90935

Моделирование структуры дискретной системы

Лабораторная работа

Математика и математический анализ

Используя электронные таблицы Excel (функция СЛУЧМЕЖДУ, клавиша F9 отменяет изменение значения) сформировать случайным образом множество связей между 4 элементами системы, для чего построить при помощи датчика случайных чисел матрицу смежности вершин соответствующего ориентированного графа.

Русский

2015-07-10

53.5 KB

12 чел.

Лабораторная работа №2

Моделирование структуры дискретной системы.

2.1. Учебные цели занятия:

изучение и практическое освоение основных понятий теории систем;

изучение методов описания структуры системы;

экспериментальная (на компьютере) проверка теоретических положений.

22. Некоторые теоретические сведения.

Системой называется рассматриваемая как единое целое совокупность элементов, связей между элементами и взаимодействий с внешней средой. Структура – совокупность двух множеств: множества элементов V={vi, i=1,…n} и множества связей между элементами E={eij}. Математической моделью структуры является граф.

Граф называется конечным, если конечными являются множества его вершин и дуг. Граф называется ориентированным, если дуга eij имеет направление (например, из vi в vj), если ориентация не указана, то дуга называется ребром.  Ориентированный граф называют орграфом. Дуга (ребро) называется петлёй, если оно начинается и заканчивается в одной вершине.

Матрица инциденций орграфа R=[rij] – прямоугольная матрица размерности mn, строки которой соответствуют вершинам, а столбцы – дугам графа. При этом rij =1, если дуга uj выходит их вершины vi;  rij = 1, если дуга uj заходит в вершину vi и rij=0 в остальных случаях. Если граф является неориентированным, то элементами матрицы будут 0 и 1. Строки матрицы инциденций называются векторами инциденций.

Матрица смежности вершин орграфа A=[aij]: aij=1, если есть дуга, ведущее из vi в vj, и aij=0 в противном случае. Очевидно, если граф неориентированный, тогда aij=aji, т.е. матрица смежностей для неориентированного графа – симметрична. Для орграфа в общем случае aijaji. Матрица смежности дуг орграфа В=[bij]: bij=1, если есть дуга ui, непосредственно предшествующая дуге uj, и bij=0 в противном случае.

Степень вершины P(vi) - это количество инцидентных ей рёбер. Вершина степени 1 называется висячей. Вершина степени 0 называется изолированной. Полустепень захода вершины орграфа (количество входящих дуг) P+ (vi) равна сумме элементов i–го столбца матрицы смежности вершин. Полустепень исхода вершины орграфа (количество выходящих дуг) P-(vi) равна сумме элементов i–ой строки матрицы смежности вершин. Путь из вершины v1 в вершину vk – это последовательность смежных рёбер (v1,v2),(v2,v3), …,(vk-1,vk), где v1, v2,…, vkразличные вершины, кроме, может быть, v1=vk. Граф называется связным, если между любыми двумя его вершинами существует путь.

2.3. Порядок выполнения работы

  1.  Используя электронные таблицы Excel (функция СЛУЧМЕЖДУ, клавиша F9 отменяет изменение значения) сформировать случайным образом множество связей между 4 элементами системы, для чего построить при помощи датчика случайных чисел матрицу смежности вершин соответствующего ориентированного графа.
  2.  Построить графически структуру полученной системы в виде орграфа. Построить матрицу смежности дуг и матрицу инциденций полученного ориентированного графа (для чего предварительно пронумеровать дуги).
  3.  На основе построенных матриц исследовать структуру полученной системы в соответствии с вариантом. Проверить результаты исследования графически.
  4.  Подготовить отчет.

2.4. Задания для лабораторной работы и самостоятельной работы студентов.

варианта

Задание

  1.  

а) определить вершину, которой инцидентно минимальное количество дуг графа;

б) определить все изолированные вершины графа.

  1.  

а) определить, является ли данный граф связным;

б) определить все вершины, смежные вершине 1.

  1.  

а) определить, образуют ли цикл вершины 1,2,3;

б) определить все изолированные вершины графа.

  1.  

а) определить вершину, в которую направлено минимальное количество дуг;

б) определить все висячие вершины графа.

  1.  

а) определить, в какие вершины направлены дуги из вершины 2;

б) определить вершину, которой инцидентно максимальное количество дуг графа.

  1.  

а) определить все пары вершин, связанных между собой прямыми и обратными дугами.

б) определить вершину, которой инцидентно минимальное количество дуг графа.

  1.  

а) определить вершину, из которой направлено минимальное количество дуг,

б) определить все вершины, имеющие петли.

  1.  

а) определить вершину, в которую направлено максимальное количество дуг;

б) определить количество дуг графа.

  1.  

а) определить вершину, из которой направлено максимальное количество дуг;

б) определить сумму степеней вершин графа.

  1.  

а) определить, является ли построенный граф связным;

б) определить все вершины, достижимые из вершины 3 по двум  дугам.

  1.  

а) определить, из каких вершин направлены ребра в вершину 4;

б) определить вершину, в которую не входит ни одна дуга.

  1.  

а) определить, образуют ли цикл вершины 1,3,4;

б) определить вершину, из которой не выходит ни одна дуга.

  1.  

а) определить полустепень захода заданной вершины

орграфа;

б) определить являются ли две заданные дуги смежными.

  1.  

а) определить полустепень исхода вершины 3 орграфа;

б) определить являются ли две вершины 3 и 4 смежными.

  1.  

а) определить полустепень исхода вершины 2 орграфа;

б) определить являются ли две вершины 3 и 4 смежными.

1.5. Контрольные вопросы

  1.  Что такое система, подсистема, элемент, связь?
  2.  Что такое внешняя среда, входы и выходы системы?
  3.  Что такое состояние элемента (системы) и процесс?
  4.  Как связаны между собой потребность и цель?
  5.  Как классифицируются системы?
  6.  Что такое структура системы?
  7.  Почему структура является статической моделью системы?
  8.  Какие основные матричные способы задания графов?


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

9155. Предмет и методы психологии 22.57 KB
  Предмет и методы психологии Предмет психологии - закономерные связи субъекта с физическим и социальным миром, запечатленные в системе чувственных и умственных образов этого мира, мотивов, побуждающих действовать, а также в самих действиях, переживан...
9156. Психика и организм 18.13 KB
  Психика и организм Нервная система- совокупность нервных образований в организме человека и позвоночных животных. Ее основные функции: обеспечение контактов с внешним мироминтеграция внутренних органов в системы, координация и регуляция...
9157. Психика, поведение и деятельность 28.67 KB
  Психика, поведение и деятельность. Развитие психики в филогенезе Первый вопрос, который возникает при исследовании развития психики в онтогенезе, это вопрос об объективном критерии, который отделяет психическую жизнь от допсихической. Су...
9158. Развитие психики человека. Историческое развитие психики и сознания (филогенез) 25.05 KB
  Развитие психики человека Историческое развитие психики и сознания (филогенез) Этапы Характеристика Примеры Сенсорный (ощущения) Простые безусловные рефлексы - совершенствование двигательного аппарата - постепенно развивается способность дифференци...
9159. Методы педагогических исследований. Исследование в области педагогики 62.5 KB
  Методы педагогических исследований Исследование в области педагогики - процесс и результат научной деятельности, направленной на получение новых знаний о закономерностях образования, его структуре и механизмах, содержании, принципах и технологиях. М...
9160. Основные понятия педагогики 17.86 KB
  Основные понятия педагогики Педагогика изучая процессы передачи и усвоения социально - исторического и культурного опыта, не может не задеть субъектов этого процесса, понимание динамики их личностного развития и влияние на личность различных фа...
9161. Педагогика как наука. Функции педагогической науки 20.26 KB
  Педагогика как наука Свое название педагогика получила от греческого слова пай-дагогос (пайд - дитя, гогос - веду), которое означает детоводство или дитяведение. Во взглядах ученых на педагогику, как в прошлом, так и в настоящем времени существ...
9162. Общие основы педагогики Педагогический процесс 28.72 KB
  Общие основы педагогики Педагогический процесс Педагогический процесс - это специально организованное, целенаправленное взаимодействие педагогов и воспитанников, направленное на решение развивающих и образовательных задач. Изображая обучение в свет...
9163. Целеполагание в педагогике. Понятие цели воспитания 22.79 KB
  Целеполагание в педагогике 1.Понятие цели воспитания Профессиональная деятельность педагога, как любая человеческая деятельность, предваряется осознанием цели. Отсутствие цели не позволяет классифицировать работу педагога с детьми как деятельность п...