Программы учебных дисциплин.

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО НАУЧНЫХ ОРГАНИЗАЦИЙ РОССИИ
Федеральное государственное бюджетное учреждение науки
Институт программных систем им. А.К. Айламазяна Российской академии наук
«Утверждаю»
Директор ИПС им. А.К. Айламазяна РАН
член-корреспондент РАН
С.М. Абрамов
«27» октября 2014г.
УЧЕБНЫЕ ПРОГРАММЫ ДИСЦИПЛИН
Направление подготовки 09.06.01 - Информатика и вычислительная техника
Квалификация Исследователь. Преподаватель - исследователь
Форма обучения очная, заочная
Переславль-Залесский
2014
Содержание
«Моделирование и поддержка принятия решений в медицинских
информационных системах».......................................................................................... 3
«Проектирование медицинских информационных систем» .................................. 5
«Математическое моделирование и планирование эксперимента» ...................... 7
«Математические методы оптимизации и принятия решений» ............................ 9
«Математические основы распознавания образов» .............................................. 13
«Моделирование вычислительных систем» .......................................................... 16
«Математическое и программное обеспечение вычислительных машин,
комплексов и компьютерных сетей» .......................................................................... 20
«Системный анализ, управление и обработка информации» .............................. 29
«История и философия науки»................................................................................ 37
«Основы педагогики и психологии высшей школы» ........................................... 42
«Библиографические наукоемкие информационные ресурсы»........................... 43
«Иностранный язык (английский)» ........................................................................ 45
2
«Моделирование и поддержка принятия решений в медицинских
информационных системах»
(Блок1 «Дисциплины и (модули)», Вариативная часть, дисциплины по выбору,
5.5 зачетные единицы, 198 часов)
1. Цели и задачи курса
Проблемы моделирования лечебно-диагностических процессов (ЛДП) и
поддержки принятия врачебных решений весьма сложны. Объясняется это
сложностью предметной области (медицина), ее недостаточной формализацией,
постоянным бурным ростом знаний в области медицины. С другой стороны
бурное развитие информационных технологий, в особенности связанных с
искусственным интеллектом и большими данными, открывает перед медицинской
информатикой новые широкие возможности. Целью курса является введение
аспирантов в современную проблематику медицинской информатики в части
моделирования ЛДП и поддержки принятия врачебных решений. Формулируются
проблемы в указанной области и возможные подходы к их решениям. Курс имеет
ярко выраженный междисциплинарный характер. Основная задача курса –
послужить введением в указанную проблематику и привлечь начинающих
исследователей к решению затронутых в курсе проблем, а также знакомство с
современными методами искусственного интеллекта и методами работы с
большими данными.









2. Содержание курса
Введение в проблематику курса. Медицинские научные знания и эмпирические
медицинские знания. Проблема формализации медицинских научных знаний.
Прецедентный характер принятия решений в медицине. Доказательная медицина.
Эффективность прецедентного подхода.
Проблема выбора подхода к моделированию ЛДП. Статистические модели ЛДП,
стандарты оказания медицинской помощи.
Динамические процессные модели ЛДП. Технологическая модель Назаренко и
Осипова.
Марковские динамические управляемые модели ЛДП.
Продукционные системы поддержки принятия решений. СППР Сакрал.
СППР на базе прецедентного подхода. Модель прецедента, проблема поиска
релевантных прецедентов. Методы нормализации, обобщения и кластеризации
медицинских данных. Применение графов тесного мира.
Система IBM Watson.
Интеллектуальные методы извлечения данных из свободных медицинских
текстов. Медицинские онтологии. Методы семантической разборки текстов
лечебно-диагностических назначений.
3
3. Список литературы
Основная:
1. Загоруйко Н.Г. Прикладные методы анализа данных и знаний // —
Новосибирск: ИМ им. С.Л.Соболева СО РАН, 1999.
2. Назаренко Г.И., Осипов Г.С. Основы теории медицинских технологических
процессов. Том 1. – М.: Физматлит, 2005.
Дополнительная:
1. Гельфанд И.М., Розенфельд Б.И., Шифрин М.А. Очерки о совместной работе
математиков и врачей. – М.: Едиториал УРСС, 2005.
2. Бритвина Е., Крылов В. Графовые модели данных и алгоритмы для
рекомендательных систем (2015) LAP Lambert Academic Publishing.
4
«Проектирование медицинских информационных систем»
(Блок 1 «Дисциплины и (модули)», Вариативная часть, дисциплины по выбору,
5.5 зачетные единицы, 198 часов)
1. Цель дисциплины.
Углубленное изучение основных положений теории систем и теории
информации применительно к разработке больших информационных систем (на
примере медицины).
2.Содержание курса
1.
Краткий обзор курса
2.
Основные положения теории систем
3.
Основные положения теории информации
4.
Информационные системы: определения, классификация
5.
Нормативно-методическое обеспечение разработки и создания
информационных систем
6.
Жизненный цикл информационной системы
6.1. Основные процессы жизненного цикла
6.2. Организация жизненного цикла
6.3. Процессы соглашения (с точки зрения поставщика информационной
системы)
6.4. Формирование видения разработки. Модель Захмана
7.
Основы теории моделей
8.
Модели жизненного цикла информационной системы
9.
Модели разработки информационной системы
10. Моделирование процессов в организации заказчика информационной
системы
10.1. Общие подходы
10.2. Особенности моделирования бизнес-процессов в медицинской организации
11. Нотация моделирования бизнес-процессов BPMN
12. Практика моделирования бизнес-процессов
12.1. «Философия» моделирования
12.2. Методика моделирования
12.3. Формирование конечного результата
13. Основы системных моделей. Нотация универсального языка моделирования
UML
14. Итоги курса
3. Список литературы
Основная:
5
1. Болтянский В.Г. Математическая теория систем // --- 1986 г.
2. Винер Н. Кибернетика, или Управление и связь в животном и машине. / Пер. с
англ. И.В. Соловьева и Г.Н. Поварова; Под ред. Г.Н. Поварова. – 2-е издание. – М.:
Наука; Главная редакция изданий для зарубежных стран, 1983. – 344 с.
3. Вендров A.M. Проектирование программного обеспечения экономических
информационных систем: Учебник. — 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Финансы и
статистика, 2005. - 544 с: ил.
Дополнительная:
1. International Standard ISO/IEC 19510 «Information technology — Object
Management Group Business Process Model and Notation» // — ISO, IEC, Reference
number ISO/IEC 19510:2013(E), 2013.
2. Гельфанд И.М., Розенфельд Б.И., Шифрин М.А. Очерки о совместной работе
математиков и врачей (2-е, дополненное издание). - М. УРСС, 2004.
6
«Математическое моделирование и планирование эксперимента»
(Блок1 «Дисциплины и (модули)», Вариативная часть, дисциплины по выбору,
5.5 зачетные единицы, 198 часов)
1. Цель дисциплины:
углубленное изучение методов моделирования сложных систем и
статистического анализа результатов моделирования, методов планирования
машинных экспериментов и статистической обработки их результатов.
2. Содержание курса
Тема 1. Основные понятия компьютерного моделирования.
Предмет курса, цели и задачи. Содержание курса и его связь с другими
дисциплинами. Понятие модели. Классификация видов моделирования.
Логическая структура моделей. Триада математического моделирования.
Построение моделирующих алгоритмов: формализация и алгоритмизация
процессов. Универсальность математических моделей.
Тема 2. Математические модели сложных систем.
Понятие сложной системы. Математические модели. Классификация
математических моделей. Непрерывно-детерминированные,
дискретно-детерминированные, дискретно-вероятностные и
непрерывно-вероятностные модели.
Тема 3. Имитационное моделирование сложных систем.
Сравнительный анализ аналитических и имитационных моделей. Модельное
время. Временная диаграмма. Этапы имитационного моделирования. Способы
имитации.
Тема 4. Погрешности и статистический анализ измерений
Погрешности косвенных измерений. Учет погрешности в записи окончательного
результата измерения. Порядок выполнения округления. Линеаризация данных.
Метод наименьших квадратов.
Тема 5. Статистический анализ результатов моделирования.
Оценивание вероятностных распределений и их числовых характеристик.
Проверка адекватности моделей. Оценка точности и достоверности результатов
моделирования. Статистическое исследование зависимостей.Статистическая
проверка гипотез.Гипотеза совпадения экспериментального среднего и известного
значения.Гипотеза совпадения двух независимых средних величин.Гипотеза о
линейности данных.
Тема 6. Моделирование многомерных дискретных динамических стохастических
систем
Моделирование многомерных динамических стохастических систем в
нормальном режиме функционирования; в аномальном режиме
функционирования. Системы с резервированием информационных датчиков.
7
Точность оценивания.
Тема 7. Статистическая обработка результатов эксперимента
Принятие решений перед планированием эксперимента. Матричный подход к
регрессионному анализу. Метод наименьших квадратов для одного фактора.
Полный факторный эксперимент типа. Дробный факторный эксперимен. Оценки
коэффициентов функции отклика в дробном факторном эксперименте. Выбор
оптимальных условий эксперимента.
Тема 8. Планирование машинных экспериментов
Методы теории планирования экспериментов. Стратегическое планирование
машинных экспериментов. Тактическое планирование машинных экспериментов.
Обработка и анализ результатов моделирования. Фиксация и статистическая
обработка результатов моделирования. Анализ и интерпретация результатов
машинного моделирования
1.
2.
3.
4.
1.
2.
3. Список литературы
Основная:
Калашников В.В., Рачев С.Т. Математические методы построения стохастических
моделей обслуживания. М.:Наука, 1988 – 311 с.
Самарский А.А., Михайлов А.П. Математическое моделирование: идеи, методы,
примеры. М.: Наука. Физматлит, 1997 – 320 с.
Сизиков В.С. Математические методы обработки результатов измерений. СПб.:
Политехника, 2001 – 239 с.
Цирлин А.М. Методы усреднённой оптимизации и их приложения. – М.: Наука.
Физматлит, 1997. – 304
Дополнительная:
Математические методы системного анализа. Под.ред. В.Н.Добрынина,
А.Н.Шабашовой. Дубна, «Дубна», 2005 – 238 с.
Серафинович Л.П. Планирование эксперимента. Томск, В-Спектр, 2006 – 127 с.
8
«Математические методы оптимизации и принятия решений»
«Дисциплины и (модули)», Вариативная часть, дисциплины по выбору, 5.5
зачетные единицы, 198 часов)
1. Цель дисциплины:
углубленное изучение оптимизационного подхода к проблемам управления и
принятия решений, методов усредненной оптимизации и их приложений.
2. Содержание курса
1. Модели и методы принятия решений
Постановка задач принятия решений. Классификация задач принятия решений.
Этапы решения задач.
Методы формирования исходного множества альтернатив. Морфологический
анализ.
Методы оценки альтернатив. Классификация методов. Многокритериальные
задачи. Множества компромиссов и согласия, построение множеств. Функция
полезности. Аксиоматические методы многокритериальной оценки. Прямые
методы многокритериальной оценки альтернатив. Методы нормализации
критериев. Характеристики приоритета критериев.
Методы аппроксимации функции полезности. Принятие решений в условиях
неопределенности. Статистические модели принятия решений. Методы
глобального критерия. Критерий максиминный.
Принятие коллективных решений. Теорема Эрроу и ее анализ. Правила
большинства, Кондорсе, Борда. Парадокс Кондорсе.
Модели и методы принятия решений при нечеткой информации. Нечеткие
множества. Основные определения и операции над нечеткими множествами.
Нечеткое моделирование. Задачи математического программирования при
нечетких исходных условиях. Задача оптимизации на нечетком множестве
допустимых условий.
Игра как модель конфликтной ситуации. Классификация игр. Цены и
оптимальные стратегии. Чистые и смешанные стратегии. Функция потерь при
смешанных стратегиях. Геометрическое представление игры. Нижняя и верхняя
цены игр, седловая точка. Принцип минимакса. Решение игр. Доминирующие и
полезные стратегии. Нахождение оптимальных стратегий.
2. Оптимизация и математическое программирование
Оптимизационный подход к проблемам управления и принятия решений.
Допустимое множество и целевая функция. Формы записи задач математического
программирования. Классификация задач математического программирования.
Необходимые и достаточные условия оптимальности. Локализация и
расширение задачи условной оптимизации.
Постановка задачи линейного программирования. Стандартная и каноническая
9
формы записи. Гиперплоскости и полупространства. Допустимые множества и
оптимальные решения задач линейного программирования. Выпуклые множества.
Крайние точки и крайние лучи выпуклых множеств. Теоремы об отделяющей,
опорной и разделяющей гиперплоскости. Представление точек допустимого
множества задачи линейного программирования через крайние точки и крайние
лучи. Условия существования и свойства оптимальных решений задачи линейного
программирования. Опорные решения системы линейных уравнений и крайние
точки множества допустимых решений. Симплекс-метод.
Общая постановка задачи математического программирования.
Двойственные
задачи.
Критерии
оптимальности,
доказательство
достаточности. Теорема равновесия, ее следствия и применения. Геометрическая
интерпретация двойственных переменных. Характер зависимости оптимальных
решений задачи линейного программирования от параметров.
Локальный и глобальный экстремум. Необходимые условия безусловного
экстремума дифференцируемых функций. Теорема о седловой точке. Выпуклые
функции и множества, выпуклые оболочки. Необходимые условия экстремума
дифференцируемой функции на выпуклом множестве. Условия Куна-Таккера.
Задачи об условном экстремуме и метод множителей Лагранжа.
Понятие о негладкой выпуклой оптимизации. Субдифференциал.
Классификация методов безусловной оптимизации. Скорости сходимости.
Методы нулевого порядка. Методы покоординатного спуска, Хука-Дживса,
сопряженных
направлений.
Методы
деформируемых
конфигураций.
Симплексные методы. Комплекс-методы. Решение задач многокритериальной
оптимизации методами прямого поиска.
Методы первого порядка. Градиентные методы. Методы второго порядка.
Метод Ньютона и его модификации. Квазиньютоновские методы. Методы
переменной метрики. Методы сопряженных градиентов. Конечно-разностная
аппроксимация производных.
Основные подходы к решению задач с ограничениями. Классификация задач и
методов. Метод проекции градиента. Методы сведения задач с ограничениями к
задачам безусловной оптимизации. Методы внешних и внутренних штрафных
функций. Комбинированный метод проектирования и штрафных функций.
Задачи стохастического программирования и методы их численного решения.
Методы и задачи дискретного программирования. Задачи целочисленного
линейного программирования. Методы отсечения Гомори. Метод ветвей и границ.
Задача о назначениях. Венгерский алгоритм. Задачи оптимизация на сетях и
графах.
Метод динамического программирования для многошаговых задач принятия
решений. Принцип оптимальности Беллмана. Основное функциональное
уравнение. Вычислительная схема метода динамического программирования.
10
Методы усредненной оптимизации, усредненная задача математического
программирования. Общие свойства ее решения.
3. Основы теории оптимального управления
Постановка задачи оптимального управления для объектов,
характеризующихся обыкновенными дифференциальными уравнениями.
Принцип максимума Понтрягина. Особые и скользящие режимы.
Вырожденные решения. Понятие о магистральных решениях.
Программное управление и управление в форме синтеза. Динамическое
программирование Беллмана.
Управление в системах с обратной связью. Математическое описание объектов
управления: пространство состояний, передаточные функции, структурные схемы.
Структуры систем управления: разомкнутые системы, системы с обратной
связью, комбинированные системы. Динамические и статические характеристики
систем управления: переходная и весовая функции и их взаимосвязь, частотные
характеристики. Типовые динамические звенья и их характеристики.
Понятие об устойчивости систем управления. Устойчивость по Ляпунову,
асимптотическая, экспоненциальная устойчивость. Устойчивость по первому
приближению. Функции Ляпунова. Теоремы об устойчивости и неустойчивости.
Критерии Ляпунова, Гурвица, Михайлова.
Методы синтеза обратной связи. Качество процессов управления в линейных
динамических системах. Показатели качества переходных процессов. Методы
оценки качества.
3. Список литературы
Основная:
1. Вентцель Е.С. Исследование операций. Задачи, принципы, методология.
2. Васильев Ф.П. Методы оптимизации. М.: Факториал Пресс, 2002.
3. Цыпкин Я.З. Основы теории автоматических систем. М.: Наука, 1977.
4. Гурман В.И. Принцип расширения в экстремальных задачах. М. Физматлит.
1997.
5. Цирлин А.М. Методы усредненной оптимизации и их приложения. М.
Физматлит. 1997.
6. Емельянов С.В., Коровин С.К., Бобылёв Н.А. Метод нелинейного анализа в
задачах управления и оптимизации. – М.: Едиториал УРСС, 2002. – 120 с.
7. Кротов В.Ф., Гурман В.И. Методы и задачи оптимального управления. – М.:
Наука, 1973. – 448 с.
Дополнительная:
1.Емельянов С.В., Коровин С.К. Новые типы обратной связи. Управление при
неопределенности. М.: Наука, 1997.
2. Теория автоматического управления. Ч. 1 и 2 / Под ред. А.А. Воронова. М:
Высшая школа, 1986.
11
3. Попов Е.Н. Теория нелинейных систем автоматического управления.
М.: Наука, 1988.
4. Иоффе А.Д., Тихомиров В.М., Теория экстремальных задач. М. Физматлит.
1974.
5. Аграчев А.А., Сачков Ю.Л. Геометрическая теория управления. – М.:
ФИЗМАТЛИТ, 2005. – 392 с.
6. Батурин В.А., Урбанович Д.Е. Приближенные методы оптимального
управления, основанные на принципе расширения. – Новосибирск: Наука. Сиб.
предприятие РАН, 1997. – 175 с.
12
«Математические основы распознавания образов»
(Блок 1 «Дисциплины и (модули), Вариативная часть, дисциплины по выбору,
5.5 зачетные единицы, 198 часов)
1. Цель дисциплины:
формирование целостной картины проблемы распознавания образов, знакомство с
математическими постановками задач распознавания и выработка практических
навыков работы с алгоритмами распознавания.
2. Содержание курса
Тема 1. Математические постановки задач распознавания образов
Алгебраический подход (постановка задачи распознавания по Журавлеву Ю.И.).
Алгоритм вычисления оценок (АВО) как универсальный язык описания процедур
распознавания. Метод комитетов. Постановка задачи на основе нейросетевых
технологий. Эвристические методы распознавания.
Тема 2. Методы оценки информативности признаков
Взаимосвязь размерности вектора признаков и эффективности распознавания.
Формирование признакового пространства. Выбор оптимального набора
информативных признаков. Оценка и критерии информативности признаков.
Информационный способ оценки независимых признаков. Выбор системы
зависимых признаков. Метод последовательного сокращения (DEL). Метод
последовательного добавления признаков (ADD). Комбинированный метод
(ADD-DEL). Метод случайного поиска с адаптацией. Оценка информативности
признаков по методу Журавлева Ю.И.
Тема 3. Методы выделения и распознавания локальных объектов на изображениях
Выделение и измерения параметров локальных объектов на растровом
изображении. Выделение отрезков линий. Нахождение дуг окружностей.
Определение ориентации трехмерных полутоновых и бинарных объектов.
Восстановление трехмерной информации по двум центральным проекциям.
Функции Радемахера. Преобразования Уолша, Адамара, Хаара и их использование
для анализа изображений. Волновой алгоритм выделения объектов. Выделение
объектов методом гистограмм. Практическое обнаружение и распознавание
объектов на космических снимках.
Тема 4. Методы прогнозирования данных, сжатия и фильтрации изображений на
нейронных сетях
Прогнозирование и интерполяция данных на нейронных сетях. Сжатие
изображений нейронными сетями прямого распространения. Сжатие на основе
сети Кохонена. Фильтрация изображений на нейронных сетях.
Тема 5. Математические методы распознавания образов
Метод комитета большинства. Проблемы и решения. Решение задачи комитета на
основе комбинации ИНС. Распознавание образов на основе теории фракталов.
13
Метод группового учета аргументов (МГУА). Метод потенциальных функций.
Эвристические метод распознавания образов по Журавлеву Ю.И. Метод
предельных упрощений (МПУ). Распознавание объектов как классификация
отображений
Тема 6. Распознающие автоматы и сети
Распознающие автоматы. Сети Петри. Распознавание на основе обыкновенных
сетей Петри. Раскрашенные сети Петри и их применение для work-flow процессов.
Вероятностные нейронные сети. Нечеткие нейронные сети. Сети Байеса.
Тема 7. Решение оптимизационных задач
Оптимизация и нейронные сети. Задачи коммивояжера (Cети Хопфилда и
Кохонена). Сети Поттса. Решение задачи канальной трассировки генетическим
алгоритмом. Определение оптимальных параметров настройки регуляторов
генетическим методом с нечеткими оценками качества. Задачи преследования и
уклонения.
Тема 8. Методы и алгоритмы анализа многомерных данных
Кластеризация и построение деревьев решений. Метод С4.5, метод CART.
Расширение методов. Иерархические и неиерархические методы кластеризации.
Алгоритм k-means. Проблема начального размещения кластеров. Задачи
кластеризации текстовых документов.
Тема 9. Прикладные задачи и системы распознавания
Задачи биометрической идентификации. Распознавание образов в медицине.
Классификация текстов. Задача распознавания образов в системе автономного
адаптивного управления. Системы оценки надежности и технической
диагностики. Распознавание в задачах медицинской диагностики. Построение
систем технического зрения (роботы). Современные методы образного анализа
данных.
Тема 10. Ассоциативные машины и нейрокомпьютеры
Ассоциативные машины. Адаптивная резонансная теория (АРТ).
Функционирование сети APT в процессе классификации. Концепция построения
нейрокомпьютера.
3. Список литературы
Основная:
1. Загорулько Н.Г. Прикладные методы анализа данных и знаний.
2. Мазуров Вл.Д., Хачай М.Ю. Комитеты систем линейных .
3. Джордж Ф. Люгер. Искусственный интеллект. Стратегии и методы решения
сложных проблем. – М.: Издательский дом Вильямс, 2003.- 864 с.
4. Журавлев Ю.И. Об алгебраических методах в задачах распознавания и
классификации// Распознавание. Классификация. Прогноз. Математические
методы и их применение. Вып. 1. – М.: Наука. 1989, с. 9-16.
14
5. Журавлев Ю.И., Гуревич И.Б. Распознавание образов и распознавание
изображений // Распознавание, классификация, прогноз. Математические методы
и их применение. Вып. 2. – М.: Наука, 1989, с. 5-72.
6. Ричард М. Кроновер. Фракталы и хаос в динамических системах. Основы
теории.
Дополнительная:
1. Методы компьютерной обработки изображений./Под редакцией В.А. Сойфера –
М.: Физматлит, 2003.-784с
2. Хайкин С. Нейронные сети: полный курс. – М.: Издательский дом «Вильямс»,
2006. –1104 с.
3. Потапов А.А. Фракталы в радиофизике и радиолокации: Топология выборки.
Издательство: Университетская книга, 2005. - 848 стр.
4. Искусственный интеллект: междисциплинарный подход/ Под ред. Д.И.
Дубровского и В.А. Лекторского. – М.: Иинтел, 2006. – 448 с.
5. Потапов А.С. Распознавание образов и машинное восприятие: Общий подход на
основе принципа минимальной длины описания. – СПб.: Политехника, 2007. – 548
с
6. Федотов Н.Г. Теория признаков распознавания образов на основе
стохастической геометрии и функционального анализи. – М.: ФИЗМАТЛИТ, 2009.
– 304 с.
15
«Моделирование вычислительных систем»
(Блок1 «Дисциплины и (модули)», Вариативная часть, дисциплины по выбору,
5.5 зачетные единицы, 198 часов)
1. Цель курса: обучение методам математического моделирования, необходимых
для изучения принципов действия, анализа и синтеза вычислительных систем и их
элементов.
2. Содержание курса
Тема 1. Вводная часть.
Классификация ЭВМ. Задачи и основные понятия математического
моделирования вычислительных процессов и ВС. Построение аналитических и
экспериментальных моделей ВС.
Тема 2. Применение теории расписаний для расчета временных характеристик ВС
Алгоритмы упорядочения работ для однопроцессорной ВС. Алгоритм
упорядочения взаимозависимых работ (алгоритм GTS). Алгоритмы Джонсона для
двухпроцессорных и трехпроцессорных ВС. Алгоритм максимального
совмещения циклов для многопроцессорных ВС. Оптимизация распределения
ресурсов в ВС с совмещение циклов. Оптимизация межпроцессорных связей.
Тема 3. Применение теории массового обслуживания для моделирования ВС
Введение в состояние проблемы. Потоки заявок, механизмы обслуживания,
параметры обслуживания. Случайные процессы в системах массового
обслуживания (СМО). Марковские цепи и их применение для моделирования ВС.
Уравнения
Колмогорова
для
определения
вероятностей
состояний.
Классификация СМО. Характеристики СМО. Одноканальные и многоканальные
СМО с неограниченными очередями. Одноканальные и многоканальные СМО с
отказами. Одноканальные и многоканальные замкнутые СМО.
Тема 4. Применение методов оптимизации ВС.
Методы математического программирования (задачи оптимального закрепления
процессорных элементов Венгерским методом, оптимизация пересылок на основе
транспортной задачи, выбор состава операций симплекс методом).
Многокритериальная оптимизация. Оптимальность по Парето. Выбор наилучшего
набора характеристик ВС. Экспертные оценки. Методы оптимизации в
конфликтных ситуациях. Применение теории игр для моделирования ВС. Решение
состязательных задач на ЭВМ (Задача Фон-Неймана, Критерий Гурвица,
смешанная задача)
Тема 5. Применение сетей Петри для моделирования ВС
Сети Петри, общие сведения, классификация. Основные свойства сетей Петри.
Ингибиторные сети. Предикатно - атрибутные сети. Критерии продуктивности
сетевых моделей. Алгебраические методы исследования сетей Петри.
Раскрашенные сети Петри. Переход от блок-схемы алгоритмов к сетям Петри.
16
Тема 6. Применение теории автоматов для моделирования ВС
Представление ЭВМ как совокупность операционного и управляющего автоматов
(модель Глушкова). Автомат Мили. Автомат Мура. Переход от блок-схемы
алгоритма к автоматной модели.
Тема 7. Исследование вычислительных процессов на модели учебной ЭВМ
Архитектура учебной ЭВМ. Структура команд ЭВМ. Программирование на языке
кодов и ассемблере. Составление программ с прерываниями. Работа с внешними
устройствами.
Тема 8. Языки моделирования
Основные команды языка моделирования GPSS. Отчеты и их структура. Примеры
моделирования вычислительных систем и вычислительного центра. Язык
моделирования GPSS и его применение для расчета ВС. Основные команды языка
моделирования VHDL. Примеры моделирования вычислительных устройств.
Тема 9. Разрядно параллельные и конвейерные вычисления
Вычислительные схемы Пухова. Вычислительные схемы Волдера и их
распараллеливание.
Тема 10. Модели надежности ВС
Задача замены оборудования с целью предупреждения отказа.
Задача замены оборудования с учетом старения и изменения стоимости.
Тема 11. Методы оценки производительности ВС.
Оценки времени выполнения арифметических выражений (без скобок, со
скобками). Оценки времени выполнения матричных преобразований и
вычисления полиномов. Сравнительные характеристики параллельных и
конвейерных ВС. Оценка параллельной реализации алгоритмов. Разрезание
графов на подграфы. Языки параллельного программирования.
3. Список литературы
Основная:
1. Конвей Р.В. Теория расписаний: Пер. с англ./Конвей Р.В., Максвелл В.Л.,
Миллер Л.В – М.: Наука, Гл. ред. физ.-мат.лит., 1975. –359 с.
2. Афонин В.В., Федосин С.А. Моделирование систем: Практикум по GPSS/PC. Саранск: Изд-во Мордов. ун-та, 2001. – 212 с.
3. Бычков С.П. Храмов А.А. Разработка моделей в системе моделирования
GPSS. Учебное пособие. – М.: МИФИ, 1997. – 32с.
4. Акулич И.Л. Математическое программирование в примерах и задачах. – М.:
Высшая школа,1986.- 319 с.
5. Хоботов Е.Н. Некоторые замечания к теореме Джонсона. – Автоматика и
телемеханика, 1995, № 10, с. 186-187.
6. Трахтенгерц Э.А. Введение в теорию и распараллеливание программ ЭВМ в
процессе трансляции. – Наука, 1981. – 256 с.
17
7. Питерсон Дж. Теория сетей Петри и моделирования систем. – М.: Мир,
1984.-264 с.
8. Ломазова И.А. Сети Петри и анализ поведенческих свойств распределенных
систем: Учебное пособие. – Изд-во ЯГУ, Ярославль, 2002.
9. Бауэр В. Введение в теорию конечных автоматов. – М.: Радио и связь, 1987. –
392 с
10. Каган Б.М. Электронные вычислительные машины и системы.
11. Каллан Р. Основные концепции нейронных сетей: Пер. с англ. – М.:
Издательский дом "Вильямс", 2001. – 290 с.
12. Джордж Ф. Люгер. Искусственный интеллект. Стратегии и методы решения
сложных проблем. - М.: Издательский дом «Вильямс», 2003.- 864 с.
Дополнительная:
1.
Коняхин И.А. Методы и средства статистического моделирования ОЭС
(анализ надежности) / Учебное пособие. — СПб: ИТМО, 2005. – 50 с
2.
Автоматизированное управление технологическими процессами: Учебное
пособие/ Под ред. Яковлева В.Б. –Л.: Изд-во Ленингр. Ун-та, 1988. –224 с.
3.
Теория расписаний и вычислительные машины / Под ред. Э.Г.Коффмана. –
М.: Наука, 1984. – 336 с.
4.
Танаев В.С., Шкурба В.В. Введение в теорию расписаний. – М., Наука, 1975.
– 256с.
5.
Башарин Г.П. Лекции по математической теории телетрафика. - М.: Изд-во
РУДН, 2004. - 190 с..
6.
Гудман С., Хидетниеми С. Введение в разработку и анализ алгоритмов. – М.:
Мир, 1981. – 368 с.
7.
Монахов В.М., Беляева Э.С., Краснер Н.Я. Методы оптимизации.
Применение математических методов в экономике. – М.: Просвещение, 1978. –175
с.
8.
Шикин Е.В. От игр к играм. Математическое введение. – М.: Едиториал
УРСС, 2003. – 112 с.
9.
Классификации архитектур вычислительных систем (на основе пособия Вл.
В.Воеводин, А.П. Капитонова. «Методы описания и классификации
вычислительных систем». Издательство МГУ, 1994). – Электронный текстовый
документ http://www.parallel.ru/computers/taxonomy/
10. Карцев М.А. Архитектура цифровых вычислительных машин.– М.: Наука,
1978. –359с.
11. Кудрявцев Е.М. Исследование операций в задачах, алгоритмах и
программах. – М.: Радио и связь, 1984. –184 с.
12. Слепцов А.И., Юрасов А.А. Автоматизация проектирования управляющих
систем гибких автоматизированных производств. – К.: Техника, 1986. – 110 с.
13. Глушков В.М. Синтез цифровых автоматов. – М.: Физматгиз, 1962. – 476 с
18
14. Кириллов В.В., Приблуда А.А. Методические указания к лабораторным
работам по базовой ЭВМ. – Л.:ЛИТМО, 1986. – 54 с.
15. Пухов Г.Е., Евдокимов В.Ф., Синьков М.В. Разрядно-аналоговые
вычислительные системы. – М.: Сов. Радио, 1978. – 256 с.
16. Хайкин С. Нейронные сети: полный курс. – М.: Вильямс, 2006. – 1103 с.
17. Назаренко Г.И., Осипов Г.С. Основы теории медицинских технологических
процессов. Ч.2. Исследование медицинских технологических процессов на основе
интеллектуального анализа. – М.: ФИЗМАТЛИТ, 2006 . – 144 с.
18. Котов В.Е. Сети Петри. - М.: Наука, 1984. – 160 с.
19. Байков В.Д., Селютин С.А. Вычисление элементарных функций в ЭКВМ. –
М.: Радио и связь, 1982. – 64 с.
20. Байков В.Д., Смолов В.Б. Специализированные процессоры. Итерационные
алгоритмы и структуры. – М.: Радио и связь,1985. – 288 с.
21. Шауман А.М. Основы машинной арифметики. - Л.: Изд-во Ленинградского
университета, 1979. –311 с.
22. Хачумов В.М. Основные принципы моделирования сложных систем и
процессов (Учебное пособие). – М.: Изд-во Российского университета дружбы
народов, 2013. – 141 с.
23. Нейроинформатика /А.Н. Горбань и др. – Новосибирск: Наука, 1998. – 296 с.
24. Миркес Е.М. Нейрокомпьютер. Проект стандарта. – Новосибирск: Наука,
1999. – 337 с
25. Липаев В.В. Программная инженерия. Методологические основы. – М.:
ТЕИС, 2006.
19
«Математическое и программное обеспечение вычислительных машин,
комплексов и компьютерных сетей»
(Блок 1 «Дисциплины (модули)», Вариативная часть, обязательные
дисциплины, 7 зачетных единиц, 216 часов)
1. Цели: формирование у аспирантов представления о математических основах
программирования; языках и системах программирования; технологиях
разработки программного обеспечения; методах хранения и доступа к данным,
организация баз данных и знаний; защите данных и программных систем
2. Содержание курса
1. Математические основы программирования
1.1. Понятие алгоритма и его уточнения: машины Тьюринга, нормальные
алгоритмы Маркова, рекурсивные функции. Тезис Чёрча. Эквивалентность
данных формальных моделей алгоритмов. Понятие об алгоритмической
неразрешимости. Примеры алгоритмически неразрешимых проблем.
1.2. Понятие сложности алгоритмов. Классы P и NP. Полиномиальная сводимость
задач. Теорема Кука об NP-полноте задачи выполнимости булевой формулы.
Примеры NP-полных задач, подходы к их решению. Точные и приближенные
комбинаторные алгоритмы.
1.3. Примеры эффективных (полиномиальных) алгоритмов: быстрые алгоритмы
поиска и сортировки; полиномиальные алгоритмы для задач на графах и сетях
(поиск в глубину и ширину, о минимальном остове, о кратчайшем пути, о
назначениях).
1.4. Автоматы. Эксперименты с автоматами. Алгебры регулярных выражений.
Теорема Клини о регулярных языках. Регулярные языки и их представление
конечными автоматами. Задачи распознавания слов конечными автоматами
(распознающие автоматы).
1.5. Алгебра логики. Булевы функции, канонические формы задания булевых
функций. Понятие полной системы. Критерий полноты Поста. Минимизация
булевых функций в классах нормальных форм.
1.6. Исчисление предикатов первого порядка. Исчисление высказываний.
Понятие интерпретации. Выполнимость и общезначимость формулы первого
порядка. Понятие модели. Теорема о полноте исчисления высказываний и
исчисления предикатов первого порядка. Теорема дедукции.
1.7. Проблема логического вывода. Методы естественного вывода. Метод резолюций
и его модификации. Обратный метод Маслова.
1.8. Отношения и функции. Отношение эквивалентности и разбиения. Фактор
множества. Отношения частичного порядка. Теоретико-множественное и
алгебраическое определения решетки, их эквивалентность. Свойства решеток.
Булевы решетки. Полные решетки.
20
1.9. Формальные языки и способы их описания. Классификация формальных
грамматик. Их использование в лексическом и синтаксическом анализе.
1.10. λ- исчисление, правила редукции, единственность нормальной формы и
правила ее достижения, представление рекурсивных функций.
1.11. Основы комбинаторного анализа. Метод производящих функций, метод
включений и исключений. Примеры применения.
1.12. Коды с исправлением ошибок. Алфавитное кодирование. Методы сжатия
информации.
1.13. Основы криптографии. Задачи обеспечения конфиденциальности и
целостности
информации.
Теоретико-информационный
и
теоретико-сложностный подходы к определению криптографической стойкости.
Американский стандарт шифрования DES и российский стандарт шифрования
данных ГОСТ 28147-89. Системы шифрования с открытым ключом (RSA).
Цифровая подпись. Методы генерации и распределения ключей.
2. Вычислительные машины, системы и сети
2.1. Архитектура современных компьютеров. Организации памяти и архитектура
процессора современных вычислительных машин. Страничная и сегментная
организация виртуальной памяти. Кэш-память. Командный и арифметический
конвейеры, параллельное выполнение независимых команд, векторные команды.
Специализированные процессоры. Машины, обеспечивающие выполнение
вычислений, управляемых потоком данных. Организация ввода-вывода, каналы и
процессоры ввода-вывода, устройства сопряжения с объектами.
2.2. Классификация вычислительных систем (ВС) по способу организации
параллельной обработки. Многопроцессорные и многомашинные комплексы.
Вычислительные
кластеры.
Проблемно-ориентированные
параллельные
структуры: матричные ВС, систолические структуры, нейронные сети.
2.3. Назначение, архитектура и принципы построения информационно –
вычислительных сетей (ИВС). Локальные и глобальные ИВС, технические и
программные средства объединения различных сетей.
2.4. Системы телеобработки данных (СТОД). Принципы телеобработки данных.
Элементы системы телеобработки. Общесистемные программные средства
СТОД.
Организация измерений в вычислительных системах. Цели и методы измерений.
Архитектура аппаратных измерительных мониторов. Использование измерений при
настройке вычислительных систем.
2.5. Методы и средства передачи данных в ИВС, протоколы передачи данных.
Особенности архитектуры локальных сетей (Ethernet, Token Ring, FDDI).
Сеть Internet, доменная организация, семейство протоколов TCP/IP.
Информационно-вычислительные сети и распределенная обработка информации.
21
3. Языки и системы программирования. Технология разработки программного
обеспечения
3.1. Языки программирования. Языки естественные и формальные. Процедурные
языки
программирования
(Фортран,
Си),
Функциональные
языки
программирования
(Лисп),
логическое
программирование
(Пролог),
объектно-ориентированные языки программирования (Ява).
3.2. Процедурные и проблемно-ориентированные языки программирования,
особенности организации. Основные управляющие конструкции, структура
программы. Работа с данными: переменные и константы, типы данных
(булевский, целочисленные, плавающие, символьные, типы диапазона и
перечисления, указатели), структуры данных (массивы и записи). Процедуры
(функции): вызов процедур, передача параметров (по ссылке, по значению, по
результату), локализация переменных, побочные эффекты. Обработка
исключительных ситуаций. Библиотеки процедур и их использование.
3.3. Объектно-ориентированное программирование. Классы и объекты,
наследование, интерфейсы. Понятие об объектном окружении. Рефлексия.
Библиотеки классов. Средства обработки объектов (контейнеры и итераторы).
3.4. Распределенное программирование. Процессы и их синхронизация.
Семафоры, мониторы Хоара. Объектно-ориентированное распределенное
программирование. CORBA.
3.5. Параллельное программирование над общей памятью. Нити. Стандартный
интерфейс Open MP. Распараллеливание последовательных программ. Модели
параллельных процессов. Языки, ориентированные на параллельную обработку.
Параллельное программирование над распределенной памятью. Парадигмы
SPMD и MIMD. Стандартный интерфейс MPI.
3.6. Асинхронные программы. Сегментация программ. Оптимальное размещение
по ЭВМ в системе и сети. Централизованное и децентрализованное управление
процессами вычислений.
3.7. Основы построения трансляторов. Структура оптимизирующего транслятора.
Промежуточные представления программы: последовательность символов,
последовательность лексем, синтаксическое дерево, абстрактное синтаксическое
дерево. Уровни промежуточного представления: высокий, средний, низкий.
Формы промежуточного представления.
3.8. Анализ исходной программы в компиляторе. Грамматика языков,
классификация по Хомскому. Автоматные (регулярные) грамматики и
сканирование, контекстно-свободные грамматики и синтаксический анализ,
организация таблицы символов программы, имеющей блочную структуру,
хеш-функции. LL-грамматики и LR-грамматики. Нисходящие (LL(1)-грамматики)
и восходящие (LR(1)-грамматики) методы синтаксического анализа. Атрибутные
грамматики
и
семантические
программы,
построение
абстрактного
синтаксического дерева. Автоматическое построение лексических и
22
синтаксических анализаторов по формальным описаниям грамматик. Системы lex
и yacc. Система Gentle.
3.9. Оптимизация программ при их компиляции. Оптимизация базовых блоков,
чистка циклов. Анализ графов потока управления и потока данных. Отношение
доминирования и его свойства, построение границы области доминирования
вершины, выделение сильно связанных компонент графа. Построение графа
зависимостей. Перевод программы в SSA-представление и обратно. Глобальная и
межпроцедурная оптимизация.
3.10. Генерация объектного кода в компиляторах. Перенастраиваемые
(retargetable) компиляторы, gcc (набор компиляторов Gnu). Переработка термов
(term rewriting). Применение оптимизационных эвристик (целочисленное
программирование, динамическое программирование) для автоматической
генерации генераторов объектного кода (системы BEG, Iburg и др.).
3.11.Машинно-ориентированные языки, язык ассемблера. Представление
машинных команд и констант. Команды транслятору. Их типы, принципы
реализации. Макросредства, макровызовы, языки макроопределений, условная
макрогенерация, принципы реализации.
3.12. Системы программирования (СП), типовые компоненты СП: языки,
трансляторы, редакторы связей, отладчики, текстовые редакторы. Модульное
программирование. Типы модулей. Связывание модулей по управлению и
данным.
3.13. Пакеты прикладных программ (ППП).
Определение, назначение и
классификация ППП. Системная часть и наполнение. Языки общения с ППП.
Средства автоматизации построения ППП.
3.14. Машинная графика. Средства поддержки машинной графики. Графические
пакеты.
Основные понятия и определения диалогового взаимодействия. Синхронный,
асинхронный способы взаимодействия. Состав и структура диалоговой системы
(ДС). Классификация ДС. Организация вычислительного процесса в ДС.
Графический и телекоммуникационный методы доступа. Информационное
обеспечение диалога.
3.15. Технология разработки и сопровождения программ. Жизненный цикл
программы. Этапы разработки, степень и пути их автоматизации. Обратная
инженерия. Декомпозиционные и сборочные технологии, механизмы
наследования, инкапсуляции, задания типов. Модули, взаимодействие между
модулями, иерархические структуры программ. Отладка, тестирование,
верификация и оценивание сложности программ. Генерация тестов. Системы
генерации тестов. Срезы программ (slice, chop) и их применение при отладке
программ и для генерации тестов.
3.16. Методы спецификации программ. Методы проверки спецификации.
Схемное,
структурное,
визуальное
программирование.
Разработка
23
пользовательского интерфейса, стандарт CUA, мультимедийные среды
интерфейсного взаимодействия.
4. Операционные системы
4.1. Режимы функционирования вычислительных систем, структура и функции
операционных систем. Основные блоки и модули. Основные средства аппаратной
поддержки функций операционных систем (ОС): система прерываний, защита
памяти, механизмы преобразования адресов в системах виртуальной памяти,
управление каналами и периферийными устройствами.
4.2. Виды процессов и управления ими в современных ОС. Представление
процессов, их контексты, иерархии порождения, состояния и взаимодействие.
Многозадачный (многопрограммный) режим работы. Команды управления
процессами. Средства взаимодействия процессов. Модель клиент-сервер и ее
реализация в современных ОС.
4.3. Параллельные процессы, схемы порождения и управления. Организация
взаимодействия между параллельными и асинхронными процессами: обмен
сообщениями, организация почтовых ящиков. Критические участки, примитивы
взаимоисключения процессов, семафоры Дейкстры и их расширения. Проблема
тупиков при асинхронном выполнении процессов, алгоритмы обнаружения и
предотвращения тупиков.
4.4. Операционные средства управления процессами при их реализации на
параллельных и распределенных вычислительных системах и сетях: стандарты и
программные средства PVM, MPI, OpenMP, POSIX .
4.5. Одноуровневые и многоуровневые дисциплины циклического обслуживания
процессов на центральном процессоре, выбор кванта.
4.6. Управление доступом к данным. Файловая система, организация,
распределение дисковой памяти. Управление обменом данными между дисковой
и оперативной памятью. Рабочее множество страниц (сегментов) программы,
алгоритмы его определения.
Управление внешними устройствами.
4.7. Оптимизация многозадачной работы компьютеров. Операционные системы
Windows, Unix, Linux. Особенности организации, предоставляемые услуги
пользовательского взаимодействия.
4.8. Операционные средства управления сетями. Эталонная модель
взаимодействия открытых систем ISO/OSI. Маршрутизация и управление
потоками данных в сети. Локальные и глобальные сети. Сетевые ОС, модель
клиент — сервер, средства управления сетями в ОС UNIX, Windows NT.
Семейство протоколов TCP/IP, структура и типы IP-адресов, доменная адресация
в Internet. Транспортные протоколы TCP, UDP .
4.9. Удаленный доступ к ресурсам сети. Организация электронной почты,
телеконференций. Протоколы передачи файлов FTP и HTTP, язык разметки
гипертекста HTML, разработка WEB-страниц, WWW-серверы.
24
5. Методы хранения данных и доступа к ним. Организация баз данных и знаний
5.1. Концепция типа данных. Абстрактные типы данных. Объекты (основные
свойства и отличительные признаки).
5.2. Основные структуры данных, алгоритмы обработки и поиска. Сравнительная
характеристика методов хранения и поиска данных.
Основные понятия реляционной и объектной моделей данных.
Теоретические основы реляционной модели данных (РДМ). Реляционная алгебра,
реляционное исчисление. Функциональные зависимости и нормализация
отношений.
CASE-средства и их использование при проектировании базы данных (БД).
5.3. Организация и проектирование физического уровня БД. Методы
индексирования.
Обобщенная архитектура, состав и функции системы управления базой данных
(СУБД). 5.4. Характеристика современных технологий БД. Примеры
соответствующих СУБД.
Основные
принципы
управления
транзакциями,
журнализацией
и
восстановлением.
5.5. Язык баз данных SQL. Средства определения и изменения схемы БД,
определения ограничений целостности. Контроль доступа. Средства
манипулирования данными.
Стандарты языков SQL. Интерактивный, встроенный, динамический SQL.
5.6. Основные понятия технологии клиент—сервер. Характеристика SQL-сервера
и клиента. Сетевое взаимодействие клиента и сервера.
5.7. Информационно-поисковые системы. Классификация. Методы реализации и
ускорения поиска.
5.8. Системы искусственного интеллекта. Методы представления знаний:
процедурные представления, логические представления, семантические сети,
фреймы, системы продукций. Интегрированные методы представления знаний.
Языки представления знаний. Базы знаний и принципы их построения. Проблемы
приобретения знаний.
5.9. Манипулирование знаниями. Достоверный логический вывод. Метод
резолюций и обратный метод Маслова. Вывод на семантических сетях. Вывод с
помощью продукционных систем. Правдоподобный и индуктивный вывод.
Планирование в пространстве задач в пространстве состояний. Частные виды
планирования для интеллектуальных роботов.
5.10. Обобщение знаний по признакам и структурам. Проблема формирования
понятий. Организация методов поиска по образцу на семантических сетях. Логики
пополнения баз знаний (временные, пространственные, казуальные и другие).
5.11. Проблемы понимания естественного языка. Построение лингвистических
процессоров различного типа. Диалоговые системы, понимающий ограниченный
естественный язык. Модели общения.
25
5.12. Экспертные системы (ЭС) и принципы их построения. Области применения
ЭС. Архитектура ЭС. Механизмы вывода, подсистемы объяснения, общения,
получения решения, приобретения знаний ЭС. Жизненный цикл экспертной
системы. Примеры конкретных ЭС.
5.13. Технология изготовления экспертных систем. Пустые экспертные системы и
шеллы. Инструментальные языки для создания интеллектуальных систем.
Коллективные методы решения задач в сетях ЭВМ.
6. Защита данных и программных систем
6.1. Аппаратные и программные методы защиты данных и программ. Защита
данных и программ с помощью шифрования.
6.2. Защита от несанкционированного доступа в OC Windows NT. Система
безопасности и разграничения доступа к ресурсам в Windows NT. Файловая
система NFTS и сервисы Windows NT.
6.3. Защита от несанкционированного копирования. Методы простановки
некопируемых меток, настройка устанавливаемой программы на конкретный
компьютер, настройка на конфигурацию оборудования.
6.4. Защита от разрушающих программных воздействий. Вредоносные
программы и их классификация. Загрузочные и файловые вирусы,
программы-закладки. Методы обнаружения и удаления вирусов, восстановления
программного обеспечения.
6.5. Защита информации в вычислительных сетях Novell Netware, Windows NT и
др.
7. Алгоритмическое и программное обеспечение систем управления
7.1. Модели динамических систем. Модели линейных систем, принцип
суперпозиции. Передаточные функции и амплитудно-фазовые характеристики.
Фазовые портреты динамических систем. Управляемость и наблюдаемость.
Устойчивость состояний равновесия. Функции Ляпунова.
7.2. Управляемые системы. Модели управляемых систем. Многозначные
отображения и дифференциальные включения. Скользящие режимы
управляемых систем. Методы теории управления. Необходимые условия
оптимальности
для
объектов,
характеризующихся
обыкновенными
дифференциальными уравнениями. Уравнение Эйлера, принцип максимума
Понтрягина. Принцип расширения, достаточные условия оптимальности
управления. Синтез оптимального управления. Уравнение Беллмана и
динамическое программирование.
7.3. Задачи многостадийной оптимизации. Описание и оценки множеств
достижимости. Усреднение в задачах оптимизации. Условия оптимальности
усредненных задач. Оптимальные циклические процессы. Принцип максимума
для задач с условиями разного типа. Вырожденные задачи оптимального
управления, метод кратных максимумов.
26
7.4. Вычислительные алгоритмы решения задач оптимального управления. Методы
и задачи оптимизации. Методы и задачи теории операций. Алгоритм
ветвей-границ.
Задачи
теории
массового
обслуживания.
Нелинейное
программирование. Теорема Куна-Таккера. Алгоритмы численного решения.
Задачи и методы линейного программирования. Симплекс-алгоритм. Расширение
задач нелинейного программирования, достаточные условия оптимальности.
7.5. Программные средства систем автоматического управления. Программное
обеспечение для описания алгоритмов и математических моделей систем
управления для специализированных управляющих и универсальных ЭВМ.
Программные средства систем автоматического управления
3. Список литературы
Основная:
1. Ахо А., Сети Р., Ульман Дж. Компиляторы: принципы, техника реализации и
инструменты. – М., 2001
2. Дейт К. Дж. Введение в системы баз данных. – М.: Вильямс, 1999
3. Дейтел Г. Введение в операционные системы. – М.: Мир, 1987
4. Кнут Д. Искусство программирования. В 3-х т. - М.: Вильямс,2000
5.
Кормен Т., Лейзерсон Ч., Ривест Р. Алгоритмы, построение и анализ. – М.:
МЦНМО, 2000
6. Абрамов С.М. Метавычисления и их применение. М.: Физматлит, 1995.
7.
Мендельсон Э. Введение в математическую логику. – М.: Наука, 1976
8. Ахо А., Хонкрофт, Ульман Дж. Анализ и построение вычислительных
алгоритмов. – М.: Мир,1979
9. Минский М. Фреймы для представления знаний. – М.: Энергия, 1979
10. Люгер, Джорж Ф. Искусственный интеллект: стратегии и методы решения
сложных проблем. – М.: Изд. дом «Вильямс», 2003
11. Хант Э. и др. Моделирование процесса формирования понятий на
вычислительной машине. – М.: Мир, 1970
12. Попов Э.В Экспертные системы. – М.: Наука, 1967
13. Малфтик С. Механизмы защиты в сетях ЭВМ. – М.: Мир, 1993
14. Мельников В.В. Защита информации в компьютерных системах. –
М.:Финансы и статистика, 1997
15. Болтянский В.Г. Оптимальное управление дискретными системами. – М.:
Наука, 1973
16. Кротов В.Ф., Гурман В.И. Методы и задачи оптимального управления. – М.:
Наука, 1973
17. Воронов А.А. Устойчивость, управляемость, наблюдаемость. – М.: Наука,
1977
18. Гурман В.И. Принцип расширения в экстремальных задачах. М. Физматлит.
1997.
27
19. Цирлин А.М. Методы усредненной оптимизации и их приложения. М.
Физматлит. 1997.
20. Емельянов С.В., Коровин С.К., Бобылёв Н.А. Метод нелинейного анализа в
задачах управления и оптимизации. – М.: Едиториал УРСС, 2002. – 120 с.
21. Боттс Т., Доусон Т., Перди Г.Н. Linux. Руководство администратора сети: Пер с
англ.
22. Паркер Тим, Сиян К. TCP/IP. 2004.
23. Семенов Ю.А. Алгоритмы телекоммуникационные сетей (в 3-х ч.). 2009.
Дополнительная:
1. Воеводин В.В., Воеводин Вл. В. Параллельные вычисления. – СПб.: БХВ
–Петербург, 2002.
2. Соломон Д., Руссинович М. Внутреннее устройство Microsoft Windows 2000.
–СПб.: Питер,2001
3. Мартин Дж. Программирование для вычислительных машин реального
времени. – М.: Мир, 1982
4. Мартин Дж. Организация баз данных в вычислительных системах. – М.: Мир,
1980
5
Хансен Г., Хансен Д. Базы данных. Под ред. С.Каратыгина. – М.: Изд-во
«Бином», 1999
6. Уинстон П. Искусственный интеллект. – М.: Мир, 1980
7. Поспелов Д.А. Ситуационное управление. Теория и практика. – М.: Наука,
1986
8. Бонгард М.Л. Проблема узнавания. – М.: Наука, 1967
9. Попов Э.В. Общение с ЭВМ на естественном языке. – М.: Наука, 1982
10. Осипов Г.С. Приобретение знаний интеллектуальными системами: основы
теории и технологии. – М.: Наука,1997
11. Гаврилова Т.А., Хорошевский В.Ф. Базы знаний интеллектуальных систем. –
СПб.: Питер, 2000
12. Гурман В.И. Вырожденные задачи оптимального управления. – М.: Наука,
1977
13. Гурман В.И. Принципы расширения в задачах управления. – М.: Наука, 1197
14. Дэнис Дж., Шнабель Р. Численные методы безусловной оптимизации и
решение нелинейных уравнений. – М.: Мир, 1988
15. Цирлин А.М. Методы усреднённой оптимизации и их приложения. – М.:
Наука, 1997
16. Цирлин А.М. Оптимальное управление технологическими процессами. – М.:
Энергоатомиздат, 1986
28
«Системный анализ, управление и обработка информации»
(Блок 1 «Дисциплины (модули)», Вариативная часть, обязательные дисциплины, 7
зачетных единиц, 216 часов)
1. Цели дисциплины: формирование у аспирантов представления о системном
анализе, исследовании операций, теории принятия решений, теории управления,
математическом программировании, дискретной оптимизации, методов
искусственного интеллекта и экспертных систем, информационных систем и
технологиях.
2. Содержание курса
1. Основные понятия и задачи системного анализа
Понятия о системном подходе, системном анализе. Выделение системы из
среды, определение системы. Системы и закономерности их функционирования и
развития. Управляемость, достижимость, устойчивость. Свойства системы:
целостность и членимость, связность, структура, организация, интегрированные
качества.
Модели
систем:
статические,
динамические,
концептуальные,
топологические, формализованные (процедуры формализации моделей систем),
информационные,
логико-лингвистические,
семантические,
теоретико-множественные и др.
Классификация систем. Естественные, концептуальные и искусственные,
простые и сложные, целенаправленные, целеполагающие, активные и пассивные,
стабильные и развивающиеся системы.
Основные методологические принципы анализа систем. Задачи системного
анализа. Роль человека в решении задач системного анализа.
2. Модели и методы принятия решений
Постановка задач принятия решений. Классификация задач принятия решений.
Этапы решения задач.
Экспертные процедуры. Задачи оценивания. Алгоритм экспертизы. Методы
получения экспертной информации. Шкалы измерений, методы экспертных
измерений. Методы опроса экспертов, характеристики экспертов. Методы
обработки экспертной информации, оценка компетентности экспертов, оценка
согласованности мнений экспертов.
Методы формирования исходного множества альтернатив. Морфологический
анализ.
Методы многокритериальной оценки альтернатив. Классификация методов.
Множества компромиссов и согласия, построение множеств. Функция полезности.
Аксиоматические методы многокритериальной оценки. Прямые методы
многокритериальной оценки альтернатив. Методы нормализации критериев.
Характеристики приоритета критериев. Постулируемые принципы оптимальности
29
(равномерности, справедливой уступки, главного критерия, лексикографический).
Методы аппроксимации функции полезности. Деревья решений. Методы
компенсации. Методы аналитической иерархии. Методы порогов несравнимости.
Диалоговые методы принятия решений. Качественные методы принятия решений
(вербальный анализ).
Принятие решений в условиях неопределенности. Статистические модели
принятия решений. Методы глобального критерия. Критерии Байеса-Лапласа,
Гермейера, Бернулли-Лапласа, максиминный (Вальда), минимаксного риска
Сэвиджа, Гурвица, Ходжеса-Лемана и др.
Принятие коллективных решений. Теорема Эрроу и ее анализ. Правила
большинства, Кондорсе, Борда. Парадокс Кондорсе. Расстояние в пространстве
отношений. Современные концепции группового выбора.
Модели и методы принятия решений при нечеткой информации. Нечеткие
множества. Основные определения и операции над нечеткими множествами.
Нечеткое моделирование. Задачи математического программирования при
нечетких исходных условиях. Задача оптимизации на нечетком множестве
допустимых условий. Задача достижения нечетко определенной цели. Нечеткое
математическое программирование с нечетким отображением. Постановки задач
на основе различных принципов оптимальности. Нечеткие отношения, операции
над отношениями, свойства отношений. Принятие решений при нечетком
отношении предпочтений на множестве альтернатив. Принятие решений при
нескольких отношениях предпочтения.
Игра как модель конфликтной ситуации. Классификация игр. Матричные,
кооперативные и дифференциальные игры. Цены и оптимальные стратегии.
Чистые и смешанные стратегии. Функция потерь при смешанных стратегиях.
Геометрическое представление игры. Нижняя и верхняя цены игр, седловая точка.
Принцип минимакса. Решение игр. Доминирующие и полезные стратегии.
Нахождение оптимальных стратегий. Сведение игры к задаче линейного
программирования.
3. Оптимизация и математическое программирование
Оптимизационный подход к проблемам управления и принятия решений.
Допустимое множество и целевая функция. Формы записи задач математического
программирования. Классификация задач математического программирования.
Постановка задачи линейного программирования. Стандартная и каноническая
формы записи. Гиперплоскости и полупространства. Допустимые множества и
оптимальные решения задач линейного программирования. Выпуклые множества.
Крайние точки и крайние лучи выпуклых множеств. Теоремы об отделяющей,
опорной и разделяющей гиперплоскости. Представление точек допустимого
множества задачи линейного программирования через крайние точки и крайние
лучи. Условия существования и свойства оптимальных решений задачи линейного
программирования. Опорные решения системы линейных уравнений и крайние
30
точки множества допустимых решений. Сведение задачи линейного
программирования
к
дискретной
оптимизации.
Симплекс-метод.
Многокритериальные задачи линейного программирования.
Двойственные
задачи.
Критерии
оптимальности,
доказательство
достаточности. Теорема равновесия, ее следствия и применения. Теоремы об
альтернативах и лемма Фаркаша в теории линейных неравенств. Геометрическая
интерпретация двойственных переменных и доказательство необходимости в
основных теоремах теории двойственности. Зависимость оптимальных решений
задачи линейного программирования от параметров.
Локальный и глобальный экстремум. Необходимые условия безусловного
экстремума дифференцируемых функций. Теорема о седловой точке.
Необходимые условия экстремума дифференцируемой функции на выпуклом
множестве. Необходимые условия Куна-Таккера. Задачи об условном экстремуме
и метод множителей Лагранжа.
Выпуклые функции и их свойства. Задание выпуклого множества с помощью
выпуклых функций. Постановка задачи выпуклого программирования и формы их
записи. Простейшие свойства оптимальных решений. Необходимые и
достаточные условия экстремума дифференцируемой выпуклой функции на
выпуклом множестве и их применение. Теорема Удзавы. Теорема Куна-Таккера и
ее геометрическая интерпретация. Основы теории двойственности в выпуклом
программировании. Линейное программирование как частный случай выпуклого.
Понятие о негладкой выпуклой оптимизации. Субдифференциал.
Классификация методов безусловной оптимизации. Скорости сходимости.
Методы первого порядка. Градиентные методы. Методы второго порядка. Метод
Ньютона и его модификации. Квазиньютоновские методы. Методы переменной
метрики. Методы сопряженных градиентов. Конечно-разностная аппроксимация
производных. Конечно-разностные методы. Методы нулевого порядка. Методы
покоординатного спуска, Хука-Дживса, сопряженных направлений. Методы
деформируемых конфигураций. Симплексные методы. Комплекс-методы.
Решение задач многокритериальной оптимизации методами прямого поиска.
Основные подходы к решению задач с ограничениями. Классификация задач и
методов. Методы проектирования. Метод проекции градиента. Метод условного
градиента. Методы сведения задач с ограничениями к задачам безусловной
оптимизации. Методы внешних и внутренних штрафных функций.
Комбинированный метод проектирования и штрафных функций. Метод
зеркальных построений. Метод скользящего допуска.
Задачи стохастического программирования. Стохастические квазиградиентные
методы. Прямые и непрямые методы. Метод проектирования стохастических
квазиградиентов.
Методы
конечных
разностей
в
стохастическом
программировании. Методы стохастической аппроксимации. Методы с операцией
усреднения. Методы случайного поиска. Стохастические задачи с ограничениями
31
вероятностей природы. Прямые методы. Стохастические разностные методы.
Методы с усреднением направлений спуска. Специальные приемы регулировки
шага.
Методы и задачи дискретного программирования. Задачи целочисленного
линейного программирования. Методы отсечения Гомори. Метод ветвей и границ.
Задача о назначениях. Венгерский алгоритм. Задачи оптимизация на сетях и
графах.
Метод динамического программирования для многошаговых задач принятия
решений. Принцип оптимальности Беллмана. Основное функциональное
уравнение. Вычислительная схема метода динамического программирования.
4. Основы теории управления
Основные понятия теории управления: цели и принципы управления,
динамические системы. Математическое описание объектов управления:
пространство состояний, передаточные функции, структурные схемы. Основные
задачи теории управления: стабилизация, слежение, программное управление,
оптимальное управление, экстремальное регулирование. Классификация систем
управления.
Структуры систем управления: разомкнутые системы, системы с обратной
связью, комбинированные системы. Динамические и статические характеристики
систем управления: переходная и весовая функции и их взаимосвязь, частотные
характеристики. Типовые динамические звенья и их характеристики.
Понятие об устойчивости систем управления. Устойчивость по Ляпунову,
асимптотическая, экспоненциальная устойчивость. Устойчивость по первому
приближению. Функции Ляпунова. Теоремы об устойчивости и неустойчивости.
Устойчивость линейных стационарных систем. Критерии Ляпунова,
Льенара-Шипара, Гурвица, Михайлова. Устойчивость линейных нестационарных
систем. Метод сравнения в теории устойчивости: леммы Гронуолла-Беллмана,
Бихари, неравенство Чаплыгина. Устойчивость линейных систем с обратной
связью: критерий Найквиста, большой коэффициент усиления.
Методы синтеза обратной связи. Элементы теории стабилизации.
Управляемость, наблюдаемость, стабилизируемость. Дуальность управляемости и
наблюдаемости. Канонические формы. Линейная стабилизация. Стабилизация по
состоянию, по выходу. Наблюдатели состояния. Дифференциаторы.
Качество процессов управления в линейных динамических системах.
Показатели качества переходных процессов. Методы оценки качества. Коррекция
систем управления.
Управление при действии возмущений. Различные типы возмущений:
операторные, координатные. Инвариантные системы. Волновое возмущение.
Неволновое возмущение. Метод квазирасщепления. Следящие системы.
Релейная обратная связь: алгебраические и частотные методы исследования.
Стабилизация регулятором переменной структуры: скалярные и векторные
32
скользящие режимы.
Универсальный регулятор (стабилизатор Нуссбаума).
Абсолютная устойчивость. Геометрические и частотные критерии абсолютной
устойчивости. Абсолютная стабилизация. Адаптивные системы стабилизации:
метод скоростного градиента, метод целевых неравенств.
Управление в условиях неопределенности. Позитивные динамические
системы: основные определения и свойства, стабилизация позитивных систем при
неопределенности.
Аналитическое конструирование. Идентификация динамических систем.
Экстремальные регуляторы – самооптимизация.
Классификация дискретных систем автоматического управления. Уравнения
импульсных систем во временной области. Разомкнутые системы. Описание
импульсного элемента. Импульсная характеристика приведенной непрерывной
части. Замкнутые системы. Уравнения разомкнутых и замкнутых импульсных
систем
относительно
решетчатых
функций.
Дискретные
системы.
ZET-преобразование решетчатых функций и его свойства.
Передаточная, переходная и весовая функции импульсной системы.
Классификация систем с несколькими импульсными элементами. Многомерные
импульсные системы. Описание многомерных импульсных систем с помощью
пространства состояний.
Устойчивость дискретных систем. Исследование устойчивости по первому
приближению, метод функций Ляпунова, метод сравнения. Теоремы об
устойчивости: критерий Шора-Куна. Синтез дискретного регулятора по
состоянию и по выходу, при наличии возмущений.
Элементы теории реализации динамических систем.
Консервативные динамические системы. Элементы теории бифуркации.
Основные виды нелинейностей в системах управления. Методы исследования
поведения нелинейных систем.
Автоколебания нелинейных систем, отображение А. Пуанкаре, функция
последования, диаграмма Ламеррея. Орбитальная устойчивость. Теоремы об
устойчивости предельных циклов: Андронова-Витта, Кенигса. Существование
предельных циклов: теоремы Бендиксона, Дюлока.
Дифференциаторы выхода динамической системы.
Гладкие нелинейные динамические системы на плоскости: анализ
управляемости, наблюдаемости, стабилизируемости и синтез обратной связи.
Управление системами с последействием.
Классификация оптимальных систем. Задачи оптимизации. Принцип
максимума Понтрягина. Динамическое программирование.
Управление сингулярно-возмущенными системами.
H 2 - и H  -стабилизация. Minimax-стабилизация.
Игровой подход к стабилизации. I 1 -оптимизация управления. Вибрационная
33
стабилизация.
Эвристические методы стабилизации: нейросети, размытые множества,
интеллектуальное управление.
5. Компьютерные технологии обработки информации
Определение и общая классификация видов информационных технологий.
Модели, методы и средства сбора, хранения, коммуникации и обработки
информации с использованием компьютеров.
Программно-технические средства реализации современных офисных
технологий. Стандарты пользовательских интерфейсов.
Создание и обработка текстовых файлов и документов с использованием
текстовых редакторов и процессоров. Программные средства создания и
обработки электронных таблиц.
Программные средства создания графических объектов, графические
процессоры (векторная и растровая графика).
Понятие информационной системы, банки и базы данных. Логическая и
физическая организация баз данных. Модели представления данных, архитектура
и основные функции СУБД. Распределенные БД. Принципиальные особенности и
сравнительные характеристики файл-серверной, клиент-серверной и интранет
технологий распределенной обработки данных.
Реляционный подход к организации БД. Базисные средства манипулирования
реляционными данными. Методы проектирования реляционных баз данных
(нормализация, семантическое моделирование данных, ЕR-диаграммы).
Языки программирования в СУБД, их классификация и особенности.
Стандартный язык баз данных SQL.
Перспективные концепции построения СУБД (ненормализованные
реляционные БД, объектно-ориентированные базы данных др.).
Основные сетевые концепции. Глобальные, территориальные и локальные
сети. Проблемы стандартизации. Сетевая модель OSI. Модели взаимодействия
компьютеров в сети.
Среда передачи данных. Преобразование сообщений в электрические сигналы,
их виды и параметры. Проводные и беспроводные каналы передачи данных.
Локальные сети. Протоколы, базовые схемы пакетов сообщений и топологии
локальных сетей. Сетевое оборудование ЛВС.
Глобальные сети. Основные понятия и определения. Сети с коммутацией
пакетов и ячеек, схемотехника и протоколы. Принципы межсетевого
взаимодействия и организации пользовательского доступа. Методы и средства
защиты информации в сетях. Базовые технологии безопасности.
Сетевые операционные системы. Архитектура сетевой операционной системы:
сетевые оболочки и встроенные средства. Обзор и сравнительный анализ
популярных семейств сетевых ОС.
Принципы функционирования Internet, типовые информационные объекты и
34
ресурсы. Ключевые аспекты WWW-технологии.
Адресация в сети Internet. Методы и средства поиска информации в Internet,
информационно-поисковые системы.
Языки и средства программирования Internet приложений. Язык
гипертекстовой разметки HTML, основные конструкции, средства подготовки
гипертекста (редакторы и конверторы). Базовые понятия VRML.
Организация сценариев отображения и просмотра HTML документов с
использованием объектно-ориентированных языков программирования.
Представление звука и изображения в компьютерных системах. Устройства
ввода, обработки и вывода мультимедиа информации. Форматы представления
звуковых и видео файлов. Оцифровка и компрессия. Программные средства
записи, обработки и воспроизведения звуковых и видеофайлов. Мультимедиа в
вычислительных сетях.
Основные разделы теории и приложений искусственного интеллекта.
Описание и постановка задачи. Задачи в пространстве состояний, в пространстве
целей. Классификация задач по степени сложности. Линейные алгоритмы.
Полиномиальные алгоритмы. Экспоненциальные алгоритмы.
Виды и уровни знаний. Знания и данные. Факты и правила. Принципы
организации знаний. Требования, предъявляемые к системам представления и
обработки знаний. Формализмы, основанные на классической и математической
логиках. Современные логики. Фреймы. Семантические сети и графы. Модели,
основанные на прецедентах. Приобретение и формализация знаний. Пополнение
знаний. Обобщение и классификация знаний. Логический вывод и умозаключение
на знаниях. Проблемы и перспективы представления знаний.
Назначение и принципы построения экспертных систем. Классификация
экспертных систем. Методология разработки экспертных систем. Этапы
разработки экспертных систем. Проблемы и перспективы построения экспертных
систем.
3. Список литературы
Основная:
1. Вентцель Е.С. Исследование операций. Задачи, принципы, методология. М.:
Наука, 1988.
2. Ларичев О.И. Теория и методы принятия решений. М.: Логос, 2000.
3. Мушик Э., Мюллер П. Методы принятия технических решений. М.: Мир,
1990.
4. Рыков А.С. Методы системного анализа: Многокритериальная и нечеткая
оптимизация, моделирование и экспертные оценки. М.: Экономика, 1999.
5. Реклейтис Г., Рейвиндран А., Регсдел К. Оптимизация в технике. Т. 1, 2. М.:
Мир, 1986.
6. Васильев Ф.П. Методы оптимизации. М.: Факториал Пресс, 2002.
35
7. Емельянов С.В., Коровин С.К. Новые типы обратной связи. Управление при
неопределенности. М.: Наука, 1997.
8. Теория автоматического управления. Ч. 1 и 2 / Под ред. А.А. Воронова. М:
Высшая школа, 1986.
9. Попов Е.Н. Теория нелинейных систем автоматического управления.
М.: Наука, 1988.
10. Методы классической и современной теории автоматического управления:
Уч. в 3-х т. М.: Изд. МГТУ, 2000.
11. Базы данных: Уч. для высших и средних специальных заведений.
/
Под ред. А.Д. Хомоненко. СПб.: Корона принт-2000, 2000.
Дополнительная:
1. Гаврилова Т.А., Хорошевский В.Г. Базы знаний интеллектуальных систем.
СПб.: Питер, 2000.
2. Ларичев О.И., Мошкович Е.М. Качественные методы принятия решений. М.:
Наука, 1996.
3. Саати Т., Керыс К. Аналитическое планирование. Организация систем. М.:
Радио и связь, 1991.
4. Воронов А.А. Введение в динамику сложных управляемых систем.
М.: Наука, 1985.
5. Цыпкин Я.З. Основы теории автоматических систем. М.: Наука, 1977.
36
«История и философия науки»
(Блок 1 «Дисциплины (модули)» Базовая часть, 4 зачетные единицы, 144 часа)
1. Цель: дать комплексное представление о философии и истории науки через
философскую рефлексию над наукой и научным познанием.
2. Содержание курса
1. Предмет и основные концепции современной философии науки
Три аспекта бытия науки: наука как генерация нового знания, как
социальный институт, как особая сфера культуры.
Логико-эпистемологический подход к исследованию науки. Позитивистская
традиция в философии науки. Расширение поля философской проблематики в
постпозитивистской философии науки. Концепции К. Поппера, И. Лакатоса,
Т.Куна, П.Фейерабенда, М.Полани.
Социологический и культурологический подходы к исследованию развитии
науки. Проблема интернализма и экстернализма в понимании механизмов научной
деятельности. Концепции М. Вебера, А.Койре, Р. Мертона, М.Малкея.
2. Наука в культуре современной цивилизации
Традиционалистский и техногенный типы цивилизационного развития и их
базисные ценности. Ценность научной рациональности.
Наука и философия. Наука и искусство. Роль науки в современном
образовании и формировании личности. Функции науки в жизни общества (наука
как мировоззрение, как производительная и социальная сила).
3. Возникновение науки и основные стадии её исторической эволюции
Преднаука и наука в собственном смысле слова. Две стратегии порождения
знаний: обобщение практического опыта и конструирование теоретических
моделей, обеспечивающих выход за рамки наличных исторически сложившихся
форм производства и обыденного опыта.
Культура античного полиса и становление первых форм теоретической
науки. Античная логика и математика. Развитие логических норм научного
мышления и организаций науки в средневековых университетах. Роль
христианской теологии в изменении созерцательной позиции ученого: человек
творец с маленькой буквы; манипуляция с природными объектами – алхимия,
астрология, магия. Западная и восточная средневековая наука.
Становление опытной науки в новоевропейской культуре. Формирование
идеалов математизированного и опытного знания: оксфордская школа, Роджер
Бэкон, Уильям Оккам. Предпосылки возникновения экспериментального метода и
его соединения с математическим описанием природы. Г. Галилей, Френсис
Бэкон, Р. Декарт. Мировоззренческая роль науки в новоевропейской культуре.
Социокультурные предпосылки возникновения экспериментального метода и его
соединения с математическим описанием природы.
37
Формирование науки как профессиональной деятельности. Возникновение
дисциплинарно-организованной науки. Технологические применения науки.
Формирование технических наук.
Становление социальных и гуманитарных наук. Мировоззренческие
основания социально-исторического исследования.
4. Структура научного знания
Научное знание как сложная развивающаяся система. Многообразие типов
научного знания. Эмпирический и теоретический уровни, критерии их различения.
Особенности эмпирического и теоретического языка науки.
Структура эмпирического знания. Эксперимент и наблюдение. Случайные
и систематические наблюдения. Применение естественных объектов в функции
приборов в систематическом наблюдении. Данные наблюдения как тип
эмпирического знания. Эмпирические зависимости и эмпирические факты.
Процедуры формирования факта. Проблема теоретической нагруженности факта.
Структуры теоретического знания. Первичные теоретические модели и
законы. Развитая теория. Теоретические модели как элемент внутренней
организации теории. Ограниченность гипотетико-дедуктивной концепции
теоретических знаний. Роль конструктивных методов в дедуктивном
развертывании теории. Развертывание теории как процесса решения задач.
Парадигмальные образцы решения задач в составе теории. Проблемы генезиса
образцов. Математизация теоретического знания. Виды интерпретации
математического аппарата теории.
Основания науки. Структура оснований. Идеалы и нормы исследования и их
социокультурная размерность. Система идеалов и норм как схема метода
деятельности.
Научная картина мира. Исторические формы научной картины мира.
Функции научной картины мира (картина мира как онтология, как форма
систематизации знания, как исследовательская программа).
Операциональные основания научной картины мира. Отношение
онтологических постулатов науки к мировоззренческим доминантам культуры.
Философские основания науки. Роль философских идей и принципов в
обосновании научного знания. Философские идеи как эвристика научного поиска.
Философское обоснование как условие включения научных знаний в культуру.
5. Динамика науки как процесс порождения нового знания
Историческая изменчивость механизмов порождения научного знания.
Взаимодействие оснований науки и опыта как начальный этап становления новой
дисциплины. Проблема классификации. Обратное воздействие эмпирических
фактов на основания науки.
Формирование первичных теоретических моделей и законов. 'Роль аналогий
в теоретическом поиске. Процедуры обоснования теоретических знаний.
Взаимосвязь логики открытия и логики обоснования. Механизмы развития
38
научных понятий.
Становление развитой научной теории. Классический и неклассический
варианты формирования теории. Генезис образцов решения задач.
Проблемные ситуации в науке. Перерастание частных задач в проблемы.
Развитие оснований науки под влиянием новых теорий.
Проблема включения новых теоретических представлений в культуру.
6. Научные традиции и научные революции. Типы научной рациональности
Взаимодействие традиций и возникновение нового знания. Научные
революции как перестройка оснований науки. Проблемы типологии научных
революций.
Внутридисциплинарные
механизмы
научных
революций.
Междисциплинарные взаимодействия и "парадигмальные прививки" как фактор
революционных преобразований в науке. Социокультурные предпосылки
глобальных научных революций. Перестройка оснований науки и изменение
смыслов мировоззренческих универсалий культуры. Прогностическая роль
философского знания. Философия как генерация категориальных структур, необходимых для освоения новых типов системных объектов.
Научные революции как точки бифуркации в развитии знания.
Нелинейность роста знаний. Селективная роль культурных традиций в выборе
стратегий научного развития. Проблема потенциально возможных историй науки.
Глобальные революции и типы научной рациональности. Историческая
смена типов научной рациональности: классическая, неклассическая,
постнеклассическая наука.
7. Особенности современного этапа развития науки. Перспективы
научно-технического прогресса
Главные характеристики современной, постнеклассической науки.
Современные процессы дифференциации и интеграции наук. Связь
дисциплинарных и проблемно-ориентированных исследований. Освоение
саморазвивающихся "синергетических" систем и новые стратегии научного
поиска. Роль нелинейной динамики и синергетики в развитии современных
представлений об исторически развивающихся системах. Глобальный
эволюционизм как синтез эволюционного и системного подходов. Глобальный
эволюционизм и современная научная картина мира. Сближение идеалов естественнонаучного и социально-гуманитарного познания. Осмысление связей
социальных и внутринаучных ценностей как условие современного развития
науки. Включение социальных ценностей в процесс выбора стратегий исследовательской деятельности. Расширение этоса науки. Новые этические
проблемы науки в конце XX столетия. Проблема гуманитарного контроля в науке
и высоких технологиях. Экологическая и социально-гуманитарная экспертиза
научно-технических проектов. Кризис идеала ценностно-нейтрального
исследования и проблема идеалогизированной науки. Экологическая этика и ее
философские основания. Философия русского космизма и учение В.И.
39
Вернадского о биосфере, техносфере и ноосфере. Проблемы экологической этики
в современной западной философии (Б. Калликот, О. Леопольд, Р. Аттфильд).
Постнеклассическая наука и изменение мировоззренческих установок
техногенной цивилизации. Сциентизм и антисциентизм. Наука и паранаука. Поиск
нового типа цивилизационного развития и новые функции науки в культуре.
Научная рациональность и проблема диалога культур. Роль науки в преодолении
современных глобальных кризисов.
8. Наука как социальный институт
Различные подходы к определению социального института науки.
Историческое развитие институциональных форм научной деятельности. Научные
сообщества и их исторические типы (республика ученых 17 века; научные
сообщества эпохи дисциплинарно организованной науки; формирование
междисциплинарных сообществ науки XX столетия). Научные школы. Подготовка научных кадров. Историческое развитие способов трансляции научных
знаний (от рукописных изданий до современного компьютера). Компьютеризация
науки и ее социальные последствия. Наука и экономика. Наука и власть. Проблема
секретности и закрытости научных исследований. Проблема государственного
регулирования науки.
3. Список литературы
Основная:
1. Лебедев С.А., Ильин В.В., Лазарев Ф.В., Лесков Л.В. Введение в историю и
философию науки: Учебное пособие. 2005.
2. Симаков К.В.( ред. );Вернадский В.И. Труды по философии естествознания.
2000.
3. Вернадский В.И. Труды по истории науки в России. 1988.
4. Афонасин Е.В. Античная философия: энциклопедический словарь. 2008
5. Камю А. Бунтурщий человек: философия. Политика. Исскуство. 1990.
6. Алексеев Б.Т. История и философия науки: Учебное пособие для аспирантов.
2008.
6. Грассман Г., Грассман Р.; Бирюкова Л.Г. (ред.) Логика и философия математики:
избранное. 2008.
7. Светлов В.А. Философия математики. Основные программы обоснования
математики XX столетия: Учебное пособие. 2008.
8. Войшвилло Е.К. Символическая логика: классическая и релевантная:
философско-методические аспекты. 2011.
Дополнительная:
1. Вернадский В.И. Биосфера и ноосфера. 2007.
2. М. Вебер. Избранные произведения. М.: Прогресс, 1990 г.
3. К. Поппер. Логика и рост научного знания. М.: Прогресс, 1983 г.
4. Томас Кун. Структура научных революций. М.: Изд. АСТ, 2001 г.
40
5. Койре А. Очерки истории философской мысли. О влиянии философских
концепций на развитие научных теорий. М.,1985 г.
6. Принципы историографии естествознания. ХХ век. /Отв. ред. И.С. Тимофеев.
М., 2001 г.
7. А.Ф. Зотов. Современная западная философия. М., 2001 г.
8. Н.Н. Моисеев. Современный рационализм. М., 1995 г.
9. В.А. Лекторский. Эпистемология классическая и неклассическая. М., 2000 г.
10. Хюбнер К. Истина мифа. М., 1996 г.
41
«Основы педагогики и психологии высшей школы»
(Блок 1 «Дисциплины (модули)» Вариативная часть, обязательные
дисциплины, 2 зачетные единицы, 72 часа)
1. Цель: содействие становлению и развитию компетенций современного
вузовского преподавателя в условиях модернизации профессионального
образования.
2. Содержание курса
1. Педагогическая наука и педагогическая деятельность
2. Методология педагогики и логика педагогического исследования
3. Педагогический процесс
4. Воспитание как социокультурный и педагогический процесс
5. Процесс обучения
6. Образование
7. Общая психология
8. Социальная психология
9. Особенности организации российского высшего образования: компоненты
нормативно-правового обеспечения образовательного процесса в системе
высшего образования.
10. Компетентностно-ориентированный подход к реализации ООП в условиях
введения ФГОС ВО.
3. Список литературы
Основная:
1.
Громкова М.Т. Педагогика высшей школы: учебное пособие для
дополнительного образования преподавателей профессио-нальных учебных
заведений, для студентов и аспирантов педа-гогических вузов .- М.: ЮНИТИ, 2012
2.
Штерн А.С. Введение в психологию: Курс лекций. 2003.
3.
Брега А.В. Психология и этика делового общения. 2012.
4.
Альбуханова-Славская К.А. Основы общей психологии. 1989.
5. Федеральный закон «Об образовании в Российской Федерации» от 29 декабря
2012 года № 273-ФЗ. http://www.rg.ru/2012/12/30/obrazovanie-dok.html
6. Приказ Минобрнауки России от 19.12.2013 N 1367 (ред. от 15.01.2015) "Об
утверждении Порядка организации и осуществления образовательной
деятельности по образовательным программам высшего образования программам бакалавриата, программам специалитета, программам магистратуры".
http://www.rg.ru/2014/03/12/obr-dok.html
42
«Библиографические наукоемкие информационные ресурсы»
(Блок «Дисциплины (модули)» Вариативная часть, обязательные
дисциплины, 1 зачетная единица, 36 часов)
1. Цель: формирование и конкретизация знаний обучающихся по
использованию наукоемких информационных ресурсов, в том числе российских и
международных реферативных и патентных информационных ресурсов.









2. Содержание курса
1. Российские и международные системы научного цитирования:
Web of Science
Scopus
Google Schola
Российский индекс научного цитирования.
2. Использование общедоступных баз данных в Интернет для проведения
патентного поиска:
ФИПС;
база данных Европейского патентного ведомства ESP@CENET;
база данных патентного ведомства Германии «DEPATISNET»;
базы данных патентного ведомства США;
базы данных патентных документов Китая (БД SIPO, БД CNPAT).
3. Список литературы
Основная:
1. Информационный портал о работе на платформе Web of Science.
http://wokinfo.com/russian/
2. Научная электронная библиотека http://elibrary.ru.
3. ФИПС.
http://www1.fips.ru/wps/wcm/connect/content_ru/ru/inform_resources/inform_retrieval
_system/
4. БД США http://www.uspto.gov/patents/process/search/index.jsp
5. Европейское патентное ведомстов http://worldwide.espacenet.com/searchResults?compact=false&ST=singleline&query=
semantic+search&locale=en_EP&submitted=true&DB=worldwide.espacenet.com
6. ВОИС https://pct.wipo.int/LoginForms/epct.jsp
Дополнительная:
1. Маршакова И.В. Система цитирования научной литературы как средство
слежения за развитием науки.
2. Методические рекомендации по проведению патентных исследований. ВНИИ
патентной информации.1988.
43
3. Веревченко А.П., Горчаков В.В., Иванов И.В., Голодова О.В. Информационные
ресурсы для принятия решений. 2002.
44
«Иностранный язык (английский)»
(Блок 1 «Дисциплины (модули)» Базовая часть, 5 зачетных единиц, 180 часов)
1. Цели.
Изучение иностранных языков является неотъемлемой составной частью
подготовки специалистов различного профиля. Основной целью освоения
дисциплины является достижение аспирантами такого уровня владения
иностранным языком, который позволит им адекватно переводить аутентичную
научную литературу и вести свою профессиональную деятельность в иноязычной
среде.
2. Содержание курса
Языковой материал
При
отборе
конкретного
языкового
материала
необходимо
руководствоваться следующими функциональными категориями, которые
представляют определенные виды речевых действий и приемы ведения
письменного и устного общения:
• передача фактической информации;
• передача эмоционального отношения к сообщению;
• передача модальности;
• структурирование сообщения.
Грамматика.
Программой предусматривается изучение следующих грамматических
явлений:
1. Система
времен
английского
глагола
в
действительном и
страдательном залогах.
2. Инфинитив, его функции в предложении, инфинитивные конструкции.
3. Причастие, его функции в предложении, причастные обороты.
4. Герундий, его функции в предложении, герундиальный оборот.
5. Условные предложения.
6. Сослагательное наклонение.
7. Модальные глаголы.
8. Эмфатические конструкции.
При работе над лексикой
обращается внимание на специфику
лексических средств выражения содержания текста по специальности
аспиранта, многозначность служебных и общенаучных слов, механизмы
словообразования (в том числе терминов и интернациональных слов), явления
синонимии и омонимии.
Аспирант должен знать употребительные фразеологические словосочетания,
часто встречающиеся в письменной речи. Необходимо также знание сокращений и
45
условных обозначений, множественное число наиболее употребительных слов
латинского и греческого происхождения, умение правильно прочитать формулы,
символы и т. д.
К концу курса обучения лексический запас аспиранта должен составлять не
менее 5 500 лексических единиц с учетом вузовского минимума и потенциального
словаря, включая примерно 500 терминов по специальности.
Требования по видам речевой коммуникации
В связи с тем, что основной целью данного курса является подготовка
аспирантов к успешной сдаче кандидатского экзамена, основными требованиями
которого являются умение работать с текстом по специальности и навыки
использования иностранного языка для письменного и устного общения,
основными видами речевой коммуникации являются чтение, говорение и письмо.
Чтение.
Аспирант должен уметь читать, понимать и использовать в своей работе
оригинальную научную литературу по специальности, опираясь на изученный
языковой материал, профессиональные знания и навыки контекстуальной догадки.
Аспирант должен овладеть всеми видами чтения, а именно:
1) изучающее чтение предполагает максимально точное и адекватное
понимание текста с установкой на выделение смысловых блоков,
структурно-семантического ядра, группировку информации, ее обобщение и
анализ в рамках проводимого научного исследования;
2) просмотровое чтение имеет целью определение круга рассматриваемых в
тексте вопросов и основных положений автора;
3) ознакомительное чтение характеризуется умением проследить развитие
темы и общую аргументацию автора, понять не менее 70% основной информации.
Говорение.
К концу обучения аспирант должен владеть неподготовленной и
подготовленной монологической речью в виде резюме, сообщения и доклада на
иностранном языке; диалогической речью в ситуациях научного и
профессионального общения в пределах изученного языкового материала и в
соответствии с избранной специальностью.
Письмо.
Аспирант должен владеть навыками письма в пределах изученного
языкового материала, в частности уметь составить план прочитанного, кратко
изложить содержание прочитанного; написать сообщение или доклад по теме
проводимого исследования.
Учебная деятельность
Структура деятельности аспиранта
1. Работа над совершенствованием произносительных умений и навыков при
чтении вслух и устном высказывании.
46
2. Усвоение лексического материала курса, в том числе общенаучной и
специализированной лексики.
3. Знакомство с грамматическими и лексико-грамматическими трудностями
перевода научно-технической литературы с целью усвоения путей и способов их
преодоления.
4. Изучение и усвоение особенностей письменной разновидности научного стиля.
Овладение методикой изложения содержания прочитанного в форме реферата и
аннотации.
5. Овладение навыками всех видов чтения в ходе аудиторной и самостоятельной
работы с аутентичными общенаучными и специальными текстами.
Основной формой деятельности аспирантов по дисциплине является учебная
работа на практических занятиях и самостоятельная работа по предусмотренным
темам.
Учебная деятельность ориентирована на работу с современными
информационными технологиями, так как курс предусматривает использование
Интернет-ресурсов, связанных с изучением иностранного языка, поиском
аутентичных текстов по научной специальности.
Учебная деятельность предусматривает развитие общепредметных,
общеинтеллектуальных умений, таких как обобщение, анализ, синтез,
моделирование, оценка, выделение главного, осознание, рефлексия.
Самостоятельная работа аспирантов
Самостоятельная работа, дополняя аудиторную работу аспирантов,
направлена на:
• совершенствование навыков и умений иноязычного научно-профессионального
общения, приобретенных в аудитории под руководством преподавателя;
• приобретение новых знаний, формирование навыков и развитие умений,
обеспечивающих возможность осуществления научно-профессионального
общения на изучаемом языке;
• развитие навыков исследовательской деятельности с использованием
изучаемого языка;
• развитие умений и навыков самостоятельной проектно-исследовательской
работы как индивидуальной, так и в команде (анализ Интернет-ресурсов,
подготовка рефератов, научных статей, презентаций по теме диссертационного
исследования, участие в научных и практических конференциях).
Самостоятельная работа аспирантов (соискателей) заключается в том, что они:
• выполняют задания по подготовке к практическим занятиям;
• читают, переводят, реферируют и аннотируют научные публикации по своей
специальности на иностранном языке;
• составляют двуязычный глоссарий к литературе по тематике научного
исследования, предназначенной для внеаудиторного чтения;
47
• осуществляют поиск информации в Интернете.
При выполнении самостоятельной работы по внеаудиторному чтению
аспиранты
пользуются
литературой,
рекомендуемой
их
научными
руководителями.
3. Список литературы:
Основная:
1. Бреховских Е.Э. (ред.), Шахова Н.И., Рейнгольд В.Г., Салистра В.И. Learn to read
science : Курс англ. яз. для аспирантов: Учеб. пособие. 2004.
2. Бибанова И.Н., Леонова Л.А., Сергеева Е.Н. Learn to speak science: Интенсивный
курс англ. яз. , 1995.
3. С.А. Дубинко, Н.М. Новиченко, З.В. Перепелица, Л.М. Саркисова. Английский
язык в неофициальном общении участников международных конференций:
Интенсивный курс. 1990.
4. Дорожкина В.П. Английский язык для математиков. 1986.
5. Подвальный С.Л., Сафонова О.Е. Английский язык для специалистов в области
компьютерной техники и технологий: учебное пособие. 2010.
6. Курашвили Е.И. Английский язык: Пособие по чтению и устной речи для техн.
вузов. 1991.
7.Ахманова О.С. Практический курс английского языка. 1989.
8. Орловская И.В., Самсонова Л.С., Скубриева А.И. Учебник английского языка
для технических университетов и вузов. 2000.
Дополнительная:
1. Е.В. Брагина, Т.А. Волощина, Л.Н. Вигонская. Английский толковый словарь по
кибернетике и прикладной математике = A dictionary of cybernetics and applied
mathematics.
2. Губина Г.Г. Английский язык в магистратуре и аспирантуре: учебное пособие.
2010.
3. Малютин Э.А., Шитов Ю.И. Английский язык для программистов. Тексты и
упражнения. 1992.
4. А.В. Александров. Англо-русский словарь по телекоммуникациям =
English-Russian dictionary of telecommunications: Ок. 34 000 терминов. 2004..
5.Алмазова Л.А. Как научиться говорить по-английски: Учеб. Пособие. 1989.
6. Миньяр-Белоручева А.П. Англо-русские обороты научной речи: методическое
пособие. 2009.
48