Моделирование информационных процессов

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ УТВЕРЖДАЮ

УТВЕРЖДАЮ

Начальник Управления образовательных программ и стандартов высшего и профессионального образования

Зам. председателя Совета УМО по классическому университетскому образованию, проректор МГУ

В.И. Кружалин “

”

2003 г.

А.М. Салецкий “

”

2003 г

Примерная программа дисциплины

МОДЕЛИРОВАНИЕ ИНФОРМАЦИОННЫХ ПРОЦЕССОВ

Рекомендуется Минобразованием России для направления подготовки 511900 Информационные технологии

Москва 2003

Цель и задачи курса Целью дисциплины является изучение фундаментальных основ теории моделирования информационных систем и протекающих в них процессов, методики разработки компьютерных моделей, методов и средств осуществления имитационного моделирования и обработки результатов вычислительных экспериментов, а также формирование представления о работе с современными инструментальными системами моделирования. В результате изучения дисциплины "Моделирование информационных процессов" бакалавр информационных технологий должен: владеть теоретическими основами математического и компьютерного моделирования информационно-вычислительных систем; • знать и уметь использовать основные классы моделей и методы моделирования, принципы построения моделей информационных процессов, методы формализации, алгоритмизации и реализации моделей с помощью современных компьютерных средств; • иметь представление о проведении вычислительных экспериментов с использованием техники имитационного моделирования, уметь планировать проведение экспериментов и обрабатывать их результаты; • иметь представление о построения моделей систем различного класса с использованием инструментальных средств типа Simulink, GPSS, Bpwin. •

Содержание курса

1. Введение Моделирование как метод научного познания, роль и место вычислительного эксперимента в исследовательской деятельности. Классификация моделей: понятия математической и компьютерной модели, имитационное моделирование. Моделирование непрерывных, дискретных и гибридных систем. Принципы системного подхода в моделировании. Стадии разработки моделей. Понятия компонентного и объектноориентированного моделирования. Современные программные инструментальные средства моделирования систем. Перспективы развития теории моделирования и ее приложений.

2. Общие принципы построения моделей информационных процессов и систем Использование моделирования при исследовании и проектировании информационных систем. Основные подходы к математическому моделированию. Непрерывные и дискретные, детерминированные и стохастические модели. Сетевые модели и синхронизация событий. Сети Петри. Понятие нейронной сети. Общая последовательность разработки и реализации компьютерных моделей информационных систем. Алгоритмизация моделей. Понятие о статистическом имитационном моделировании. Применение основных предельных теорем теории вероятностей в статистическом моделировании. Псевдослучайные числа и процедуры их машинной реализации.

3. Объектно-ориентированное моделирование. Язык UML. Базовые понятия классов и объектов. Связь объектно-ориентированного моделирования с языками программирования. Наследование и полиморфизм в объектно2

ориентированном моделировании, типы данных и пакеты. Унифицированный язык моделирования UML. Использование объектно-ориентированного подхода и основные понятия и компоненты языка. Диаграммы классов. Диаграммы вариантов использования. Диаграммы взаимодействия. Диаграммы состояния и деятельности. Элементы реализации языка UML в CASE-инструментах Rational Rose.

4. Моделирование динамических и гибридных систем Понятие динамической и событийно-управляемой системы, гибридные системы. Принципы компонентного компьютерного моделирования. Иерархические системы. Блоки и связи между ними. Ориентированные и неориентированные блоки и связи. Неявные взаимодействия компонентов. Реализация компонентного моделирования в подсистемах Simulink и Stateflow математического пакета Matlab. Основные библиотечные блоки. Последовательность построения и отладки Simulink-моделей. Понятие карты состояния Харела. Диаграммы Stateflow Средства анализа результатов моделирования.

5. Моделирование систем массового обслуживания и функциональных процессов Дискретно-событийный подход к моделированию. Проблемно-ориентированный язык и программная среда GPSS/PC. Предметная область GPSS – системы массового обслуживания (системы с очередями). Общие принципы моделирования информационных и вычислительных процессов в GPSS/PC. Базовые сведения о системе: объекты, переменные и выражения, функции. Модель системы: модельное время и статистика. Внутренняя организация: списки и общая внутренняя последовательность событий. Элементы языка моделирования GPSS/PC. Среда моделирования GPSS/PC: операторы, команды управления, интерактивное взаимодействие. Принципы автоматизированной разработки информационных систем с помощью инструментов анализа, проектирования и генерации кодов BPwin и ERwin. Основы методологии построения функциональных моделей и моделей данных, автоматизация написания кодов серверной и клиентской части приложения. Интеграция функциональной модели и модели данных, технология связывания объектной модели в UML и модели данных Erwin. Техника создания отчётов по моделям процессов и данных с помощью специализированного генератора отчетов RPTwin.

6. Планирование экспериментов с моделями систем Задача планирования экспериментов с использованием компьютерных моделей. Основные понятия теории планирования экспериментов. Факторное пространство, классификация факторов и типы планов экспериментов. Построение матриц планирования. Стратегические планы проведения вычислительных экспериментов с компьютерными моделями. Тактические планы проведения имитационного моделирования: задание начальных условий и параметров и оценка их влияния на достижение установившегося результата. Вопросы обеспечения точности и достоверности результатов имитационного моделирования.

7. Обработка и анализ результатов моделирования Особенности статистической обработки результатов вычислительных экспериментов с использованием компьютерных моделей. Постановки задач обработки результатов имитационного моделирования. Статистические методы обработки результатов моделирования систем. Типовые критерии согласия при обработке результатов моделирования. Анализ и интерпретация результатов машинного моделирования: корреляционный и дисперсионный анализ. 3

РАСПРЕДЕЛЕНИЕ ЧАСОВ КУРСА ПО ТЕМАМ № п/п 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7.

Наименование Тем Введение Общие принципы построения моделей информационных процессов и систем Объектно-ориентированное моделирование. Язык UML Моделирование динамических и гибридных систем Моделирование систем массового обслуживания и функциональных процессов Планирование экспериментов с моделями систем Обработка и анализ результатов моделирования ИТОГО

Всего (часов) 4 12

Аудиторные занятия (часов) 2 6

Самостоят. работа (часов) 2 6

12

6

6

12

6

6

12

6

6

4

2

2

8

4

4

64

32

32

Форма итогового контроля: экзамен. ЛИТЕРАТУРА 1. Советов Б. Я., Яковлев С. А. Моделирование систем. Учебник для ВУЗов. – М.: Высшая школа, 1999. – 319 с. 2. Бусленко Н.П. Моделирование сложных систем. – М.: Наука, 1978. – 399 с. 3. Краснощеков П.С., Петров А.А. Принципы построения моделей. – М.: Изд-во МГУ, 1983. – 264 с. 4. Ермаков С.М., Михайлов Г.А. Статистическое моделирование. – М.: Наука, 1982. – 296 с. 5. Марков А.А. Моделирование информационно-вычислительных процессов. – М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 1999. – 360 с. 6. Питерсон Дж. Теория сетей Петри и моделирование систем. – М.: Мир, 1984. – 264 с. 7. Бенькович Е.С., Колесов Ю.Б., Сениченков Ю.Б. Практическое моделирование динамических систем – СПб.: БХВ-Петербург, 2002. – 464 с. 8. Леоненков А.В. Самоучитель UML – СПб.: БХВ-Петербург, 2001. – 304 с. 9. Вендров А.М. CASE-технологии. Современные методы и средства проектирования информационных систем. – М.: Финансы и статистика, 1998. – 176 с. 10. Бычков С.П., Храмов А.А. Разработка моделей в системе моделирования GPSS. Учебное пособие. – М.: МИФИ, 1997. – 32с. 11. Кравченко П. П., Хусаинов Н. Ш. Имитационное моделирование вычислительных систем средствами GPSS/PC. – Таганрог: ТРТУ, 2000 г. – 116 с. 12. С.В. Маклаков. BPwin ERwin CASE-средства разработки информационных систем. –М.: Диалог-МИФИ, 2001. – 340 с. Программу составил профессор Е.И.Веремей (Санкт-Петербургский государственный университет) Рецензент: 4

5