1 - Чувашский государственный университет имени И.Н. Ульянова

Федеральное агентство по образованию
Федеральное государственное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
«Чувашский государственный университет имени И.Н. Ульянова»
Технический институт
Факультет дизайна и компьютерных технологий
Кафедра компьютерных технологий
УТВЕРЖДАЮ
Проректор по учебной работе
проф. ____________ А.Ю. Александров
«____» ___________________ 2010 г.
РАБОЧАЯ ПРОГРАММА
Дисциплина ГСЭ.Р.01 – МЕТОДЫ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ
Направление 654600 – Информатика и вычислительная техника
Специальность 230102 – Автоматизированные системы обработки
информации и управления
БЮДЖЕТ ВРЕМЕНИ (ЧАС.)
Срок
обучен
ия
Се
м
Всег
о
4,5 г.об.
6 лет
3,5 г.об.
5 лет
5
9
6
9
180
180
180
102
Всего
ауд
18
18
34
51
Аудиторные занятия
Лек
Прак
10
10
17
17
8
8
17
-
Лаб
Сам.
раб.
34
162
162
146
51
Итоговый контроль
Контр. раб.
Зач.
Экз.
+
+
Курс.
пр
(раб)
+
+
+
+
Рабочая программа составлена в соответствии с государственным образовательным
стандартом высшего профессионального образования направления подготовки дипломированного
специалиста 654600 – Информатика и вычислительная техника, специальности 230102 –
Автоматизированные системы обработки информации и управления, утвержденным 27 марта
2000г. (Регистрационный номер 224 тех/дс).
Составитель: профессор кафедры КТ
В.П. Желтов
Рабочая программа обсуждена, одобрена и рекомендована к использованию на заседании
кафедры компьютерных технологий, «___» ___________ 2010 г., протокол №___
Зав. кафедрой компьютерных технологий,
профессор
В.П. Желтов
Рассмотрена и одобрена методическим советом ФДиКТ
Декан, председатель методсовета факультета ДиКТ
В.П. Желтов
Чебоксары 2010
2
1. Цели и задачи дисциплины
Целями преподавания данной дисциплины является: ознакомление с принципами научных
исследований сложных систем, реализующих новые технологии; изучение инструментальных (программных
и технических) средств исследования процессов функционирования таких систем; использование научной
методики с типовыми этапами исследований, образующие “цепочку”: “построение концептуальной модели
исследуемого объекта и ее формализация” – “алгоритмизация модели и ее компьютерная реализация” –
“научный эксперимент и интерпретация его результатов; реализация алгоритмов для исследования
характеристик и поведения сложных объектов на примере систем искусственного интеллекта”.
2. Требования к уровню освоения содержания дисциплины
В результате освоения содержания дисциплины студент должен: знать понятия научных методов,
технологию проведения научных исследований и экспериментов, принципы построения моделей процессов
функционирования систем, методы формализации и алгоритмизации, возможности реализации моделей с
использованием программно-технических средств современных ЭВМ; уметь использовать метод машинного
моделирования при исследовании, разрабатывать схемы моделирующих алгоритмов.
3. Объем дисциплины и виды учебной работы
Вид учебной работы
Общая трудоемкость дисциплины
Аудиторные занятия
Лекции
Практические занятия (ПЗ)
Лабораторные работы (ЛР)
и (или) другие виды аудиторных занятий
Самостоятельная работа
Курсовой проект (работа)
Вид итогового контроля (зачет, экзамен)
Всего
часов
Семестры
180
2
9
68
34
34
2
2
2
9
9
9
112
2
9
зач
зач
4. Содержание дисциплины
4.1. Разделы дисциплины и виды занятий
№
п/п
1
2
3
4
5
6
7
8
9
Раздел дисциплины
Введение
Основные понятия методов научных исследований
Схемы исследования систем
Формализация и алгоритмизация процессов исследования
систем
Инструментальные средства исследований систем
Планирование машинных экспериментов с моделями
систем
Обработка и анализ результатов исследований систем
Исследование систем с использованием типовых
математических схем
Заключение
Лекции
2
2
2
2
ПЗ
(или С)
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
1
1
ЛР
4.2. Содержание разделов дисциплины
1. Введение
Предмет курса, его цели и задачи. Содержание курса и его связь с другими дисциплинами
специальности 220200 – АСОИУ. Философские аспекты. Место методов научных исследований в
современной науке и практике. Задачи разработки систем на базе современных математических методов,
реализуемых с использованием ресурсов инструментальных средств. Использование эксперимента при
3
исследовании и проектировании АСОИУ и их элементов. Перспективы развития методов научных
исследований и средств моделирования.
2. Основные понятия методов научных исследований
Понятие сложной системы. Подсистемы и элементы. Структура, функции, переменные, параметры,
состояния и характеристики большой системы. Эксперименты и
их роль в изучении процессов
функционирования сложных систем. Классификация методов научных исследований. Математическое
моделирование эксперимента. Аналитические и имитационные исследования. Возможности использования
машинных исследований при разработке АСОИУ.
3. Схемы исследования систем
Виды схем исследования. Итерационные схемы и пошаговый метод. Атрибутивно-типовые схемы в
исследовании. Эксперимент и виды погрешностей.
4. Формализация и алгоритмизация процессов функционирования систем
Последовательность разработки и компьютерной реализации моделей исследования. Построение
концептуальной модели исследования. Проверка адекватности эксперимента и объекта исследования.
Возможности формализации процессов исследования систем. Принципы алгоритмизации процессов
исследования систем. Формы представления логической структуры исследования. Примеры построения схем
исследований. Документирование этапов исследования систем.
5. Инструментальные средства исследований систем
Программное обеспечение исследований систем. Основные понятия. Выбор языка программирования.
Особенности проведения экспериментов на ПЭВМ. Погрешности ПЭВМ.
6. Планирование машинных экспериментов с моделями систем
Общие вопросы теории планирования экспериментов. Планирование машинных экспериментов с
моделями систем. Цели и задачи планирования имитационных экспериментов. Стратегическое и тактическое
планирование экспериментов. Планирование экспериментов с целью синтеза оптимальных вариантов
системы. Проблема большого числа факторов при моделировании систем на ЭВМ. Проблема обеспечения
точности и достоверности результатов компьютерного эксперимента.
7. Обработка и анализ результатов исследований на ЭВМ
Особенности фиксации результатов машинного эксперимента. Статистическая обработка результатов в
процессе моделирования систем на ЭВМ. Критерии сравнительной оценки вариантов систем по результатам
эксперимента. Особенности статистической обработки результатов компьютерного исследования.
Интерпретация результатов, полученных на имитационной модели. Принятие решений по результатам
исследования при проектировании и эксплуатации сложных систем.
8. Исследование систем с использованием типовых математических схем
Основные направления использования компьютерного эксперимента при исследовании,
проектировании и эксплуатации систем. Исследование организационных систем и производственных
процессов на базе информационной технологии. Автоматизация исследования и проектирования систем
информатики на базе компьютерных моделей.
9. Заключение
Основные направления развития и совершенствования методов научных исследований. Пути и методы
повышения эффективности экспериментов на ЭВМ на этапах разработки и внедрения систем.
5. Темы практических занятий
1. Использование эксперимента при исследовании и проектировании АСОИУ и их элементов
2. Эксперименты и их роль в изучении процессов функционирования сложных систем
3. Планирование и проведение машинных экспериментов с моделями систем
4. Виды схем исследования
5. Особенности фиксации результатов машинного эксперимента
6. Проблема большого числа факторов при моделировании систем на ЭВМ
7. Проблема обеспечения точности и достоверности результатов компьютерного эксперимента
8. Критерии сравнительной оценки вариантов систем по результатам эксперимента
9. Пути и методы повышения эффективности экспериментов на ЭВМ на этапах разработки и внедрения
систем.
6. Зачетные вопросы
1. Перспективы развития методов и средств научных исследований.
2. Место методов научных исследований в современной науке и практике.
3. Задачи разработки систем на базе современных математических методов, реализуемых с
использованием ресурсов инструментальных средств.
4. Эксперименты и их роль в изучении процессов функционирования сложных систем.
4
5. Классификация методов научных исследований.
6. Математическое моделирование эксперимента.
7. Аналитические и имитационные исследования.
8. Виды схем исследования.
9. Итерационные схемы и пошаговый метод.
10. Атрибутивно-типовые схемы в исследовании.
11. Эксперимент и виды погрешностей.
12. Последовательность разработки и компьютерной реализации моделей исследования.
13. Построение концептуальной модели исследования.
14. Проверка адекватности эксперимента и объекта исследования.
15. Возможности формализации процессов исследования систем.
16. Принципы алгоритмизации процессов исследования систем.
17. Формы представления логической структуры исследования.
18. Примеры построения схем исследований.
19. Документирование этапов исследования систем.
20. Программное обеспечение исследований систем.
21. Особенности проведения экспериментов на ПЭВМ.
22. Погрешности ПЭВМ.
23. Общие вопросы теории планирования экспериментов.
24. Планирование машинных экспериментов с моделями систем.
25. Цели и задачи планирования имитационных экспериментов.
26. Стратегическое и тактическое планирование экспериментов.
27. Планирование экспериментов с целью синтеза оптимальных вариантов системы.
28. Проблема большого числа факторов при моделировании систем на ЭВМ.
29. Проблема обеспечения точности и достоверности результатов компьютерного эксперимента.
30. Особенности фиксации результатов машинного эксперимента.
31. Статистическая обработка результатов в процессе моделирования систем на ЭВМ.
32. Критерии сравнительной оценки вариантов систем по результатам эксперимента.
33. Основные направления использования компьютерного эксперимента при исследовании,
проектировании и эксплуатации систем.
34. Исследование организационных систем и производственных процессов на базе информационной
технологии.
35. Автоматизация исследования и проектирования систем информатики на базе компьютерных
моделей.
7. Учебно-методическое обеспечение дисциплины
7.1. Рекомендуемая литература
а) основная литература:
1. Ермаков С. М., Мелос В. Б. Математический эксперимент с моделями сложных стохастических
систем. – СПб.: Изд. ГУ, 1993.
2. Яковлев С. А., Шабуневич Е.В. Моделирующий обучающий комплекс “Имитационные
эксперименты с моделями интегральных сетей” // Тез. докл. Межвуз. конф. “Проблемы профессиональной
подготовки”. – Пушкин: 1996.7
б) дополнительная литература:
1. Бусленко Н.П. Моделирование сложных систем. – М.: Наука, 1988.
2. Веников В.А., Веников Г.В. Теория подобия и моделирования. – М.: Высшая школа, 1984.
3. Советов Б.Я. Информационная технология. – М.: Высшая школа, 1994.
5. Клейнен Дж. Статистические методы в имитационном моделировании. – М.: Статистика, Вып. 1, 2;
1978.
Программа составлена в соответствии с Государственным образовательным стандартом высшего
профессионального образования по направлению подготовки (специальности) 654600 – “Информатика и
вычислительная техника” для специальности 220200 – “Автоматизированные системы обработки
информации и управления” (АСОИУ).