Практикум для студентов специальности 158 01 01 Инженернопсихологическое обеспечение информационных технологий

• Название: Практикум для студентов специальности 158 01 01 Инженернопсихологическое обеспечение информационных технологий
• Дата: 17.02.2019
• Размер: 0.74 Mb.
• Имя файла: Laboratornye.pdf
• Тип: Практикум; #67841
• страница: 2 из 2

Лабораторная работа №3. Построение модели структуры системы
Цель работы: освоить процесс построения модели структуры системы.
3.1 Теоретические сведения
Несмотря на полезность моделей «черный ящик» и состава системы, су- ществуют проблемы, решить которые с помощью таких моделей нельзя. На- пример, чтобы получить велосипед, недостаточно иметь отдельные его детали
(хотя состав системы налицо). Необходимо еще правильно соединить все дета- ли между собой, или, говоря в общем, установить между элементами опреде- ленные связи – отношения. Совокупность необходимых и достаточных для дос- тижения цели отношений между элементами называется структурой системы.
Связь, с точки зрения структуры системы, формирует эту самую структу- ру. С точки зрения функционирования системы, она преобразует выход одного компонента во вход другого. Основное ее отличие от компонента заключается в том, что это преобразование тривиально. То есть, если компонент изменяет по- ток, то связь его существенно не изменяет.
В зависимости от задачи один и тот же объект можно моделировать как компонент, а можно – как связь. Так же как входы и выходы, связи могут быть пространственными (структурными) и временными (причинно-следственными).
Структурные связи бывают статическими (энергия, масса или информация, заполняющая связь, не перемещается от одного компонента к другому) и дина- мическими (от одного компонента к другому идет поток энергии, массы или информации). Статическая связь может переходить в динамическую и наобо- рот.
Перечень связей между элементами (т. е. структура системы) является от- влеченной, абстрактной моделью, где установлены только отношения между элементами, но не рассмотрены сами элементы. Хотя на практике говорить о связях безотносительно к элементам можно лишь после того, как отдельно рас- смотрены сами элементы (т. е. рассмотрена модель состава), теоретически мо- дель структуры можно изучать отдельно.
Бесконечность природы проявляется и в том, что между реальными объек- тами, вовлеченными в систему, имеется невообразимое (может быть, бесчис- ленное) количество отношений. Однако когда рассматривается некоторая сово- купность объектов как система, то из всех отношений важными, т. е. сущест- венными для достижения цели, являются лишь некоторые. Точнее, в модель структуры (т. е. в список отношений) включается только конечное число свя- зей, которые, по нашему мнению, существенны по отношению к рассматривае- мой цели.
Модель структуры системы отображает связи между компонентами модели ее состава, т. е. совокупность связанных между собой моделей «черного ящика» для каждой из частей системы. Поэтому трудности построения модели структуры те же, что и для построения модели «черного ящика».

13 3.2 Пример выполнения работы
Пример построения модели структуры системы «автомобиль». Главной целью данной системы является перемещение на расстояния людей или грузов в заданном направлении. Исходя из главной цели системы, выделим попарно основные узлы и связи между ними. Модель структуры системы «автомобиль» можно представить в виде таблицы (таблица 3.1).
Таблица 3.1 – Модель структуры системы «автомобиль»
Основные элементы
Связи
Двигатель – коробка передач
Первичный вал, вторичный вал
Коробка передач – задний мост
Карданный вал, дифференциал
Задний мост – колеса
Полуоси, диски
Двигатель – топливная система
Коллектор, карбюратор, шланги, топливо
Рулевая система – колеса
Рулевая колонка, полуоси, тяги, диски
3.3 Порядок выполнения лабораторной работы
1 Изучите теоретическую часть данной лабораторной работы.
2 По названию и назначению заданной системы определите ее главную цель.
3 В соответствии с назначением и целью системы разбейте исследуемую систему попарно на основные элементы, которые состоят в отношениях между собой.
4 Определите основные связи между выделенными элементами.
5 Представьте исследуемую систему в графическом виде или в виде таб- лицы.
Варианты систем для выполнения лабораторной работы: 1) процессор;
2) материнская плата; 3) ПЭВМ; 4) звуковая карта; 5) видеокарта; 6) монитор;
7) фотоаппарат; 8) автомобильная сигнализация; 9) автомат по сортировке ово- щей; 10) сканер.
3.4 Содержание отчета
Отчет должен включать: 1) цель работы; 2) исходные данные; 3) задачи работы; 4) теоретические сведения; 5) ход выполнения работы; 6) выводы.
3.5 Контрольные вопросы
1 Дайте определение понятия модели и модели структуры системы.
2 Дайте определение связи системы.
3 В чем различие между понятиями «отношение» и «свойство»?
4 Назовите основные трудности построения модели состава системы.

14
Лабораторная работа №4. Построение структурной схемы системы
Цель работы: освоить построение структурной схемы.
4.1 Теоретические сведения
Модели «черного ящика», состава и структуры образуют еще одну модель, которую будем называть структурной схемой системы; в литературе встреча- ются также термины «белый ящик», «прозрачный ящик», подчеркивающие ее отличие от модели «черного ящика», а также термин «конструкция системы», который мы будем использовать для обозначения материальной реализации структурной схемы системы.
Перед моделированием внутренней структуры, то есть перед тем как на- брать и связать друг с другом компоненты, необходимо определить и понять, зачем эти компоненты нужны (чтобы не включать лишних компонентов и свя- зей между ними). Исходя из этого, вначале должны быть прописаны функции компонентов, затем прописывается последовательность функций компонентов, необходимая для проявления интегративного свойства системы. В структурной схеме указываются все элементы системы, все связи между элементами внутри системы и связи определенных элементов с окружающей средой (входы и вы- ходы системы). Так как все структурные схемы имеют нечто общее, то это по- будило математиков рассматривать их как особый объект математических ис- следований. Оставив в рассматриваемой модели только общее для каждой схе- мы, в результате получилась схема. Пришлось абстрагироваться от содержа- тельной стороны структурных схем. В которой обозначается только наличие элементов и связей между ними, а также (в случае необходимости) разница ме- жду элементами и между связями. Такая схема называется графом.
Следовательно, граф состоит из обозначений элементов произвольной природы, называемых вершинами, и обозначений связей между ними, называе- мых ребрами (иногда дугами). На рисунке 4.1 изображен граф, вершины кото- рого обозначены кружками, ребра – линиями.
Рисунок 4.1  Пример графа

15
Часто бывает необходимо отразить несимметричность некоторых связей; в таких случаях линию, изображающую ребро, снабжают стрелкой (в таком слу- чае ребро становится дугой). Если направления связей не обозначаются, то граф называется неориентированным, при наличии стрелок – ориентированным
(полностью или частично).
Пара вершин может быть соединена любым количеством ребер; вершина может быть соединена также сама с собой (тогда ребро называется петлей). Ес- ли в графе требуется отразить другие различия между элементами или связями, то либо приписывают разным ребрам различные веса (взвешенные графы), ли- бо раскрашивают вершины или ребра (раскрашенные графы).
Графы могут изображать любые структуры, если не накладывать ограни- чений на пересекаемость ребер (рисунок 4.2).
Рисунок 4.2  Графы, соответствующие различным структурам: а) линейной; б) древовидной; в) матричной
Некоторые типы структур имеют особенности, важные для практики, они выделены из других и получили специальные названия. Так, в организацион- ных системах часто встречаются линейные, древовидные (иерархические) и матричные структуры; в технических системах чаще встречаются сетевые структуры; особое место в теории систем занимают структуры с обратными связями, которые соответствуют кольцевым путям в ориентированных графах.
4.2 Пример выполнения работы
Рассмотрим систему «синхронизируемые часы». Перед моделированием внутренней структуры определим, интегративное свойство системы – точное совпадения показаний с эталоном времени. Считаем, что согласно интегра- тивному свойству в состав исследуемой системы входят три элемента: датчик, индикатор и эталон времени. Структурная схема исследуемой систе- мы представлена на рисунке 4.3.

16 5
Датчик 1 Индикатор 6 4 времени
2 3
Эталон времени
Рисунок 4.3  Структурная схема системы «синхронизируемые часы»
На рисунке 4.3 описанные связи указаны стрелками 1–3 между элементами. Вход 4 изображает поступление энергии извне, вход 5 соответствует регулировке индикатора, вход 6 – показанию часов.
4.3 Порядок выполнения лабораторной работы
1 Изучите теоретическую часть данной лабораторной работы.
2 По названию и назначению заданной системы определите ее интегратив- ное свойство.
3 В соответствии с интегративным свойством исследуемой системы опре- делите компоненты и связи системы, в том числе с объектами окружающей среды.
4 Постройте структурную схему системы
Варианты систем для выполнения лабораторной работы: 1) процессор;
2) материнская плата; 3) ПЭВМ; 4) звуковая карта; 5) видеокарта; 6) монитор;
7) телефон; 8) автомобильная сигнализация; 9) автомат по сортировке овощей;
10) сканер.
4.4Содержание отчета
Отчет должен включать: 1) цель работы; 2) исходные данные; 3) задачи работы; 4) теоретические сведения; 5) ход выполнения работы; 6) выводы.
4.5 Контрольные вопросы
1 Дайте определение понятия структурной схемы модели.
2 Назовите определение интегративного свойства системы.
3 Назовите порядок построения структурной схемы модели.
4 Назовите основные требования к построению моделей.
5 Приведите примеры построения структурной схемы системы в виде графа.
Лабораторная работа №5. Сведение многокритериальной задачи
к однокритериальной
Цель работы: освоить способ определения наилучшей альтернативы
«Сведение многокритериальной задачи к однокритериальной».

17 5.1 Теоретические сведения
Будем представлять принятие решения как действие над множеством альтернатив, в результате которого получается подмножество выбранных альтернатив. Сужение множества альтернатив возможно, если имеется способ сравнения альтернатив и определение наиболее предпочтительных. Каждый такой способ называют «критерием предпочтения». Обратим внимание на то, что при таком описании выбора считают само собой разумеющимися, уже пройденными, два чрезвычайно важных этапа системного анализа:
1) порождение множества альтернатив, на котором предстоит осуществлять выбор;
2) определение целей, ради достижения которых производится выбор.
Будем считать, что исходное множество альтернатив уже задано и преследуемые нами цели определены настолько детально, что уже имеются критерии оценки и сравнения любых альтернатив.
Самым простым и наиболее развитым (быть может, поэтому чаще употребляемым) является критериальный язык выбора. Такое название языка связано с основным предположением, состоящим в том, что каждую отдельно взятую альтернативу можно оценить конкретным числом (значением критерия), и сравнение альтернатив сводится к сравнению соответствующих им чисел.
Пусть
x
– некоторая альтернатива из множества X . Считается, что для всех
X
x 
может быть задана функция
)
( x
q
, которая называется критерием
(критерием качества, целевой функцией, функцией предпочтения, функцией полезности) и обладает тем свойством, что если альтернатива
1
x
предпочтительнее
2
x
(будем обозначать это
2 1
x
x 
), то
)
(
)
(
2 1
x
q
x
q

и обратно. Если теперь сделать еще одно важное предположение, что выбор любой альтернативы приводит к однозначно известным последствиям (т. е. считать, что выбор осуществляется в условиях определенности) и заданный критерий
)
( x
q
численно выражает оценку этих последствий, то наилучшей альтернативой
*
x
является, естественно, та, которая обладает наибольшим значением критерия:
)
(
max arg
*
x
q
x
X
x

( 5.1)
Задача отыскания
*
x
, простая по постановке, часто оказывается сложной для решения, поскольку метод ее решения определяется как характером множества X , так и характером критерия
)
( x
q
Чаще всего на практике оценивание любого варианта единственным числом оказывается неприемлемым упрощением. Более полное рассмотрение альтернатив приводит к необходимости оценивать их не по одному, а по нескольким критериям, качественно различающимся между собой. Например, при выборе конструкции самолета проектировщикам следует учитывать

18
множество критериев: технических, технологических, экономических, социальных, эргономических и пр.
Даже в обычной жизни при выборе мы почти никогда не используем единственный критерий: вспомним хотя бы затруднения при выборе подарка ко дню рождения или при выборе места стоянки в турпоходе. Для упрощения процесса поиска наилучшей альтернативы рассмотрим способ «Сведение многокритериальной задачи к однокритериальной». Итак, пусть для оценивания альтернатив используется несколько критериев
p
i
x
q
i
,...,
1
),
(

. Как же тогда осуществлять выбор? Вышеуказанный способ состоит в том, чтобы многокритериальную задачу свести к однокритериальной. Это означает введение суперкритерия, т. е. скалярной функции векторного аргумента:
)]
(
),...,
(
),
(
[
)
(
2 1
0 0
x
q
x
q
x
q
q
x
q
p

(5.2)
Суперкритерий позволяет упорядочить альтернативы по величине
0
q
, выделив тем самым наилучшую (в смысле этого критерия). Вид функции
0
q
определяется тем, как мы представляем себе вклад каждого критерия в суперкритерий. Обычно используют аддитивные или мультипликативные функции:
0 1
{
/
}
p
i
i
i
i
q
q
s




,
(5.3)
0 1
1
{1
[
/
] }
p
i
i
i
i
q
q
s



 

(5.4)
Коэффициенты
i
s
обеспечивают, во-первых, безразмерность числа
i
i
s
q /
(частные критерии могут иметь разную размерность) и, во- вторых, в необходимых случаях, как в формуле (5.4), выполнения условия
/
1
i i
q
s



. Коэффициенты
i

и
i

отражают относительный вклад частных критериев в суперкритерий.
Итак, при данном способе задача сводится к максимизации суперкритерия:
(x)]
(x),...,q
[q
q
x
p
X
x
*
1 0
max arg


(5.5)
5.2 Примеры выполнения работы
С помощью способа «Сведение многокритериальной задачи к однокри- териальной» определим суперкритерий для поиска наилучшей альтернативы системы «мотоцикл». Определим и перечислим основные критерии оценки системы «мотоцикл» и их единицы измерения: стоимость (у. е.), максимальная скорость (км/ч), разгон до 100 км (с), пробег (км), вес мотоцикла (кг), мощность двигателя (л. с.), расход топлива на 100 км (л).
Суперкритерий представим в виде аддитивной функции:

19 0
1
{
/
}
p
i
i
i
i
q
q
s




Основные значения коэффициентов
i

и
i
s
представлены в таблице 5.1.
Таблица 5.1  Основные критерии и значения коэффициентов
i

и
i
s
№ Наименование критерия
Единица измерения
Коэффициент
i

Коэффициент
i
s
q
1
Стоимость у. е.
1/1000 1/у. е. q
2
Максимальная скорость км/ч
1/30 1/км/ч q
3
Разгон до 100 км с
1 1/с q
4
Пробег км
1/100000 1/км q
5
Вес мотоцикла кг
1/30 1/кг q
6
Мощность двигателя л. с.
1/20 1/л. с. q
7
Расход топлива на 100 км л
1.5 1/л
Для определения суперкритерия нахождения наилучшей альтернативы системы «мотоцикл», используя формулу (5.3), получим следующую зависи- мость:
q
0
(х) = – q
1
(х) / 1000 у.е. + q
2
(х) / 30 км /ч – q
3
(х)/с – q
4
(х) / 100000 км
+
q
5
(х)/30 кг + q
6
(х)/ 20 л. с. – q
7
(х)/ 1,5 л.
5.3 Порядок выполнения лабораторной работы
1. Изучите теоретическую часть данной лабораторной работы.
2. Определите существенные критерии для оценки заданных альтернатив.
3. Определите величину и размерность коэффициентов.
4. Выберите необходимую функцию для определения суперкритерия.
5. Представьте суперкритерий в виде математической зависимости.
Варианты систем для выполнения лабораторной работы: 1) процессор;
2) материнская плата; 3) ПЭВМ; 4) звуковая карта; 5) видеокарта; 6) монитор;
7) телефон; 8) автомобильная сигнализация; 9) автомат по сортировке овощей;
10) сканер.
5.4 Содержание отчета
Отчет должен включать: 1) цель работы; 2) исходные данные; 3) задачи работы; 4) теоретические сведения; 5) ход выполнения работы; 6) выводы.
5.5 Контрольные вопросы
1 Дайте определение понятия «выбор».
2 Назовите основные требования для определения коэффициентов.
3 Назовите достоинство и недостатки способа «Сведение многокритери- альной задачи к однокритериальной».

20
Лабораторная работа №6.
Поиск альтернативы
с заданными свойствами
Цель работы: освоить способ поиска альтернативы с заданными свойст- вами.
6.1 Теоретические сведения
Способ многокритериального выбора «Поиск альтернативы с заданными свойствами» относится к случаю, когда заранее могут быть указаны значения частных критериев (или их границы), и задача состоит в том, чтобы найти аль- тернативу, удовлетворяющую этим требованиям, либо, установив, что такая альтернатива во множестве х отсутствует, найти в х альтернативу, которая под- ходит к поставленным целям ближе всего. Характеристики решения такой за- дачи (сложность процесса вычислений, скорость сходимости, конечная точ- ность и пр.) зависят от многих факторов. Рассмотрим принципиальные момен- ты данного подхода.
Удобным свойством является возможность задавать желательные значения
i
q
критериев как точно, так и в виде верхних или нижних границ. Назначаемые значения величин
i
q
иногда называют уровнями притязаний, а точку их пересе- чения в р-мерном пространстве критериев – целью или опорной точкой, иде- альной точкой. Поскольку уровни притязаний задаются без точного знания структуры множества х в пространстве частных критериев, целевая точка мо- жет оказаться как внутри, так и вне х.
Теперь идея оптимизации состоит в том, чтобы, начав с любой альтернати- вы, приближаться к x* по некоторой траектории в пространстве X. Это дости- гается введением числовой меры близости между очередной альтернативой х и целью x*, т. е. между векторами q(x) = (q
1
(x),..., q
p
(x)) и
q
= (
1
q
, ...,
p
q
). Можно по-разному количественно описать эту близость. Например, использовав рас- стояния типа
k
k
i
i
p
i
i
k
q
x
q
w
q
q
d
/
1 1
)
)
(
(
)
,
(






либо расстояния типа
















p
i
i
i
i
p
i
i
i
i
q
q
a
a
q
q
a
q
q
S
1 1
)
(
)
(
min
,
, где считается, что q
i
≥
i
q

, α
i
– коэффициенты, приводящие слагаемые к одина- ковой размерности и одновременно учитываю- щие разноважность критериев, а
p+1
выражает наше отношение к тому, что важнее – умень- шать близость к цели любого из частных крите- риев или суммарную близость всех критериев к целевым значениям.

21
Если часть уровней притязания ограничивают критерии снизу (q
i
>=
i
q

,
i = 1,..., р'), часть ограничивают их сверху (q
i
<=
i
q

, i = р'+ 1, ..., р"), а осталь- ные задают их жестко (q
i
=
i
q

, i = р"+ 1,..., р), то функцию S(q,

q
) модифици- руют:














p
i
i
i
p
i
i
i
q
q
Z
a
q
q
Z
q
q
S
1 1
)
,
(
)
,
(
min
,
, где
6.2 Примеры выполнения работы
С помощью способа «Поиск альтернативы с заданными свойствами» опре- делим наиболее приемлемую альтернативу системе «GPS-навигатор». Основ- ные требуемые характеристики системы «GPS-навигатор» приведены в таблице
6.1.
Таблица 6.1  Основные критерии и их значения требуемого
GPS-навигатора
Наименование критерия
Требуемый параметр
1 Тип процессора
Atlas-IV, Windows CE(6,0)
2 Taктовая частота
≥ 500МГц
3 Разьем для внешней антенны есть
4 Способ ввода данных
Сенсорный дисплей
5 Размер экрана
≥4"
6 Объем энергонезависимой памяти 1Гб
7 Поддержка карт памяти
MikroSDHC, SD(SDHC до 32Гб
8 Навигация. Расчет площади есть
9 Интерфейс. Bluetooth есть
10 Цена
200 у. е.
Исследуемые альтернативы и значения их характеристик представлены в таблице 6.2.

22
Таблица 6.2  Исследуемые GPS-навигаторы и значения их характеристик
Наименование критерия
Требуемый параметр
Globus
GL-570W
Globus
GL-300HD
Goclever
Rider 350 1 Тип процессора
Atlas-IV,
Windows
CE(6,0)
Atlas-IV,
SiRF Atlas-4
ARM11 CPU
Atlas-IV,
2 Taктовая частота ≥ 500МГц
500МГц
500МГц
533Гц
3 Разъем для внешней антенны
+
+
-
-
4 Способ ввода данных
Сенсорный дисплей
Сенсорный дисплей
Сенсорный дисплей
Сенсорный дисплей
5 Размер экрана
≥4"
5"
6"
3,5"
6 Объем энергоне- зависимой памяти
1Гб
2Гб
4Гб
256 Mб
7 Поддержка карт памяти
MikroSDHC,
SD(SDHC) до 32Гб
MikroSDHC,
SD(SDHC) до 32Гб
SD(SDHC) до 32Гб
MMC, SD до 8Гб
8 Навигация.
Расчет площади есть есть нет нет
9 Интерфейс.
Bluetooth есть есть нет нет
10 Цена
200 у. е.
180 у. е.
280 у. е.
220 у. е.
Проанализировав данные таблицы 6.2, можно сделать вывод, что наиболее приемлемой альтернативой является GPS-навигатор типа Globus GL-570W.
6.3 Порядок выполнения лабораторной работы
1 Изучите теоретическую часть данной лабораторной работы.
2 Определите существенные критерии для оценки заданных альтернатив.
3 Определите и установите заданные величины критериев.
4 Выберите необходимую функцию для определения суперкритерия с уче- том сделанных ограничений.
5 Определите наиболее близкую и приемлемую альтернативу.
Варианты систем для выполнения лабораторной работы: 1) процессор;
2) материнская плата; 3) ПЭВМ; 4) звуковая карта; 5) видеокарта; 6) монитор;
7) телефон; 8) автомобильная сигнализация; 9) автомат по сортировке овощей;
10) сканер.

23 6.4Содержание отчета
Отчет должен включать: 1) цель работы; 2) исходные данные; 3) задачи работы; 4) теоретические сведения; 5) ход выполнения работы; 6) выводы.
6.5 Контрольные вопросы
1 Дайте определение понятия «принятие решения».
2 Дайте определения способа «Поиск альтернативы с заданными свойст- вами».
3 Назовите достоинство и недостатки способа «Поиск альтернативы с за- данными свойствами».

24
Лабораторная работа №7. Нахождение паретовского множества
Цель работы: освоить способ нахождения паретовского множества для определения наилучшей альтернативы.
7.1 Теоретические сведения
Способ нахождения паретовского множества  полностью формализуемый способ многокритериального выбора  состоит в отказе от выделения единст- венной «наилучшей» альтернативы и соглашении о том, что предпочтение од- ной альтернативы перед другой можно отдавать тольков случае, если первая по всем критериям лучше второй. Если же предпочтение хотя бы по одному кри- терию расходится с предпочтением по другому, то такие альтернативы призна- ются несравнимыми. В результате попарного сравнения альтернатив все худ- шие по всем критериям альтернативы отбрасываются, а все оставшиеся несрав- нимые между собой принимаются. Если все максимально достижимые значе- ния частных критериев не относятся к одной и той же альтернативе, то приня- тые альтернативы образуют множество Парето и выбор на этом заканчивается.
При необходимости же выбора единственной альтернативы следует привлекать дополнительные соображения: вводить новые добавочные критерии и ограни- чения, бросить жребий либо прибегать к услугам экспертов.
7.2 Примеры выполнения работы
Дано множество (альтернатив) системы «Ноутбук» и основные их (крите- рии) характеристики. Исследуемые альтернативы их характеристик представ- лены в таблице 7.1.
Проанализировав данные таблицы 7.1 и сравнив попарно параметры аль- тернатив, можно сделать вывод, что паретовское множество составляют две альтернативы: альтернатива Toshba Satellite A660 – 10X и альтернатива
HP Pavilion dv – 4045er.
7.3 Порядок выполнения лабораторной работы
1 Изучите теоретическую часть данной лабораторной работы.
2 Определите существенные критерии для оценки заданных альтернатив.
3 Определите и установите заданные величины критериев.
4 Попарно сравните исследуемые альтернативы и все худшие по всем кри- териям отбросьте, а все оставшиеся и несравнимые между собой включите в паретовское множество.

25
Таблица 7.1 – Исследуемые альтернативы и их характеристики
Варианты систем для выполнения лабораторной работы: 1) процессор;
2) материнская плата; 3) ПЭВМ; 4) звуковая карта; 5) видеокарта; 6) монитор;
7) телефон; 8) автомобильная сигнализация; 9) автомат по сортировке овощей;
10) сканер.
7.4Содержание отчета
Отчет должен включать: 1) цель работы; 2) исходные данные; 3) задачи работы; 4) теоретические сведения; 5) ход выполнения работы; 6) выводы.
7.5 Контрольные вопросы
1 Дайте определение способа нахождения паретовского множества.
2 Назовите достоинство и недостатки способа нахождения паретовского множества.
3 Назовите основные требования к построению моделей.
4 Когда необходимо прибегать к дополнительным методам для определе- ния наилучшей альтернативы?
Наименование критерия
Toshba Sa- tellite A660
– 10X
HP Pavilion dv – 4045er
HP Pavilion dv – 7-4120er
1 Количество ядер процессора
4 4
2 2 Тактовая частота процессора, ГГц
1,6 1,6 1,6 3 Диагональ экрана
16 17,3 17,3 4 Объем оперативной памяти, Гб
4096 4096 4096 5 Емкость жесткого диска, Гб
640 640 500 6 Вес, кг
2,62 3,06 3,03 7 Количество актив- ных пикселей каме- ры, Мпикс
1,3 1,3 1,3 8 Стоимость, у. е.
1300 1350 1280

26
Лабораторная работа №8. Выбор альтернативы на языке бинарных
отношений
Цель работы: освоить поиск наилучшей альтернативы на языке бинарных отношений
8.1 Теоретические сведения
Более общий язык, на котором описывается выбор, – это язык бинарных отношений. Его большая, нежели у критериального языка, общность основана на учете того факта, что в реальности дать оценку отдельно взятой альтернати- ве часто затруднительно или невозможно; однако если рассматривать ее не в отдельности, а в паре с другой альтернативой, то находятся основания сказать, какая из них более предпочтительна. Таким образом, основные предположения этого языка сводятся к следующему: 1) отдельная альтернатива не оценивается, т. е. критериальная функция не вводится; 2) для каждой пары альтернатив (х, у)
некоторым образом можно установить, что одна из них предпочтительнее дру- гой либо они равноценны или несравнимы (чаще всего последние два понятия отождествляются); 3) отношение предпочтения внутри любой пары альтерна- тив не зависит от остальных альтернатив, представленных к выбору.
Математически бинарное отношение R на множестве X определяется как определенное подмножество упорядоченных пар (х, у). Удобно использовать обозначение xRy (если х находится в отношении R с у)и x

R
y – в противном случае. Множество всех пар {(х, у), х, у  X} называется полным(«универсаль- ным») бинарным отношением. Поскольку в общем случае не все возможные пары (х, у) удовлетворяют условиям, накладываемым отношением R, бинарное отношение является некоторым подмножеством полного бинарного отношения, т. е. R  Х* Х. Задать отношение – это значит тем или иным способом указать все пары (х, у), для которых выполнено отношение R.
Существует четыре разных способа задания отношений (рисунок 8.1) пре- имущества каждого проявляются при разных характеристиках множества X.
Рисунок 8.1  Способы описания выбора на языке бинарных отношений

27
Первый, очевидный, способ состоит в непосредственном перечислении та- ких пар.Ясно, что он приемлем лишь в случае конечного множества X.
Второй удобный способ задания отношения R на конечном множестве – матричный. Все элементы нумеруются, и матрица отношения R определяется своими элементами а
ij
(R) = {1: x
i
Rx
j
; 0: x
i

R
x
j
} для всех i и j.
Третий способ – задание отношения графом.Вершинам графа G (R) ставят в соответствие (пронумерованные) элементы множества X, и если x
i
Rx
j
, то от вершины x
i
проводят направленную дугу к вершине xj; если же x
i

R
x
j
, то дуга отсутствует.
Для определения отношений на бесконечных множествах используется четвертый способ – задание отношения R сечениями.
Множество называется верхним сечениемотношения R, а множество – нижним сечением.
Иначе говоря, верхнее сечение – это множество всех у  X, которые нахо- дятся в отношении yRx сзаданным элементом х  Х, а нижнее сечение множе- ство всех y  X,скоторыми заданный элемент х находится в отношении R. От- ношение однозначно определяется одним из своих сечений.
8.2 Примеры выполнения работы
Дано множество альтернатив «ноутбук» с помощью способа «Выбор на языке бинарных отношений
»
определим наиболее приемлемую альтернативу.
Основные характеристики системы «ноутбук» заданных альтернатив приведе- ны в таблице 8.1.
Таблица 8.1  Основные критерии и значения заданных альтернатив
Наименование критерия
Toshiba
Satellite A660-
10X (A)
HP
Pavilion dv7-1253ca (В)
Asus
G73JH-
TY031
( С)
1 Количество ядер процессора 4 4
4 2 Вес, кг
2,62 3,52 3,85 3 Диагональ экрана
16 17 17,3 4 Емкость жесткого диска, Гб
640 500 2 х 320 5 Стоимость, у. е.
1100 1200 1700
Произведем описание выбора способом задания матрицы предпочтений

28
Количество
Вес
Диагональ
Емкость
Стоимость ядер
А В С
А В С
А В С
А В С
А В С
А 0 1 А
1 1 А
0 0
А
1 0 А
0 1
В 0
1 В 0
1 В 1
0
В 0
0 В 0
1
С 0 0
С 0 0
С 1 1
С 0 1
С 0 0
Проанализировав данные таблиц, можно сделать вывод, что наиболее при- емлемой альтернативой является альтернатива А (Toshiba Satellite A660-10X) .
8.3 Порядок выполнения лабораторной работы
1 Изучите теоретическую часть данной лабораторной работы.
2 Определите существенные критерии для оценки заданных альтернатив.
3 Определите и установите заданные величины критериев.
4 Выберите необходимый способ описания выбора на языке бинарных от- ношений.
5 Определите наилучшую альтернативу.
Варианты систем для выполнения лабораторной работы: 1) процессор;
2) материнская плата; 3) ПЭВМ; 4) звуковая карта; 5) видеокарта; 6) монитор;
7) телефон; 8) автомобильная сигнализация; 9) автомат по сортировке овощей;
10) сканер.
8.4Содержание отчета
Отчет должен включать: 1) цель работы; 2) исходные данные; 3) задачи работы; 4) теоретические сведения; 5) ход выполнения работы; 6) выводы.
8.5 Контрольные вопросы
1 Назовите и поясните суть четырех способов описания выбора на языке бинарных отношений.
2 Назовите свойства бинарных отношений.
3 Назовите достоинства и недостатки способа в описании выбора на языке бинарных отношений.

29
Лабораторная работа №9. Стратифицированное представление систем
Цель работы: освоить описание систем с помощью страт.
9.1 Теоретические сведения
Сложную систему почти невозможно описать полно и детально, что по существу вытекает уже из определения такой системы. Основная дилемма со- стоит в нахождении компромисса между простотой описания, что является од- ной из предпосылок понимания, и необходимостью учета многочисленных по- веденческих (т. е. типа вход – выход) характеристик сложной системы.
Разрешение этой дилеммы принято искать в иерархическом описании.
Система задается семейством моделей, каждая из которых описывает поведе- ние системы с точки зрения различных уровней абстрагирования. Для каждого уровня существует ряд характерных особенностей и переменных, законов и принципов, с помощью которых и описывается поведение системы.
Чтобы такое иерархическое описание было эффективным, необходима как можно большая независимость моделей для различных уровней системы. Что- бы отличить эту концепцию иерархии от других, используют термин страти- фицированная система, или стратифицированное описание. Уровни абстраги- рования, включающие стратифицированное описание, называют стратами. На каждой страте в иерархии структур имеется свой собственный набор перемен- ных, которые позволяют в значительной степени ограничить изучение только одной стратой.
Независимость страт открывает возможность для более глубокого и де- тального изучения поведения системы; однако, предположение о полной неза- висимости страт было бы неоправданным, поэтому пренебрежение их взаимной зависимостью может привести лишь к неполному пониманию поведения сис- темы в целом. В самом деле, ограничение, скажем, только биологическим ис- следованием системы (человек) уже само по себе означает изоляцию, ибо со- вершенно очевидно, что рассматриваемая система может быть описана, с од- ной стороны, на условие страты химии или физики, а с другой – на страте эко- логии или социологии.
Выбор страт, в терминах которых описывается данная система, зависит от наблюдателя, его знания и заинтересованности в деятельности системы, хотя для многих систем некоторые страты кажутся естественными, внутренне им присущими.
Аспекты описания функционирования системы на различных стратах в общем случае не связаны между собой, поэтому принципы и законы, используемые для характеристики системы на любой страте, в общем случае не могут быть выведены из принципов, используемых на других стратах. Поэтому стратифицированное описание есть описание одной и той же системы с различ- ных точек зрения.
На каждой страте имеется свой собственный набор терми- нов, концепций и принципов. То, что является объектом рассмотрения на дан- ной страте, более подробно раскрывается на нижерасположенной страте; эле-

30
мент становится набором; подсистема на данной страте является системой для нижележащей страты.
9.2 Пример выполнения работы
Рассмотрим систему «Машина, генерирующая текст». Данная система имеет лишь один выход – реальное физическое «произношение» литератур- ного текста. Управление же системой может быть описано с помощью четы- рех страт (см. рисунок 9.1).
Страта 3: Предложения
Рисунок 9.1 – Представление машины, генерирующей текст с помощью страт
Первая страта имеет дело с генерацией букв, причем система описывается как машина, производящая звуки. На второй страте осуществляется объединение букв в последовательности, которые воспринимаются как слова в грамматике данного языка: система рассматривается как машина, производящая слова. На третьей страте система рассматривается с точки зрения построения предложений в соответствии с заданными синтаксическими и семантическими правилами. Наконец, на четвертой страте система оценивается в соответствии с определенными литературно-эстетическими стандартами с точки зрения стиля и литературной ценности всей композиции.
9.3 Порядок выполнения лабораторной работы
1 Изучите теоретическую часть данной лабораторной работы.
2 Определите основные уровни описания заданной системы.
3 Представьте исследуемую систему с помощью страт.
Страта 4: Композиция
Страта 2: Слова
Страта 1: Звуки

31
Варианты систем для выполнения лабораторной работы: 1) процессор;
2) материнская плата; 3) ПЭВМ; 4) звуковая карта; 5) видеокарта; 6) монитор;
7) телефон; 8) автомобильная сигнализация; 9) автомат по сортировке ово- щей; 10) сканер.
9.4Содержание отчета
Отчет должен включать: 1) цель работы; 2) исходные данные; 3) задачи работы; 4) теоретические сведения; 5) ход выполнения работы; 6) выводы.
9.5 Контрольные вопросы
1 Дайте определение многоуровневой иерархической системы.
2 Назовите основные виды иерархий.
3 Дайте понятие терминов «страта», «слой» и «эшелон».
4 От чего зависит выбор страт?

32
Методические указания по выполнению курсовой работы
Курсовая работа является заключительным этапом изучения предмета
«Общая теория систем». Целью курсовой работы является систематизация, за- крепление и расширение теоретических знаний и практических навыков, полу- ченных на лекционных занятиях, развитие умения построения моделей состава и моделей структуры объектов современных информационных технологий.
Основными задачами курсовой работы являются: 1) разработка структур- ной схемы заданного технического устройства или программного продукта с выявлением иерархической структуры рассматриваемого объекта;
2) разработ- ка модели состава и модели структуры заданного объекта;
3) выбор техниче- ского решения, наиболее полно удовлетворяющего заданию по курсовой рабо- те. Выбор производится из нескольких возможных технических решений на ос- новании анализа достижений в области ремонта радиоэлектронной техники.
Тематика курсовой работы по специальности определяется следующими основными направлениями:
1) анализ современных информационных технологий с позиций общей теории систем. Разработка программных средств для решения задач передачи и преобразования информации.
2) анализ объектов вычислительной техники с позиций общей теории сис- тем. Проведение измерений производительности оборудования.
3) анализ электронных объектов в рамках общей теории систем. Разработ- ка концепции построения электронных устройств и систем.
Перечень тем курсовых работ
1 Анализ модели состава и модели структуры интерфейса USB 2.0.
2 Анализ модели состава и модели структуры интерфейса FireWire (IEEE
1394).
3 Анализ модели состава и модели структуры интерфейса Wi-Fi (IEEE
802.11 a/b/g/n).
4 Разработка модели состава и модели структуры электронной системы удаленного управления технологическими процессами.
5 Разработка модели состава и модели структуры электронной системы
«умный дом».
6 Разработка модели состава и модели структуры электронной системы безопасности коттеджа с удаленным управлением.
7 Разработка модели состава и модели структуры электронной системы отопления и вентиляции коттеджа с удаленным управлением.
8 Анализ модели состава и модели структуры кластерной вычислительной системы.
9 Анализ модели состава и модели структуры массивно-параллельной вы- числительной системы.
10 Анализ модели состава и модели структуры векторной вычислительной системы.

33 11 Анализ модели состава и модели структуры ОС Windows 2000/XP.
12 Анализ модели состава и модели структуры «модели передачи данных
Open Systems Interconnection – OSI».
13 Анализ модели состава и модели структуры интерфейса CAN.
14 Анализ модели состава и модели микроконтроллера Microchip
PIC18F2580.
15 Анализ модели состава и модели структуры глобальной системы связи с подвижными объектами (Global System for Mobile Communications – GSM
900/1800).
16 Анализ модели состава и модели структуры системы многостанционно- го доступа с кодовым разделением каналов (Code Division Multiple Access –
CDMA).
17 Анализ модели состава и модели структуры Active Directory (Windows
2000 Server).
18 Анализ модели состава и модели структуры протокола TCP/IP.
19 Анализ модели состава и модели структуры службы имён доменов
(Domain Name Service – DNS).
20 Анализ модели состава и модели структуры протокола динамического конфигурирования узла (Dynamic Host Configuration Protocol – DHCP).
21 Описание входов и выходов персональной ЭВМ. Построение модели состава и модели структуры ПЭВМ.
22 Описание входов и выходов графического адаптера ЭВМ. Построение модели состава и модели структуры графического адаптера ЭВМ.
23 Описание входов и выходов звукового адаптера ЭВМ. Построение мо- дели состава и модели структуры звукового адаптера ЭВМ.
24 Анализ модели состава и модели структуры интерфейса Bluetooth
(IEEE 802.15).
25 Анализ модели состава и модели структуры формата Mpeg Layer 3
(MP3).
26 Анализ модели состава и модели структуры формата JPEG.
27 Анализ модели состава и модели структуры форматов WAV и BMP.
28 Анализ модели состава и модели структуры SDR SDRAM.
29 Анализ модели состава и модели структуры модулей памяти DDR1
SDRAM.
30 Анализ модели состава и модели структуры модулей памяти DDR2
SDRAM.

34
Методика выполнения курсовой работы. В процессе работы студент дол- жен расширить и углубить теоретические и практические знания в области об- щей теории систем. Приступить к работе нужно с детального изучения инди- видуального задания. При этом необходимо уяснить цель работы, сформулиро- вать основные, подлежащие разработке вопросы, оценить специфические тре- бования задания. После того, как сформулированы цели и задачи, необходимо четко спланировать порядок выполнения курсовой работы на весь период ра- боты над ней. Здесь следует предусмотреть подбор и изучение подходящей технической литературы, повторение отдельных дисциплин учебного плана, разработку схем анализируемого изделия, разработку расчетной части (при не- обходимости).
После написания курсовой работы руководитель проверяет пояснительную записку и графическую часть, а также работоспособность компьютерной про- граммы, если работа имеет такое исполнение, и определяет готовность курсо- вой работы в целом.
Курсовая работа состоит из пояснительной записки (ПЗ) и графической части (если необходимо). Содержание пояснительной записки определяется за- данием. Так, например, при разработке программных средств для решения за- дач передачи и преобразования информации в пояснительной записке должны быть отражены следующие вопросы:
– введение (необходимо кратко изложить задание, обосновать важность, актуальность и альтернативы рассматриваемой технологии или системы. Опре- делить цель и задачи исследуемой системы).
1 Модель состава системы (необходимо выполнить анализ заданной сис- темы, выделить функциональные единицы, узлы, подсистемы и элементы, оп- ределить их назначение и основные характеристики).
1.1 Определение входов и выходов исследуемого объекта.
1.2 Анализ состава объекта.
1.3 Назначение и характеристики составных элементов объекта.
2 Модель структуры системы (необходимо выполнить анализ заданной системы, выделить связи между элементами, подсистемами, а также отношения между ними, определить их вид, параметры и назначение).
2.1 Определение элементов и связей между ними.
2.2 Анализ связей между элементами системы.
3 Структурная схема системы (указать и описать все элементы системы, все связи между элементами внутри системы и связи определенных элементов с окружающей средой).
3.1 Разработка структурной схемы устройства.
3.2 Разработка иерархической структуры устройства.

35 4 Описание работы системы.
Заключение.
Список используемой литературы.
Приложение А – Листинг программы.
Объем ПЗ должен быть в пределах 15–20 страниц печатного текста.
Материал ПЗ располагается в следующем порядке.
Титульный лист ( приложение А)
Задание по курсовой работе (приложение Б)
Содержание (оглавление)
Введение
Разделы курсовой работы
Заключение
Список литературы
Приложение
Оформление ПЗ осуществляется в соответствии с требованиями стандар- та предприятия СТП01 2010. Дипломные проекты (работы). Общие требова- ния. – Минск : БГУИР, 2010.

36
Рекомендуемая литература
1 Гулякина, Н. А. Общая теория систем [Электронный ресурс]: электрон- ный учебно-методический комплекс.  Минск : БГУИР, 2007 (Кафедра интел- лектуальных информационных технологий).
2 Перегудов, Ф. И. Введение в системный анализ / Ф. И. Перегудов,
Ф. П. Тарасенко. – М. : Высш. шк., 1989.
3 Клир, Дж. Системология. Автоматизация решения системных задач /
Дж. Клир. – М. : Радио и связь, 1990.
4 Месарович, М. Общая теория систем : математические основы /
М. Месарович, И. Такахара. – М. : Мир, 1978.
5 Попов, Э. В. Статические и динамические экспертные системы /
Э. В. Попов [и др.]. – М. : Финансы и статистика, 1996.
6 Сурмин, Ю. П. Теория систем и системный анализ : учеб. пособие /
Ю. П. Сурмин. – Киев : МАУП, 2003.
7 Купер, Дж. Вероятностные методы анализа сигналов и систем /
Дж. Купер, К. Макгиллем. – М. : Мир, 1989.
8 Отнес, Р. Прикладной анализ временных рядов / Р. Отнес, Л. Эноксон. –
М. : Мир, 1982.
9 Поспелов, Д. А. Ситуационное управление : теория и практика /
Д. А. Поспелов. – М. : Наука, 1986.

37
Приложение А
(обязательное)
Пример оформления титульного листа
Белорусский государственный университет информатики
и радиоэлектроники
Кафедра инженерной психологии и эргономики
КУРСОВАЯ РАБОТА ПО ДИСЦИПЛИНЕ «ОБЩАЯ ТЕОРИЯ СИСТЕМ»
ТЕМА: РАЗРАБОТКА МОДЕЛИ СОСТАВА И МОДЕЛИ СТРУКТУРЫ
ЭЛЕКТРОННОЙ СИСТЕМЫ БЕЗОПАСНОСТИ КОТТЕДЖА
С УДАЛЕННЫМ УПРАВЛЕНИЕМ
Выполнил студент гр. 810901
(А. М. Ермаков)
Проверил профессор каф. ИПиЭ
(Л. П. Пилиневич)
Минск, 2011

38
Приложение Б
Пример оформления задания по курсовой работе
Белорусский государственный университет информатики и радиоэлектроники
Факультет компьютерного проектирования
«УТВЕРЖДАЮ»
Заведующий кафедрой ИПиЭ
К.Д. Яшин
16 февраля 2011 г.
З А Д А Н И Е
по курсовой работе
Студенту
Ермакову Алексею Михайловичу
1. Тема курсовой работы: А
нализ модели состава и модели структуры стандарта
сотовой связи GSM
2. Дата защиты курсовой работы 25.05.2011 г.
3. Исходные данные для курсовой работы
1) стандарт сотовой связи GSM; 2) общая теория систем: лабораторный практикум для
студентов всех форм обучения по специальности: 1-58 01 01 «Инженерно-психологическое
обеспечение информационных технологий», Минск: БГУИР,2011; 3) Положение об органи-
зации и проведении курсового проектирования в БГУИР. – Минск: БГУИР 2010 г.
4. Cодержание пояснительной записки
Введение. 1. История развития стандарта сотовой связи GSM: достоинства и недостат-
ки. 2. Модель черного ящика «Стандарт сотовой связи GSM». 3. Модель состава системы
«Стандарт сотовой связи GSM». 4. Описание работы системы. Заключение. Список ис-
пользуемой литературы. Приложение.
5. Консультант по курсовой работе профессор Л. П. Пилиневич
6. Дата выдачи задания 16. 02.2011 г.
7. Календарный график выполнения курсовой работы.
разделы 1,2–к 16.03.2011 г.
 30%
разделы 3,4–к 13.04.2011 г.
 40%
разделы 5,6,7–к 11.05.2011г.
 30%
Руководитель курсовой работы
Л. П. Пилиневич
Задание принял для исполнения
А. М. Ермаков
(дата и подпись студентов)

39
Св. план 2010, поз. 21
Учебное издание
Пилиневич Леонид Петрович
Гулякина Наталья Анатольевна
Яцук Андрей Николаевич
ОБЩАЯ ТЕОРИЯ СИСТЕМ
Лабораторный практикум для студентов специальности
1-58 01 01 «Инженерно-психологическое обеспечение информационных технологий» всех форм обучения
Редактор Т. Н. Крюкова
Корректор А. В. Тюхай
Подписано в печать
Формат 60х84 1/16.
Бумага офсетная.
Гарнитура «Таймс».
Отпечатано на ризографе. Усл. печ. л.
Уч.-изд. л. 2,0.
Тираж 70 экз.
Заказ 344.
Издатель и полиграфическое исполнение: учреждение образования
«Белорусский государственный университет информатики и радиоэлектроники»
ЛИ №02330/0494371 от 16.03.2009. ЛП №02330/0494175 от 03.04.2009.
220013, Минск, П. Бровки, 6