26813

Методы и модели описания систем. Качественные методы описания систем

Шпаргалка

Информатика, кибернетика и программирование

Однако позднее обязательное требование явно выраженных временных координат было снято и сценарием стали называть любой документ содержащий анализ рассматриваемой проблемы или предложения по ее решению по развитию системы независимо от того в какой форме он представлен. Таким образом сценарий помогает составить представление о проблеме а затем приступить к более формализованному представлению системы в виде графиков таблиц для проведения экспертного опроса и других методов системного анализа. Основная идея морфологических методов –...

Русский

2013-08-18

175.47 KB

31 чел.

Билет 22

2. Методы и модели описания систем. Качественные методы описания систем.

Методы описания систем классифицируются в порядке возрастания степени их формализованности, т.е. от качественных методов, с которыми в основном и связан был первоначально системный анализ, до количественного системного моделирования с применением компьютеров. Разделение методов на качественные и количественные носит, конечно, условный характер.

     В качественных методах основное внимание уделяется организации постановки задачи, новому этапу ее формализации, формированию вариантов, выбору подхода к оценке вариантов, использованию опыта человека, его предпочтений, которые не всегда могут быть выражены в количественных оценках.

     Количественные методы связаны с анализом вариантов, с их количественными характеристиками корректности, точности и т. п. Для постановки задачи эти методы не имеют средств, почти полностью оставляя осуществление этого этапа за человеком.

Методы типа мозговой атаки. Концепция «мозговой атаки» получила широкое распространение с начала 50-х годов как метод систематической тренировки творческого мышления, нацеленный на открытие новых идей и достижение согласия группы людей на основе интуитивного мышления. Методы этого типа известны также под названиями «мозговой штурм», «конференция идей», а в последнее время наибольшее распространение получил термин «коллективная генерация идей» (КГИ). Обычно при проведении мозговой атаки или сессий КГИ стараются выполнять определенные правила, суть которых:

  1.  обеспечить как можно большую свободу мышления участников КГИ и высказывания ими новых идей;
  2.  приветствуются любые идеи, если вначале они кажутся сомнительными или абсурдными (обсуждение и оценка идей производится позднее);
  3.  не допускается критика, не объявляется ложной и не прекращается обсуждение ни одной идеи;
  4.  желательно высказывать как можно больше идей, особенно нетривиальных.

     Подобием сессий КГИ можно считать разного рода совещания – конструктораты, заседания научных советов по проблемам, заседания специально создаваемых временных комиссий и другие собрания компетентных специалистов.

Методы типа сценариев. Методы подготовки и согласования представлений о проблеме или анализируемом объекте, изложенные в письменном виде, получили название сценария. Первоначально этот метод предполагал подготовку текста, содержащего логическую последовательность событий или возможные варианты решения проблемы, развернутые во времени. Однако позднее обязательное требование явно выраженных временных координат было снято, и сценарием стали называть любой документ, содержащий анализ рассматриваемой проблемы или предложения по ее решению, по развитию системы независимо от того, в какой форме он представлен. Как правило, предложения для подготовки подобных документов пишутся вначале индивидуально, а затем формируется согласованный текст. На практике по типу сценариев разрабатывались прогнозы в некоторых отраслях промышленности. В настоящее время разновидностью сценариев можно считать предложения к комплексным программам развития отраслей народного хозяйства, подготавливаемые организациями или специальными комиссиями.

Сценарий является предварительной информацией, на основе которой проводится дальнейшая работа по разработке вариантов проекта. Он может быть подвергнут анализу, чтобы исключить из дальнейшего рассмотрения то, что в учитываемом периоде находится на достаточном уровне развития, если речь идет о прогнозе, или, напротив, то, что не может быть обеспечено в планируемом периоде, если речь идет о проекте. Таким образом, сценарий помогает составить представление о проблеме, а затем приступить к более формализованному представлению системы в виде графиков, таблиц для проведения экспертного опроса и других методов системного анализа.

Методы экспертных оценок. Термин «эксперт» происходит от латинского слова означающего «опытный». При использовании экспертных оценок обычно предполагается, что мнение группы экспертов надежнее, чем мнение отдельного эксперта.

Все множество проблем, решаемых методами экспертных оценок, делится на два класса. К первому относятся такие проблемы, в отношении которых имеется достаточное обеспечение информацией. При этом методы опроса и обработки основываются на использовании принципа «хорошего измерителя», т. е. эксперт – качественный источник информации; групповое мнение экспертов близко к истинному решению. Ко второму классу относятся проблемы, в отношении которых знаний для уверенности в справедливости указанных гипотез недостаточно. В этом случае экспертов уже нельзя рассматривать как «хороших измерителей» и необходимо осторожно подходить к обработке результатов экспертизы во избежание больших ошибок. В литературе в основном рассматриваются вопросы экспертного оценивания для решения задач первого класса.

Методы типа «Дельфи». Суть метода Дельфи заключается в следующем. В отличие от традиционного подхода к достижению согласованности мнений экспертов путем открытой дискуссии метод Дельфи предполагает полный отказ от коллективных обсуждений. Это делается для того, чтобы уменьшить влияние таких психологических факторов, как присоединение к мнению наиболее авторитетного специалиста, нежелание отказаться от публично выраженного мнения, следование за мнением большинства. В методе Дельфи прямые дебаты заменены тщательно разработанной программой последовательных индивидуальных опросов, проводимых обычно в форме анкетирования. Ответы экспертов обобщаются и вместе с новой дополнительной информацией поступают в распоряжение экспертов, после чего они уточняют свои первоначальные ответы. Такая процедура повторяется несколько раз до достижения приемлемой сходимости совокупности высказанных мнений. Результаты эксперимента показали приемлемую сходимость оценок экспертов после пяти туров опроса.

Методы типа дерева целей. Идея метода дерева целей впервые была предложена Черчменом в связи с проблемами принятия решений в промышленности. Термин «дерево целей» подразумевает использование иерархической структуры, полученной путей разделения общей цели на подцели, а их, в свою очередь, на более детальные составляющие – новые подцели, функции и т. д. Как правило, этот термин используется для структур, имеющих отношение строгого древесного порядка, но метод дерева целей используется иногда и применительно к «слабым» иерархиям, в которых одна и та же вершина нижележащего уровня может быть одновременно подчинена двум или нескольким вершинам вышележащего уровня.

Морфологические методы. Основная идея морфологических методов – систематически находить все «мыслимые» варианты решения проблемы или реализации системы путем комбинирования выделенных элементов или их признаков.

Методика системного анализа. Методики, реализующие принципы системного анализа в конкретных условиях, направлены на то, чтобы формализовать процесс исследования системы, процесс поставки и решения проблемы. Методика системного анализа разрабатывается и применяется в тех случаях, когда у исследователя нет достаточных сведений о системе, которые позволили бы выбрать адекватный метод формализованного представления системы.

Общим для всех методик системного анализа является формирование вариантов представления системы (процесса решения задачи) и выбор наилучшего варианта. Положив в основу методики системного анализа эти два этапа, их затем можно разделить на подэтапы.

Например, первый этап можно разделить следующим образом:

1. Отделение (или ограничение) системы от среды.

2. Выбор подхода к представлению системы.

3. Формирование вариантов (или одного варианта — что часто делают, если система отображена в виде иерархической структуры) представления системы.

Второй этап можно представить следующими под этапами:

1. Выбор подхода к оценке вариантов.

2. Выбор критериев оценки и ограничений.

3. Проведение оценки.

4. Обработка результатов оценки.

5. Анализ полученных результатов и выбор наилучшего варианта (или корректировка варианта, если он был один).

     В настоящее время трудно привести примеры методик, в которых все этапы были бы проработаны равноценно.

3.

4.Древовидная структура доменных имен.

Числовая IP-адресация не неудобна для человека. Запомнить наборы цифр гораздо труднее, чем слова. Для облегчения стали использовать соответствия числовых адресов именам машин.По мере роста сети стало затруднительным поддерживать большие списки имен на каждом компьютере. Для того, что бы решить эту проблему, были придумана служба DNS. Система доменных адресов строится по иерархическому принципу. Администрирование начинается с доменов верхнего, или первого, уровня.

Первые домены верхнего уровня были рассчитаны на США: gov - государственные организации, edu - образовательные учреждения, com - коммерческие организации и т.д. Позднее, когда сеть перешагнула национальные границы США появились национальные домены типа: uk - Объединенное королевство, au – Австралия, ru - Россия и т.п.

Вслед за доменами первого уровня следуют домены, либо географические (kazan.ru, tatarstan.ru), либо организации (kstu.ru). Далее идут домены третьего уровня, например: efir.kazan.ru , ipm.kstu.ru

Систему доменной адресации можно представить следующим образом:

Дерево доменных имен.

5. Базовые понятия моделирования (определение модели, адекватность и точность, процесс моделирования, функции и цели моделирования, моделирование и научный эксперимент).

Модель физического или технического объекта, процесса или системы – это упрощенное их представление в форме отличной от формы их реального существования, сохраняющее с некоторой точностью те их свойства, характеристики и параметры, которые интересуют исследователя.

2. Зачем нужна замена реального объекта моделью? (Копия хуже оригинала)

Экспериментировать с физическим объектом может быть  а) дорого; б) долго; в) неудобно – объект находится в рабочем режиме - невозможно практически проверить все необходимые гипотезы и допущения; г)  опасно.

Моделирование - метод исследования систем на основе переноса изучаемых свойств системы на объекты другой природы.

  1.  Перенос – три ключевых фактора:
  2.  Отбор существенных факторов и их оценка. Какие свойства? Как их оценить количественно и качественно?
  3.  Целостность - Как они связаны внутри? Как они взаимодействуют с внешней средой?
  4.  Адаптация - Как они существуют исторически? И т.д.
  5.  Вечное балансирование – перед болотами пере усложнения и … пере упрощения (Беллман Р. Динамическое программирование)

Различают:

  1.  гомоморфные и
  2.  изоморфные модели.

Гомоморфизм отображение части свойств оригинала на модель.

Изоморфизм взаимно однозначное отображение соответствие между оригиналом и моделью в области изучаемых свойств.

Процесс моделирования – это весь процесс от постановки задачи до внедрения результатов моделирования.

Функции моделей

Модель может применяться в качестве:

  1.  средства осмысления действительности;
  2.  средства общения;
  3.  средства обучения и тренировки;
  4.  инструмента прогнозирования;
  5.  средства постановки экспериментов.

Цель моделирования понять и изучить качественную и количественную природу явления, отразить существенные для исследования черты явления (объекта, системы, процесса) в пригодной для использования в практической деятельности форме.

Моделирование часто сравнивается с альтернативным методом изучения действительности: методом научных экспериментов.

В сравнении с методом научного эксперимента достоинствами метода моделирования являются:

  1.  универсальность,
  2.  меньшая стоимость (как правило)
  3.  меньшая продолжительность во времени (например, для экономических моделей).

Недостатками являются:

  1.  трудности построения адекватной модели и оценки ее точности,
  2.  сбор большого количества достоверной информации (в реальной системе они уже есть!!!),
  3.  не целостность модели (любой объект это не просто сумма элементов, а система!!!)

Обычно объектом (лат. objection - предмет) называют некоторую обособленную (инкапсулированную) сущность, обладающую определенными свойствами. Свойствами объекта проявляются при взаимодействии с другими объектами, т.е. при взаимодействии его со средой

Другими словами, модель (лат. modulus — мера) — это объект-заместитель объекта-оригинала, обеспечивающий изучение некоторых свойств оригинала

Определение моделирования. Замещение одного объекта другим с целью получения информации о важнейших свойствах объекта-оригинала с помощью объекта-модели называется моделированием.

Если результаты моделирования подтверждаются и могут служить основой для прогнозирования процессов, протекающих в исследуемых объектах, то говорят, что модель адекватна объекту. При этом адекватность модели зависит от цели моделирования и принятых критериев.

Точность – степень соответствия. Физическое моделирование, при котором модель и моделируемый объект а) представляют собой реальные объекты или процессы в) единой или различной физической природы, причем между процессами в объекте-оригинале и в модели в) выполняются некоторые соотношения подобия, вытекающие из схожести физических явлений;

6. Модели серверов баз данных

В период создания первых СУБД технология «клиент-сервер» только зарождалась. Поэтому изначально в архитектуре систем не было адекватного механизма организации взаимодействия процессов типа «клиент» и процессов типа «сервер». В современных же СУБД он является фактически основополагающим и от эффективности его реализации зависит эффективность работы системы в целом.

Рассмотрим эволюцию типов организации подобных механизмов. В основном этот механизм определяется структурой реализации серверных процессов, и часто он называется архитектурой сервера баз данных.

Первоначально, как мы уже отмечали, существовала модель, когда управление данными (функция сервера) и взаимодействие с пользователем были совмещены в одной программе. Это можно назвать нулевым этапом развития серверов БД.

Затем функции управления данными были выделены в самостоятельную группу — сервер, однако модель взаимодействия пользователя с сервером соответствовала парадигме «один-к-одному» (рис. 10.8), то есть сервер обслуживал запросы только одного пользователя (клиента), и для обслуживания нескольких клиентов нужно было запустить эквивалентное число серверов.

Выделение сервера в отдельную программу было революционным шагом, который позволил, в частности, поместить сервер на одну машину, а программный интерфейс с пользователем — на другую, осуществляя взаимодействие между ними по сети. Однако необходимость запуска большого числа серверов для обслуживания множества пользователей сильно ограничивала возможности такой системы.

Для обслуживания большого числа клиентов на сервере должно быть запущено большое количество одновременно работающих серверных процессов, а это резко повышало требования к ресурсам ЭВМ, на которой запускались все серверные процессы. Кроме того, каждый серверный процесс в этой модели запускал-

ся как независимый, поэтому если один клиент сформировал запрос, который был только что выполнен другим серверным процессом для другого клиента, то запрос тем не менее выполнялся повторно. В такой модели весьма сложно обеспечить взаимодействие серверных процессов. Эта модель самая простая, и исторически она появилась первой.

 

Рис. 10.8. Взаимодействие пользовательских и клиентских процессов в модели «один-к-одному»

Проблемы, возникающие в модели «один-к-одному», решаются в архитектуре «систем с выделенным сервером», который способен обрабатывать запросы от многих клиентов. Сервер единственный обладает монополией на управление данными и взаимодействует одновременно со многими клиентами (рис. 10.9). Логически каждый клиент связан с сервером отдельной нитью («thread»), или потоком, по которому пересылаются запросы. Такая архитектура получила название многопотоковой односерверной («multi-threaded»).

Она позволяет значительно уменьшить нагрузку на операционную систему, возникающую при работе большого числа пользователей («trashing»).

 

Рис. 10.9. Многопотоковая односерверная архитектура

Кроме того, возможность взаимодействия с одним сервером многих клиентов позволяет в полной мере использовать разделяемые объекты (начиная с открытых файлов и кончая данными из системных каталогов), что значительно уменьшает потребности в памяти и общее число процессов операционной системы. Например, системой с архитектурой «один-к-одному» будет создано 100 копий процессов СУБД для 100 пользователей, тогда как системе с многопотоковой архитектурой для этого понадобится только один серверный процесс.

Однако такое решение имеет свои недостатки. Так как сервер может выполняться только на одном процессоре, возникает естественное ограничение на применение СУБД для мультипроцессорных платформ. Если компьютер имеет, например, четыре процессора, то СУБД с одним сервером используют только один из них, не загружая оставшиеся три.

В некоторых системах эта проблема решается вводом промежуточного диспетчера. Подобная архитектура называется архитектурой виртуального сервера («virtual server») (рис. 10.10).

В этой архитектуре клиенты подключаются не к реальному серверу, а к промежуточному звену, называемому диспетчером, который выполняет только функции диспетчеризации запросов к актуальным серверам. В этом случае нет ограничений на использование многопроцессорных платформ. Количество актуальных серверов может быть согласовано с количеством процессоров в системе.

Однако и эта архитектура не лишена недостатков, потому что здесь в систему добавляется новый слой, который размещается между клиентом и сервером, что увеличивает трату ресурсов на поддержку баланса загрузки актуальных серверов («load balancing») и ограничивает возможности управления взаимодействием «клиент—сервер». Во-первых, становится невозможным направить запрос от конкретного клиента конкретному серверу, во-вторых, серверы становятся равноправными — нет возможности устанавливать приоритеты для обслуживания запросов.

 

Рис. 10.10. Архитектура с виртуальным сервером

Подобная организация взаимодействия клиент-сервер может рассматриваться как аналог банка, где имеется несколько окон кассиров, и специальный банковский служащий — администратор зала (диспетчер) направляет каждого вновь пришедшего посетителя (клиента) к свободному кассиру (актуальному серверу). Система работает нормально, пока все посетители равноправны (имеют равные приоритеты), однако стоит лишь появиться посетителям с высшим приоритетом, которые должны обслуживаться в специальном окне, как возникают проблемы. Учет приоритета клиентов особенно важен в системах оперативной обработки транзакций, однако именно эту возможность не может предоставить архитектура систем с диспетчеризацией.

Современное решение проблемы СУБД для мультипроцессорных платформ заключается в возможности запуска нескольких серверов базы данных, в том числе и на различных процессорах. При этом каждый из серверов должен быть многопотоковым. Если эти два условия выполнены, то есть основания говорить о многопотоковой архитектуре с несколькими серверами, представленной на рис. 10.11.

Она также может быть названа многонитевой мультисерверной архитектурой. Эта архитектура связана с вопросами распараллеливания выполнения одного пользовательского запроса несколькими серверными процессами.

 

Рис. 10.11. Многопотоковая мультисерверная архитектура

Существует несколько возможностей распараллеливания выполнения запроса. В этом случае пользовательский запрос разбивается на ряд подзапросов, которые могут выполняться параллельно, а результаты их выполнения потом объединяются в общий результат выполнения запроса. Тогда для обеспечения оперативности выполнения запросов их подзапросы могут быть направлены отдельным серверным процессам, а потом полученные результаты объединены в общий результат (см. рис 10.12). В данном случае серверные процессы не являются независимыми процессами, такими, как рассматривались ранее. Эти серверные процессы принято называть нитями (treads), и управление нитями множества запросов пользователей требует дополнительных расходов от СУБД, однако при оперативной обработке информации в хранилищах данных такой подход наиболее перспективен.

 

Рис. 10.12. Многонитевая мультисерверная архитектура


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

13619. Наказание не может быть вечным, но вина пребывает вовек 17.06 KB
  Наказание не может быть вечным но вина пребывает вовек. изречение из римского права Выбранное мною высказывание посвящено проблеме правового и морального наказания за правонарушение. С тех самых пор как только человек впервые преступил негласную норму морали бы
13620. Сократ. Я считаю обязательным для каждого беспрекословно и неуклонно повиноваться законам 15.85 KB
  Я считаю обязательным для каждого беспрекословно и неуклонно повиноваться законам. Сократ В выбранном мною высказывании автор затрагивает проблему сущности закона. Эта проблема актуальна во все времена так как закон регулирует общественную жизнь делая ее более
13621. Истинное равенство граждан состоит в том, чтобы все они одинаково были подчинены закону 16.37 KB
  Истинное равенство граждан состоит в том чтобы все они одинаково были подчинены закону. Ж. Д’Аламбер Выбранное мною высказывание посвящено проблеме верховенства права как основного критерия правового государства. Эта проблема в наше время актуальна как никогда.
13622. Чосер Дж. Кто для других законы составляет, пусть те законы первым соблюдает 17.03 KB
  Кто для других законы составляет пусть те законы первым соблюдает. Дж. Чосер В выбранном мною высказывании автор высказывания английский поэт Джеффри Чосер обращается к проблеме верховенства права и беспрекословного его исполнения. Эта проблема актуальна в любо
13623. Истинное равенство граждан состоит в том, чтобы они были одинаково подчинены законам 13.94 KB
  Истинное равенство граждан состоит в том чтобы они были одинаково подчинены законам Ж. Даламбер Автор данного высказывания затрагивает проблему равенства граждан перед законом. Данная проблема является актуальной во всем мире так как принцип равенства в соотве
13624. Архитектура - тоже летопись мира: она говорит тогда, когда уже молчат и песни, и предания, и когда уже ничто не говорит о погибшем народе 14.89 KB
  Архитектура тоже летопись мира: она говорит тогда когда уже молчат и песни и предания и когда уже ничто не говорит о погибшем народе Н. В. Гоголь Автор данного высказывания хотел сказать что письменные источники могут сгореть песни умереть вместе с народом а со
13625. Дуглас Ф. Без борьбы нет прогресса 13.86 KB
  Без борьбы нет прогресса Ф. Дуглас В основе существования вселенной лежит принцип конфликта именно он заставляет изменяться мир вокруг заставляет его существовать гореть и потухать поэтому главным источником существования был огонь. Миру всегда присуща критическа...
13626. Вам не удастся никогда создать мудрецов, если будете убивать в детях шалунов 14.21 KB
  Вам не удастся никогда создать мудрецов если будете убивать в детях шалунов.Ж.Ж. РуссоЯ думаю что автор хотел указать значение игровой деятельности в жизни человека отметить что игра в жизни человека занимает важное место. В процессе игровой деятельности человек мо
13627. Искусство - диалог, в котором собеседник молчит 14.23 KB
  Искусство диалог в котором собеседник молчит. Г.Ландау В данном выражении имеется сочетание искусство диалог. Диалог является одной из форм общения Таким образом получается что искусство это общение. То есть автор хотел указать что произведения искусства на