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

76530. Цели и задачи обучения русскому языку. Структура и содержание курса русского языка в средней школе 29.5 KB
  Языковая часть курса в каждой теме представлена тремя компонентами: а сведения о языке подлежащие усвоению; б умения и навыки в области культуры речи языкового анализа практические умения общеучебные умения; в способ деятельности через учебник В структуре школьной программы по русскому языку выделяются два уровня: уровень программы в целом и уровень программы каждого класса. Структура программы в целом делится на органически связанные но самостоятельные программы для каждого класса. Структура программы второго уровня уровня каждого...
76531. Методическая система, содержание ее компонентов 53 KB
  Классификация Текучева основа: использование разных источников знаний: Рассказ или слово учителя; Беседа; Разбор; Наблюдение. Классификация Лидия Прокофьевна Федоренко основа: использование разных источников знаний 3 группы методов обучения. пунктуационный диктант контрольный контроль знаний и обучающие...
76534. Значение и место учебника по русскому языку. Анализ учебника русского языка 30 KB
  В этой книге излагаете материал в соответствии с программой по предмету. Цель использования учениками: получение необходимой информации приобретения комплекса умения и навыков Для учителя: источник методической системы который помогает определить методику работы на разных этапах усвоения учебного материала чему и как учить. Систематизирующую: материал представлен в системе усвоение по системе от простого к сложному. Весь теоретический материал может быть представлен в учебниках разными способами: дедукция способ мышления основой является...
76535. Закономерности усвоения родного языка и вытекающие из них принципы 34.5 KB
  Способность ребенка понимать отвлеченное лексическое значение слова в дальнейшем приводит его к пониманию слова как части речи. В какие сроки ребенокдошкольник овладевает указанными выше фактами языка и овладевает ли зависит от того как его обучают речи каков развивающий потенциал языковой среды в которой он растет а самое главное имеет ли он возможность усваивать грамматические и лексические значения родного языка синхронно в нужных пропорциях. Письменная речь усваивается если ее опережает развитие устной речи если она является как...
76536. Упражнения по русскому языку и их виды 27.5 KB
  Приступа по критериям: Упражнение зависит от характера мыслительной деятельности учащихся аналитической и тдОт времени выполненияОт последовательности связано с этом усвоения языкового материала: 1. Пропедовтическиеподготовка к восприятию нового материала ок цент на изучаемую единицу;Иллюстративные наиболее ярко показать примеры тех языковых фактов которые разбираются на уроке;Закрепительные закрепление теоретических сведения: постоянно воспроизведение существенных признаков изучаемого материала.
76537. Методы и приемы обучения русскому языку 40 KB
  Метод - способы взаимодействия учителя и ученика, направленные на достижение положительных результатов обучения. Положительные результаты - достижение цели. Действия: учение и обучение. Классификация Дубникова (основа: характеристика способов мышления - индукция(от частного к общему) и дедукция)
76538. Диктант как метод обучения и форма контроля 32 KB
  Диктант как метод обучения и форма контроля. Среди упражнений с помощью которых происходит формирование умений и навыков используется списывание простое и осложненное обучающие диктанты а также упражнения творческого характера: конструирование словосочетаний и предложений изложения и сочинения малых форм; разные виды грамматического разбора. В методике разработаны различные виды обучающих диктантов. Диктант с карточками удобен на первых этапах закрепления: дети записывают слова поднимая карточку с изучаемой орфограммой что позволяет...