическое моделирование,
экономико-математическое моделирование,
имитационное моделирование,
эволюционное моделирование и т.д.»
14

15. Информационная природа моделирования

Отметим информационную природу моделей, на которую
указывают
В.А.
Штофф,
С.И.
Архангельский,
Л.П. Крайзмер, А.Г. Потапков. При моделировании
информация об объекте (модель) способна замещать
этот объект, а изучение этой информации - давать новую
информацию о нем.
Моделирование как метод познания состоит в таком
представлении
первичной
информации
об
исследуемом объекте, который наиболее подходит для
получения по нему новой информации об объекте.

16. Моделирование

Моделирование
целостная,
взаимосвязанная
и
взаимообусловленная совокупность
логических операций познания (сравнение, классификация,
систематизация, обобщение, конкретизация, построение
умозаключений, идеализация (построение абстракций)),
приемов моделирования (наблюдение, анализ, синтез,
аналогия,
построение
гипотез,
формализация),
применяемых как к объекту при построении его модели,
так и к модели в ходе ее исследования, и
практических действий моделирования (построение модели,
оперирование с моделью (вычитание, сложение, дополнение
– работа с элементами модели, перестраивание и
видоизменение
модели),
реализация
модели,
экспериментирование,
интерпретация,
верификация,
замена модели)),
выполняемых с целью получения знаний об объекте.
16

17. Модели и методы исследования информационных процессов и систем

Понятие «модель»

18. Информация и модель

При моделировании информация может быть представлена
в сознании человека, и тогда он оперирует мысленными
моделями.
Если эта информация может быть формализована с
помощью образно-знаковых систем и доступна для
объективного рассмотрения, тогда мы имеем дело с
информационной моделью.
Если
мысленные
образы
фиксируются
в
виде
соответствующих материальных объектов, то мы оперируем
натурной моделью.

19. Модель

Модель – некоторый аналог (мысленный, материальный,
информационный) объекта, процесса, явления (оригинала),
который
1.проще изучаемого оригинала, но
2.сохраняет и отображает его существенные особенности с
точки зрения цели моделирования и
3.может помочь в изучении оригинала

20. Модель - инструмент

Модели
являются
достаточно
универсальным
инструментом
исследования.
При
разработке
исследовательских
моделей
нужно
знать
язык
современных моделей, а также основные требования к
процессу их разработки.

21.

Классификация моделей по форме представления
21

22. Функции моделей

22

23. Информационная модель

Большинство авторов определяют информационную
модель как информацию об объекте (процессе,
явлении).
Определим
информационную
модель
как
представление объекта посредством информации,
характеризующей существенные свойства этого
объекта,
формализованной
с
точки
зрения
цели
исследования
фиксируемой с помощью символов, знаков, образов
на каком-либо материальном носителе.

24. Информационные модели (образно-знаковые)

Графики функций
10
Y
5
0
-3
-2
-1
y1=x2-1
0
-5
-10
1
2
X
3
y2=x2+1
y=k*(y1/y2)
-15
Размер файла, Мбайт
Разрешение отпечатка, dpi
75
150
300
600
0,380
1,5
6
24
1,9
7,5
30
120
3,8
15
60
240
24

25. Информационные модели (знаковые)

Да на свете,
Говорят, царевна есть,
Что не можно глаз отвесть.
Днем свет божий затмевает,
Ночью землю освещает –
Месяц под косой блестит,
А во лбу звезда горит.
А сама- то величава,
Выступает, будто пава;
Сладку речь-то говорит,
Будто реченька журчит.
25

26. Модели

Статические модели описывают статические состояния, в
них не присутствует время в качестве независимой
переменной.
Динамические модели отражают поведение системы. В
них обязательно используется время.
Стохастические
и
детерминированные
модели
различаются в зависимости от учета случайных факторов.
В аналоговых моделях фазовые переменные —
непрерывные величины, в дискретных — дискретные, в
частном
случае
дискретные
модели
являются
логическими (булевыми), в них состояние системы и ее
элементов описывается булевыми величинами.
В некоторых случаях полезно применение смешанных
моделей,
в
которых
одна
часть
подсистем
характеризуется аналоговыми моделями, другая —
логическими.
26

27. Математические модели

Математическая модель – описание какого-либо
объекта с помощью математической символики.
Математическая модель играет особую роль с точки
зрения компьютерной реализации информационных
моделей. Чтобы решить задачу, построенная в той или
иной предметной области знаковая модель для ее
решения часто сводится к математической модели.
27

28.

Схема решения задач средствами моделирования и
вычислительной техники
28

29. Модели и методы исследования информационных процессов и систем

Работа с информационными
процессами и системами

30. Средства и методы исследования

В исследовании информационных процессов и систем главную
роль играют средства и методы исследования. Современная
наука имеет обширный и богатый арсенал таких методов. Но
успех исследования в значительной мере зависит от того, каким
образом, по каким критериям мы выбираем методы для
проведения того или иного конкретного исследования и в какой
комбинации мы используем эти методы.
Метод исследования – это способ получения информации
(снятия неопределенности в знаниях) об объекте управления,
его характеристиках, возможном их изменении при изменении
условий или состояния объекта исследования (системы
управления).
30

31. Виды информационного обогащения

Информация – это результат отражения одного объекта в
другом. При отражении создается модель системы, которая по
своему характеру является информационной. Однако наличия
только процесса отражения еще недостаточно для
формирования модели окружающего мира.
Информационный процесс при отражении должен обладать
свойством обогащения информации. Различают структурное,
статистическое, семантическое и прагматическое обогащение.
Структурное обогащение предполагает изменение параметров
сообщения, отображающих информацию, в зависимости от
частотного спектра исследуемого процесса, скорости
обслуживания источников информации и требуемой точности
отображения процесса.
31

32.

При статистическом обогащении осуществляется накопление
статистических данных, обработка выборок из генеральной
совокупности данных, вычисление дисперсии и прочее. Целью
статистического обогащения при передаче информации
является снижение избыточности исходных сообщений.
Семантическое обогащение означает минимизацию логической
формы
исчислений
и
высказываний,
выделение
и
классификацию понятий, содержание информации, переходной
от частных понятий к более общим. В итоге семантического
обогащения удается обобщенно представить обрабатываемую
либо передаваемую информацию и устранить логические
противоречия в ней.
Наиболее важной ступенью для принятия решений является
прагматическое обогащение информации, при котором из
полученной информации отбирается наиболее ценная,
отвечающая целям и задачам пользователя.
32

33. Моделирование

В современной практике проектирования ИС широко
применяются модели. Модели строятся для того, чтобы:
• понять и осмыслить структуру и поведение ИС,
• облегчить управление процессом создания ИС
• уменьшить возможный риск
• документировать принимаемые проектные решения.

34. Проектирование

Проектирование — это комплекс работ, выполняемых с
целью
получения
описаний
нового
или
модернизируемого объекта, достаточных для реализации
или изготовления объекта в заданных условиях.
Комплекс проектных работ включает в себя
теоретические и экспериментальные исследования,
расчеты,
конструирование.

35. Проектирование ИС

Под проектированием информационной системы
будем подразумевать процесс создания детального
описания
системы
с
учетом
требований,
предъявляемых к этой информационной системе.

36. Язык моделирования

Хорошие модели служат основой взаимодействия
участников
проекта
и
гарантируют
корректность
архитектуры.
Одним из факторов, от которых зависит успех проекта,
является
наличие
строгого
стандарта
языка
моделирования, включающего элементы модели:
фундаментальные концепции моделирования
их семантику
нотацию – визуальное представление элементов
моделирования
руководство по использованию языка – правила
применения его элементов в рамках построения тех или
иных типов моделей ПО

37. Модели и методы исследования информационных процессов и систем

Принципы моделирования

38. Принципы моделирования

1. Принцип компромисса между ожидаемой точностью
результатов
моделирования
и
сложностью
модели.
Возможность усложнения модели ограничивается ее
стоимостью и временем создания. Точность определяется
требованиями исследования и располагаемыми ресурсами. В
процессе
создания
модели
отыскивается
разумный
компромисс с использованием критерия «точность модели /
затраты на создание модели».
2. Баланс точности, отражает тот факт, что при сравнении
вариантов системы в процессе исследования желательно
стремиться к параллельному моделированию конкурирующих
вариантов проектируемой системы с оценкой разности или
отношения соответствующих показателей.
38

39. Принципы моделирования

3. Разнообразие элементов модели,
проведения конкретных исследований.
достаточное
для
4. Наглядность модели для исследователя и потребителя.
Согласно этому принципу, при прочих равных условиях,
модель, которая привычна, удобна, построена на
общепринятых терминах, обеспечивает, как правило, более
значительные результаты, чем менее удобная и наглядная.
5. Блочное представление модели. Связано с декомпозицией
системы. Блок можно исключить из рассмотрения, заменив
связью или упрощенным блоком, либо оставить, если он
существенен.
39

40. Принципы моделирования

6. Специализация моделей – это принцип, подтверждающий
целесообразность использования относительно малых,
условных подмоделей, предназначенных для анализа
функционирования системы в узком диапазоне условий,
возможность неформального суждения о системе в целом
по совокупности частных показателей, полученных на
условных моделях.
Последовательное объединение элементов описания в
блоке создает модель, удобную для программной
реализации и экспериментов.
Расчет должен производиться по наиболее простой модели,
включающей все неточные параметры описания.
40

41. Требования, предъявляемые к модели

1) она должна удовлетворять требованиям полноты,
адаптивности, обеспечивать возможность включения
достаточно широких изменений.
2) модель должна быть достаточно абстрактной, чтобы
допускать варьирование большим числом переменных.
3) модель должна удовлетворять требованиям и условиям,
ограничивающим время решения задачи.
4) модель должна ориентироваться на реализацию с
помощью существующих технических средств, т. е. должна
быть физически осуществима на данном уровне развития
техники с учетом ограничения конкретного предприятия,
выполняющего исследование, прогнозирование;
41

42. Требования, предъявляемые к модели

5) модель должна обеспечивать получение полезной
информации об объекте в плане поставленной задачи
исследования.
6) модель, по возможности, должна строиться с
использованием общепринятой терминологии;
7) модель должна предусматривать возможность проверки
истинности соответствия ее оригиналу, т. е. обеспечивать
проверку адекватности или верификацию;
8) модель должна обладать свойством робастности –
устойчивости по отношению к ошибкам в исходных данных.
42