WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!


Pages:     || 2 | 3 | 4 | 5 |   ...   | 23 |
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Пензенский государственный университет архитектуры и строительства» Ю.В. Блинков ОСНОВЫ ТЕОРИИ ИНФОРМАЦИОННЫХ ПРОЦЕССОВ И СИСТЕМ Допущено Учебно методическим объединением вузов по университетскому политехническому образованию в качестве учебного пособия для студентов высших учебных заведений, обучающихся по специальности 230201 «Информационные системы и технологии» Пенза 2011 УДК 004 (075.8) ББК 32.81 я73 Б69 Рецензенты: кафедра «Информатика» Пензенской го сударственной технологической акаде мии (зав. кафедрой кандидат техничес ких наук, доцент В.В. Пикулин);

кандидат технических наук, доцент Л.Ю. Акулова (ПГТА) Блинков Ю.В.

Б69 Основы теории информационных процессов и систем: учеб.

пособие / Ю.В. Блинков. – Пенза: ПГУАС, 2011. – 184 с.

ISBN 978 5 9282 0725 0 Изложены основы общей теории систем. Большое внимание уделено класси фикации, решаемым задачам, принципам построения и функционирования инфор мационных систем. Рассмотрены способы представления, преобразования, обра ботки и циркуляции непрерывной и цифровой информации в системах, особен ности моделирования сигналов, используемых в системах для передачи инфор мации, методы определения степени неопределенности и количества информации, а также методы кодирования информации в отсутствии и при наличии помех.

Представлены методики декомпозиции и агрегирования систем, используемых при их анализе и синтезе, а также особенности моделирования процессов функ ционирования агрегатов.

Значительное внимание уделено методикам проведения экспериментов при анализе систем.

Учебное пособие подготовлено на кафедре «Информационные системы и ком пьютерное моделирование» ПГУАС и предназначено для студентов специальности 230201 «Информационные системы и технологии» всех форм обучения.

© Пензенский государственный университет архитектуры и строительства, ISBN 978 5 9282 0725 © Блинков Ю.В., ПРЕДИСЛОВИЕ Учебное пособие, являющееся частью учебно методического комплек са дисциплины «Теория информационных процессов и систем», содержит введение и пять разделов, посвященных основам теории информационных процессов и систем, примеры, поясняющие содержание материала, кон трольные вопросы по изучаемым темам, а также приложение.

В первом разделе рассматриваются основы теории систем.

Второй раздел посвящен изучению основ построения и исполь зования информационных систем.

В третьем разделе излагаются основы теории информации, а также ее преобразования и обработки в информационных системах.

Четвертый раздел содержит темы, посвященные изучению основ ных методов разработки и исследования информационных систем.

В пятом разделе приведены основы экспериментальных исследо ваний систем, позволяющих создавать и уточнять их модели.

Приложение содержит краткое описание структуры одной из типовых информационных систем, а также некоторых ее фрагментов.

Следует отметить, что методы и средства дисциплины «Теория информационных процессов и систем» продолжают развиваться по мере роста сложности систем самого различного назначения, прежде всего информационных систем. В пособии предложены основы для дальнейшего самостоятельного повышения квалификации в данном направлении.

К сожалению, учебный план не позволяет более подробно рассмот реть в данном учебном пособии информационные системы. Планируя написание учебного пособия по такой обширной тематике, как совре менная теория информационных процессов и систем, приходится искать компромисс между многообразием сторон затрагиваемых во просов, полнотой их описания и требований учебного плана. Поэтому данное учебное пособие далеко не исчерпывает всех задач, возникаю щих при проектировании и эксплуатации АИС. Например, в учебном пособии не затронуты вопросы, связанные с количественным подходом к решению многокритериальных задач оптимального управления (Подиновский В.В., Ногин В.Д. Парето оптимальные решения много критериальных задач. М.: Физматлит, 2007) методами расчёта на дёжности систем, включая оценку надёжности программного обеспе чения АИС (Черкесов Г.Н. Надёжность аппаратно программных ком плексов: учебное пособие. СПб.: Питер, 2005), что является неотъемле мой частью современной теории информационных процессов и систем.

ВВЕДЕНИЕ Человек – активная часть природы. Добиваясь своих целей, человек использует природу, воздействует на нее, преобразует ее и себя. Без преувеличения можно сказать, что самыми важными и самыми инте ресными для человечества являются вопросы о возможностях человека в его отношениях с природой, о способах реализации этих возможно стей, о факторах, способствующих и препятствующих расширению этих возможностей. Даже основной вопрос философии – о со отношении материи и сознания – принадлежит к этому кругу вопросов.

Отметим самые очевидные и обязательные из признаков систем ности: структурированность системы, взаимосвязанность составляю щих ее частей, подчиненность организации всей системы определенной цели. По отношению к человеческой деятельности эти признаки и в самом деле очевидны, поскольку каждый из нас легко обнаружит их в своем собственном практическом опыте. Всякое наше осознанное действие преследует определенную цель. Во всяком действии легко увидеть его составные части, более мелкие действия. При этом легко убедиться, что эти составные части должны выполняться не в произ вольном порядке, а в определенной последовательности. Это и есть та самая подчиненная определенной цели взаимосвязанность составных частей, которая и является признаком системности.



Всякая деятельность тем успешнее, чем выше уровень ее системнос ти; неудачи вызваны недостаточной системностью. Выделяют три уровня системности труда: механизация, автоматизация, кибернети зация. Возможности механизации ограничены участием человека. Ав томатизировать можно только алгоритмизируемые процессы. Киберне тизация включает в технологический процесс интеллект – естест венный или искусственный – в тех случаях, когда алгоритмизация ре шаемой задачи затруднительна или невозможна.

Основная идея разрешения проблем, связанных со сложными сис темами, состоит в том, чтобы в тех случаях, когда автоматизация (т.е.

формальная алгоритмизация) невозможна, использовать человеческую способность, которая именно в таких случаях проявляется и которая называется интеллектом: способность ориентироваться в незнакомых условиях и находить решение слабоформализованных задач. При этом человек выполняет именно те операции в общем алгоритме, которые не поддаются формализации (например, экспертная оценка или сравне ние многомерных и неколичественных вариантов, принятие управлен ческих решений, взятие на себя ответственности). Именно на этом принципе строятся автоматизированные (в отличие от автоматичес ких) системы управления, в которых формализованные операции вы полняют автоматы и ЭВМ, а неформализованные (и, возможно, нефор мализуемые) операции – человек.

Однако на этом возможности кибернетизации не кончаются, а, ско рее, лишь начинаются. Вполне логично возникает вопрос: нельзя ли смоделировать интеллектуальные возможности человека – хотя бы в той части, которая необходима для выполнения конкретных, пусть частных, интеллектуальных операций Здесь опыт науки и техники подсказывает два пути: «подглядеть» у природы алгоритмы интеллек туальной деятельности (т.е. изучить естественный интеллект) либо «изобрести» эвристически алгоритм предположительно с интеллекту альными свойствами и исследовать, что это даст (т.е. конструировать интеллект искусственно). Техническими средствами для этого служат автоматы и ЭВМ. Их совершенствование и использование для самых разнообразных нужд, создание алгоритмов и программных систем для ЭВМ привели к появлению науки информатики. Существенной частью информатики являются разделы, связанные с изучением, проек тированием и использованием информационных процессов и систем, применение которых позволяет значительно повысить эффективность любой человеческой деятельности.

1. ОСНОВЫ ТЕОРИИ СИСТЕМ Системные исследования получили в настоящее время широкое распространение в целом ряде наук. Важную роль они играют в техни ке, где сформировалось особое научное направление – системотехника.

Основные проблемы общей теории систем и системотехники во многом совпадают, хотя и имеют свою специфику, связанную с особен ностями создания сложных технических комплексов.

Значительное место занимают вопросы оптимизации процессов функционирования и оценки эффективности систем.

Другой широкий круг вопросов посвящен проблемам проектиро вания. С вопросами проектирования, оптимизации, оценки эффектив ности тесно связаны вопросы моделирования сложных технических комплексов, особенно имитационного моделирования.

Общий анализ развития системотехники показывает, что помимо отмеченных проблем на первый план выдвигаются следующие:

1) выявление и описание наиболее общих системных характерис тик и закономерностей, не зависящих от конкретного типа технических комплексов;

2) разработка экспериментальных методов, позволяющих с доста точной точностью при приемлемом объеме затрачиваемых ресурсов оценивать теоретические концепции;

3) разработка методов реализации принципов системотехники при создании и использовании конкретных систем.

Анализ опубликованных материалов показывает, что объектом системотехники являются сложные технические комплексы, называе мые авторами по разному: большими системами, сложными системами, интегральными системами, системотехническими комплексами.

Таким образом, предмет системотехники включает процессы проек тирования, испытания, изготовления, установки, эксплуатации слож ных технических комплексов.

Системотехника в силу своей ориентированности на наиболее об щие системные характеристики носит междисциплинарный характер.

Основой является общая теория систем.

Таким образом, системотехника – это научное направление, изуча ющее системные свойства системотехнических комплексов, процессы их создания, совершенствования, использования и ликвидации с целью получения максимального социального эффекта.

Основным методом системотехники является системный подход с его конкретными видами реализации: системным анализом, исследо ванием операций, системным синтезом, кибернетикой.

1.1. Системы и их основные свойства Фундаментальным понятием системотехники является понятие «система» (гр. systema – это составленное из частей, соединение). В самом широком смысле под системой понимают множество закономер но взаимосвязанных элементов.

Среди систем выделяют простые и сложные.

Под сложной системой понимают совокупность объектов (простых и сложных элементов – компонент), взаимодействие которых об условливает появление новых качеств, не свойственных объектам, вхо дящим в систему. Этот принцип появления у системы новых свойств, не выводимых непосредственно из наблюдаемых свойств её частей и связей между ними, назван принципом эмерджентности – неожидан ного появления новых свойств.





В отличие от простых систем в сложных системах введение новых связей между ее элементами приводит к появлению новых свойств.

Четкую границу между простыми и сложными системами определить трудно. В них может быть множество элементов и множество связей.

Иерархичность системы подразумевает, что каждая система может быть разделена на подсистемы, которые, в свою очередь, могут быть раз делены на более мелкие подсистемы следующего уровня иерархии, и т.д.

В принципе это деление можно производить до бесконечности. Са ма система может входить в более крупную подсистему. Самый ниж ний уровень иерархии называют элементом, не подлежащим дальней шему делению. Он определяется условиями конкретной задачи иссле дования.

Каждая сложная система обладает свойствами целостности и чле нимости.

Сложная система обычно имеет многоуровневое управление и ха рактеризуется большими потоками информации.

Сложная система обычно функционирует в условиях воздействия большого числа случайных внешних и внутренних факторов. Это значит, что сложную систему нельзя исследовать аналитически, так как в дан ном случае эти факторы являются доминирующими. Следовательно, сложную систему можно исследовать с помощью различных статисти ческих методов, а самый лучший способ – создание их имитационных моделей в виде имитационных программ ЭВМ, с помощью которых можно многократно имитировать процесс функционирования системы в целом и все воздействия на неё, прежде всего случайные, на числах и статистически обработать полученные результаты. В связи с этим в теории сложных систем для создания их полноценных имитационных моделей используется принцип абстрагирования от реальных физичес ких свойств и процессов системы и её подсистем. При этом отдельные структурные блоки имитационных моделей рассматриваются как математические преобразователи информации.

Обязательными компонентами системы всегда являются элементы и связи между ними, а для сложных систем решающее значение имеют именно характер, способы, свойства связей между элементами системы, причем сами свойства связей между элементами, в свою очередь, существенно зависят от свойств элементов.

Любой элемент системы может быть расчленен на большое коли чество составляющих его элементов и т.д., вплоть до элементарных час тиц. Поэтому условимся называть элементом системы такую ее часть, которая является неделимой с точки зрения решаемой задачи.

Как видим, процесс расчленения системы на элементы и само поня тие элемента условно. Тем не менее можно, исходя из практической це лесообразности, достаточно удобно и четко выделять элементы так, что они будут обладать определенной типичной внутренней структурой и представлять собой образование, характеризующееся более высокой устойчивостью, чем система в целом. Это удобно для унификации таких элементов.

Элементы любых реальных систем являются некими физическими объектами, которые можно характеризовать различными параметрами.

Однако с точки зрения их поведения в системе в большинстве случаев можно отвлечься от всех этих свойств и характеризовать их только возможностями образовывать различные виды связей – вещественные, энергетические и информационные – с другими элементами и с внеш ней средой.

Все три вида связей существуют практически всегда неотделимо друг от друга, но один из них является определяющим – по этому при знаку относят связь к конкретному виду.

Основной характеристикой элемента в системе служит его спо собность к установлению связей, т.е. к порождению или к восприятию множества связей определенного вида. Общее количество связей, кото рое способен образовать элемент, называется его валентностью.

Вся совокупность возможных входов и выходов элемента представ ляет его контакты, т.е. валентность элемента равна числу его контактов, а установление связей – соединение соответствующих контактов.

Контакты и связи можно характеризовать их мощностью и направленностью. Под мощностью понимают пропускную способность контактов и связей в единицу времени.

Выходы элемента, формирующие исходную связь, являются его ак тивными контактами, поглощающие связи – пассивными контактами;

контакты, которые как генерируют, так и поглощают связи, называются нейтральными.

Все это позволяет при исследовании и синтезе систем пользоваться идеализированными моделями элементов и систем.

Идеализированный элемент – это некоторый абстрактный элемент, у которого отсутствуют любые физические свойства, кроме способнос ти к регенерации связей с другими подобными идеализированными элементами, т.е. идеализированный элемент полностью определяется природой и направленностью связей.

Совокупность идеализированных элементов, объединенных необ ходимыми связями, образует идеализированную модель системы, кото рую удобно и наглядно представить в виде графа или матрицы. Такая формализация структуры системы делает более наглядным представле ние ее для исследователя и существенно упрощает ее анализ. Причем любой элемент системы всегда может, в свою очередь, рассматриваться как система, состоящая из ряда других элементов.

Любая система имеет, как правило, иерархическую структуру. При этом системы низшего уровня являются подсистемами систем более высокого уровня, которые, в свою очередь, представляют собой под системы систем еще более высокого уровня, и т.д.

Следует выделить следующие основные свойства систем:

Pages:     || 2 | 3 | 4 | 5 |   ...   | 23 |










© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.