17159

Введення в курс кібернетики. Основні поняття

Лекция

Информатика, кибернетика и программирование

Лекція 1.Тема. Введення в курс. Основні поняття План 1. Основні системні поняття 2. Класифікація систем. 3. Динаміка системи 4. Кібернетичне моделювання Основні системні поняття Кібернетиканаука про загальні закономірності процесів керування та п...

Украинкский

2013-06-29

50 KB

0 чел.

Лекція 1.Тема. Введення в курс. Основні поняття

План

1. Основні системні поняття

2. Класифікація систем.

3. Динаміка системи

4. Кібернетичне моделювання

  1.  Основні системні поняття

Кібернетика-наука про загальні закономірності процесів керування та передачі інформації в машинах, живих організмів та в суспільстві.

Кібернетична система це безліч взаємозалежних об’єктів елементів системи здатних сприймати, запам'ятовувати й переробляти інформацію, а також обмінюватися інформацією. Система включає також зв'язку між елементами. Елементи й зв'язки між ними можуть мати властивості (показниками), кожне з яких може приймати деяку безліч значень. Приклади кібернетичних систем: автопілот, регулятор температури в холодильнику, ЕОМ, людський мозок, живий організм, біологічна популяція, людське суспільство.

Кожний елемент системи, у свою чергу, може бути системою, що стосовно   вихідної системи є підсистемою. У свою чергу, будь-яка система може бути підсистемою іншої системи, що стосовно   неї є надсистемою.

Середовищем даної системи називається система, що складається з елементів, не при належних цій системі.

Об’єднання двох систем є система, складена з елементів поєднуваних систем.

Перетинання двох систем є система, що складається з елементів, що належать одночасно

обом цим системам.

Об'єднання системи і її середовища називається система-универсум.

Перетинання системи і її середовища називається порожньою системою. Вона не містить жодного  елемента. Для того, щоб елементи системи могли сприймати, запам'ятовувати й переробляти інформацію, вони повинні мати мінливість, тобто міняти свої властивості. Говорять, що елемент може перебувати в різних станах. Кожний елемент характеризується набором показників. При зміні значення хоча б одного з показників елемент переходить в інший стан, тобто стан елемента визначається сукупністю конкретних значень показників елемента. Система в цілому також може розглядатися як елемент, вона характеризується своїми показниками й може переходити з одного стану в інше.

Показники можуть бути числовими й нечисловими. Числові показники можуть бути безперервними й дискретними. Нечислові показники звичайно виражають у вигляді числових, наприклад інтелект (коефіцієнт інтелекту), рівень знань студента (оцінка в балах), відношення однієї людини до іншого (соціологічні індекси).

Елемент може здійснювати вплив на інші елементи системи, змінюючи їхній стан. Для переходу елемента з одного стану в інше потрібна певна енергія. Якщо фізичний процес впливу одного елемента на іншій дає також енергію для перекладу в інший стан, то на другий елемент здійснюється енергетичний вплив. Якщо ж зазначений процес дає тільки відомості про стан  елемента, що впливає, а енергія для перекладу в інший стан елемента, на який спрямоване вплив, береться з іншого джерела, то на елемент здійснюється інформаційний вплив. Говорять, що перший елемент передає сигнал другому елементу.

Сигнал є повідомленням про стан елемента.

Надалі  ми будемо вживати термін "передача сигналу" замість "інформаційний вплив" і "вплив" замість "енергетичний вплив".

Стан елемента може з мимовільно, або в результаті сигналів і впливів, що надходять ззовні системи.

Повідомлення - це сукупність сигналів.

Сигнали, вироблювані елементами системи, можуть надходити за межі системи, у цьому випадку вони називаються вихідними сигналами системи. У свою чергу, на елементи можуть надходити сигнали ззовні системи, вони називаються вхідними. Аналогічним образом визначаються вхідні й вихідні впливи.

Структура системи - це сукупність її елементів і зв'язків між ними, по яких можуть проходити сигнали й впливи.

Входами називаються елементи системи, до яких прикладені вхідні впливи або на які надходять вхідні сигнали.

Вхідними показниками називаються ті показники системи, які змінюються в результаті вхідного впливу або сигналу.

Виходами називаються елементи системи, які здійснюють вплив або передають сигнал в іншу систему.

Вихідними показниками називаються ті показники системи, зміни яких викликають вихідний вплив або вихідний сигнал, або самі є таким впливом або сигналом.

2. Класифікація систем.

Класифікацію кібернетичних систем ми проведемо по двох критеріях: ступінь складності системи і її детермінованість.

По ступені складності системи бувають:

1. Прості.

2. Складні.

3. Надскладні.

До простого ставляться системи, що мають просту структуру й легко піддаються математичному опису, вони можуть бути реалізовані без використання ЕОМ.

Складними є системи, що мають багато внутрішніх зв'язків і складний математичний опис, реалізований на ЕОМ.

Надскладні системи не піддаються математичному опису.

Границі між зазначеними класами розмиті й можуть згодом  зміщатися, наприклад, удосконалювання математичного апарата й обчислювальної техніки дозволяє дати опис систем, для яких це раніше було неможливо, або складний опис зробити простим.

За другим критерієм системи діляться на детерміновані й імовірнісні. Всі можливі випадки виходять комбінуванням зазначених класів:

1. Прості детерміновані системи: - холодильник з регулятором;

- система розміщення верстатів у цеху;

- система автобусних маршрутів;

- сімейний бюджет;

- розклад занять факультету;

2. Складні детерміновані системи: -ЕОМ;

- кольоровий телевізор;

- складальний автоконвейер;

3. Надскладні детерміновані системи: - шахи.

4. Прості імовірнісні системи: - лотерея;

- система статистичного контролю продукції на підприємстві;

5. Складні імовірнісні системи:

- система матеріально-технічного постачання на підприємстві;

- система диспетчирування руху літаків поблизу великого аеропорту;

- система диспетчирування енергетичної системи Росії;

6. Надскладні імовірнісні системи:

- підприємство в цілому, включаючи всі його технічні, економічні, адміністративні,

соціальні характеристики; - суспільство;

- людський мозок.

У нашому курсі ми будемо цікавитися, головним чином, простими й складними системами, імовірнісними й детермінованими.

3. Динаміка системи

Стан системи - це сукупність значень її показників.

Всі можливі стани системи утворять її безліч станів. Якщо в цій безлічі визначене поняття близькості елементів, то воно називається простором станів.

рух(поводження) системи - це процес переходу системи з одного стану в інше, з нього в третє й т.д.

Якщо перехід системи з одного стану в інше відбувається без проходження яких-небудь проміжних станів, то система називається дискретної.

Якщо при переході між будь-якими двома станами система обов'язково проходить через

проміжний стан, то вона називається динамічної (безперервної).

Можливі наступні режими руху системи:

1) рівноважний, коли система перебуває увесь час у тому самому   стані;

2) періодичний, коли система через рівні проміжки часу проходить ті самі   стани;

Якщо система перебуває в рівноважному або періодичному режимі, то говорять, що вона перебуває в сталому або стаціонарному режимі.

3) перехідний режим - рух системи між двома періодами часу, у кожному з яких система перебувала в стаціонарному режимі;

4) аперіодичний режим система проходить деяку безліч станів, однак

закономірність проходження цих станів є більше складної, чим періодичні, наприклад, змінний період;

5)ергодичний режим - система проходить весь простір станів таким чином, що із часом  проходить скільки завгодно близько до будь-якого заданого стану.

Властивості об'єкта і його поводження залежать від того, яким образом ми його представляємо у вигляді системи. Наприклад, якщо повітря, що перебуває в цій кімнаті, представити у вигляді системи молекул, кожна з яких характеризується своїми координатами й швидкістю, то поводження такої системи буде ергодичне, якщо ж визначити його як систему, що складається з одного елемента, показниками якого є тиск і температура, те така система перебуває в рівноважному режимі.

Для всіх практичних завдань другий спосіб визначення системи переважніше. Ми одержуємо просту детерміновану систему, а в першому випадку - надскладну імовірнісну, котру ми не зможемо досліджувати, а якби  навіть змогли, то ніде б не використали отримані результати. Необхідно правильне визначення системи й при дослідженні економічних об'єктів, якими ми бажаємо управляти. Інструментом дослідження об'єктів для цілей вибору оптимальних способів керування є кібернетичне моделювання.

4. Кібернетичне моделювання

У процесі дослідження об'єкта часто буває недоцільно або навіть неможливо мати справа безпосередньо із цим об'єктом. Зручніше буває замінити його іншим об'єктом, подібним даному в тих аспектах, які важливі в даному дослідженні. Наприклад, модель літака продувають в аеродинамічній трубі, замість того, щоб випробовувати дійсний літак - це дешевше. При теоретичному дослідженні атомного ядра фізики представляють його у вигляді краплі рідини, що має поверхневий натяг, в'язкість і Т.П. Керовані об'єкти є, як правило, дуже складними, тому процес керування невіддільний від процесу вивчення цих об'єктів.

Модель-це  уявлена подумки або матеріально реалізована система, що, відображаючи або відтворюючи об'єкт дослідження, здатна заміщати його так, що її вивчення подає нову інформацію про цей об'єкт.

При моделюванні використається аналогія між об'єктом - оригіналом і його моделлю. Аналогії бувають наступними:

1) зовнішня аналогія (модель літака, корабля, мікрорайону, викрійка);

2) структурна аналогія (водогінна мережа й електромережа моделюються за допомогою графів, що відбивають всі зв'язки й перетинання, але не довжини окремих трубопроводів);

3) динамічна аналогія (по поводженню системи) - маятник моделює електричний коливальний контур;

Кібернетичні моделі ставляться до другого й третього типу. Для них властиво те, що вони реалізуються за допомогою ЕОМ. Зміст кібернетичного моделювання полягає в тім, що експерименти про водяться не з реальною фізичною моделлю об'єкта, а з його описом, що міститься на згадку ЕОМ разом із програмами, що реалізують зміни показників об'єкта, передбачені цим описом.

З описом роблять машинні експерименти: міняють ті або інші показники, Т.е. змінюють стан об'єкта й реєструють його поводження в цих умовах. Часте поводження об'єкта імітується в багато разів швидше, ніж насправді  , завдяки швидкодії ЕОМ. Кібернетичну модель часто називають імітаційною моделлю.

Формування опису об'єкта (його системний аналіз) є найважливішою ланкою кібернетичного моделювання. Спочатку досліджуваний об'єкт розбивається на окремі частини й елементи, визначаються їхні показники, зв'язки між ними й взаємодії (енергетичні й інформаційні). У результаті об'єкт виявляється представленим у вигляді системи. При цьому дуже важливо врахувати все, що має значення для того практичного завдання, у якій виникла потреба в кібернетичному моделюванні, і разом з тим не переускладнити систему.

Наступним етапом є складання математичних моделей ефективного функціонування об'єкта і його системної моделі. Потім виробляється програмування опису й моделей його функціонування.

Контрольні питання

1. Основні системні поняття

2. Класифікація систем.

3. Динаміка системи

4. Кібернетичне моделювання

Список літератури.

1. Іванов А.А. Теория автоматического управления и регулирования. М.: издательство «Недра», 1970, с. 252.

2. Я.З. Цыпкин «Основы теории автоматических систем». М.: «Наука», 1977, с. 560.

3. Фельдбаум А.А., Теоретические основы связи и управления. М.: «Наука», 1963, с. 240.

4. Понтрягин А.С., Математическая теория оптимальных процессов. М.: «Наука», 1961, с. 320.

5. Зубов В.И. Лекции по теории управления. М.: «Наука», 1975, с. 345.

6. Перегудовидр Ф.И. Информационные системы для руководителей. М.: Финансы и статистика, 1992, с. 168.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

60135. Нітрати. Вплив нітратів на організм людини 80.5 KB
  Мета: зясувати вплив нітратів на організм людини формувати в учнів науковий світогляд навички обговорення проблеми забруднення харчових продуктів хімічними речовинами формувати образно-логічне та екологічне мислення...
60136. Літературне свято «Поезія – це завжди неповторність» 65.5 KB
  Дорогі друзі! Сьогодні ми долучимося до високого Мистецтва – поетичного слова двох геніальних творців, таких різних у своїх творчих доробках, але таких близьких у поглядах на сучасність, суспільство. Ми відчинимо двері у дивовижно яскравий світ...
60138. Влияние шума на организм человека 256 KB
  Цель: дать определение шума; рассмотреть наиболее распространённые источники шума; показать влияние шума на живые организмы; доказать что культура поведения в школе эффективный путь борьбы с шумом...
60139. Позакласний захід-панорама до Дня української мови та писемності «Слово – найтонше доторкання до серця…» 144 KB
  Слайд 2 Рідна мова 1 читець Мово рідна Колискова материнська ніжна мово Мово сили й простоти Гей яка ж прекрасна Ти Слайд 3 2 читець Перше слово крик любові Сміх і радість немовляти: неповторне слово Мати про життя найперше...
60140. Засідання круглого столу: «Математики і лірики» 60 KB
  В свою чергу багато маткматиків віддали данину мазі поезії і навіть писали вірші поеми і романи. Мені хочеться багато писати і вчитися писати зізналась дівчина і ось через якісь цифри я не потраплю до університету.
60141. «Свіча запалена від серця» (загальношкільний виховний захід) 341.5 KB
  Слайд№ 1 Вчитель: Красиво і світло в нашій світлиці Квіти на вікнах стоять весняні. Гладить його по голові Слайд №2 Вчитель: Щовесни коли тануть сніги І на рясті просяє веселка Повні сил і живої снаги Ми вшановуєм память Шевченка.
60142. Ми тебе не забули, Тарасе! 476.5 KB
  Ведуча 1. 9 березня 1814 року народився Тарас Григорович Шевченко – великий поет України. Тарасе, наш Кобзарю, всюди Приходиш нині ти як свій Тебе вітають щиро люди На всій Україні моїй. Тарас вкраїнської землі Був найвірнішим сином.
60143. Классный час по профориентации: «Наш выбор» 156 KB
  Цели - расширить представления учащихся об различных профессиях; формировать позитивную оценку таких нравственных качеств, как целеустремленность, трудолюбие, скромность...