Теория комплексов программ - Основные образовательные

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ
РОССИЙСКАЯ ФЕДЕРАЦИЯ
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
«ТЮМЕНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»
Институт математики и компьютерных наук
Кафедра информационных систем
Юрий Евгеньевич Карякин
МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ, ЧИСЛЕННЫЕ МЕТОДЫ И
КОМПЛЕКСЫ ПРОГРАММ (ТЕОРИЯ КОМПЛЕКСОВ ПРОГРАММ)
Учебно-методический комплекс. Рабочая программа
для аспирантов направления 09.06.01 Информатика и вычислительная техника
(Математическое моделирование, численные методы и комплексы программ),
очной и заочной форм обучения
Тюменский государственный университет
2014
Карякин Ю.Е. Математическое моделирование, численные методы и
комплексы программ (Теория комплексов программ). Учебно-методический
комплекс. Рабочая программа для аспирантов направления 09.06.01
Информатика и вычислительная техника (Математическое моделирование,
численные методы и комплексы программ), очной и заочной форм обучения. Тюмень, 2014. - 14 с.
Рабочая программа составлена в соответствии с требованиями ФГОС ВО с
учетом рекомендаций и ОПОП ВО по направлению и профилю подготовки.
Рабочая программа дисциплины опубликована на сайте ТюмГУ:
Математическое моделирование, численные методы и комплексы программ
(Теория комплексов программ). [электронный ресурс] / Режим доступа:
http://www.umk3plus.utmn.ru, свободный.
Рекомендовано к изданию кафедрой информационных систем. Утверждено
проректором по научной работе Тюменского государственного университета.
ОТВЕТСТВЕННЫЙ РЕДАКТОР: И.Н. Глухих, д-р техн. наук, проф.,
зав. каф. информационных систем
© Тюменский государственный университет, 2014.
© Карякин Ю.Е., 2014.
2
1. Пояснительная записка.
1.1. Цели и задачи дисциплины.
Целью дисциплины «Теория комплексов программ» является изучение
теоретических основ построения программных комплексов и систем, а также
получение аспирантами практических навыков их проектирования.
К основным задачам дисциплины относятся:
 формирование математической культуры, адекватной современному уровню
развития теории проектирования программного обеспечения.
 формирование знаний и умений, необходимых для освоения и использования
методов проектирования программного обеспечения в других областях
знаний.
 формирование знаний и умений, необходимых для дальнейшего
самообразования в области проектирования программного обеспечения.
 развитие логического и алгоритмического мышления и выработка
представлений о методах проектирования.
1.2. Место дисциплины в структуре образовательной программы
Дисциплина «Теория комплексов программ» относится к образовательнопрофессиональным дисциплинам подготовки аспиранта и основывается на
информационных технологиях в научно-исследовательской деятельности,
методах моделирования систем.
Данная дисциплина является базовой для выполнения кандидатской
диссертации по специальности 05.13.18.
Курс «Теория комплексов программ» тесно взаимосвязан с дисциплинами
«Теория и средства математического моделирования», «Методы и средства
вычислительной математики».
Таблица 1.
Разделы дисциплины и междисциплинарные связи с обеспечиваемыми
дисциплинами
Темы дисциплины необходимых
для изучения обеспечиваемых
№
Наименование обеспечиваемых
(последующих) дисциплин
п/п
(последующих) дисциплин
1.
2.
1
2
3
4
5
Математическое моделирование,
численные метода и комплексы
программ (Теория и средства
математического моделирования)
+
+
+
+
+
Математическое моделирование,
численные метода и комплексы
программ (Методы и средства
вычислительной математики)
+
+
3
+
1.3. Компетенции выпускника ООП, формируемые в результате
освоения данной дисциплины
Процесс изучения дисциплины направлен на формирование следующих
профессиональных компетенций:
 ПК2. Умение воспринимать, осваивать и применять цифровые алгоритмы
интегральных преобразований: Фурье, Лапласа, Гильберта и др.
 ПК4. Умение формализовывать явления, процессы и системы в контексте
возникающих проблем.
1.4. Перечень планируемых результатов освоения дисциплины.
В результате освоения дисциплины аспирант должен:
знать
- стандарты разработки использования комплексов программ;
- средства
реализации
информационных
технологий
и
средства
автоматизированного проектирования информационных технологий;
- основные
понятия
и
определения
программных
комплексов,
информационных процессов и информационных технологий, их структуру и
способы описания;
уметь
- применять принципы и методы теории комплексов программ для решения
научных и технических, фундаментальных и прикладных проблем;
- использовать
технологии
разработки
объектов
профессиональной
деятельности;
- анализировать, получать знания с помощью самостоятельной работы с
печатными источниками, применять полученные теоретические знания при
решении практических задач, строить простейшие модели в различных
областях знаний;
- готовить научные отчеты по результатам выполненных исследований;
- проводить анализ и синтез комплексов программ, информационных
технологий и систем с применением математических моделей расчета и
оптимизации.
владеть
- различными формальными методами анализа, синтеза и оптимизации и их
месте в проектировании информационных технологий и систем;
- способностью к участию в работах по моделированию продуктов,
технологических процессов, производств, средств и систем автоматизации,
контроля диагностики испытаний и управления процессами, жизненным
циклом продукции и ее качества с использованием современных средств
автоматизированного проектирования;
- способностью участвовать в разработке алгоритмического и программного
обеспечения средств и систем автоматизации и управления процессами;
- способностью производить эксперименты по заданным методикам с
обработкой и анализом их результатов, составлять описание выполненных
4
исследований и подготавливать данные для разработки научных обзоров и
публикаций.
2. Структура и трудоемкость дисциплины
Семестр 6. Форма промежуточной аттестации - зачет, общая трудоемкость
дисциплины составляет 1 зачетную единицу, 36 часов..
Текст самостоятельной работы (реферат) представляется в электронном
виде.
3. Тематический план.
Таблица 2.
2
3
4
5
Итого:
Из них часов в интерактивной
форме
5
6
4
Формы контроля
2
Понятие и виды программных
комплексов. Системообразующие
свойства комплексов программ.
Системный подход и системный
анализ
Теоретико-множественное описание
программных комплексов
Описание информационных потоков
в программных комплексах
Декомпозиция и синтез
программных комплексов
Динамические программные
комплексы
самостоятельная
работа*
1
1
Практические
занятия
Тема
лекции
№
Всего часов
Виды учебной и
самостоятельная
работы, час.
Из них в интерактивной
форме
Тематический план дисциплины
7
8
3
6
4
2
6
2
6
опрос
10
2
8
реферат
6
2
4
опрос
6
2
4
контроль
ная
работа
36
10
26
8
5
4. Содержание дисциплины.
Тема 1. Понятие и виды программных комплексов.
Системообразующие свойства комплексов программ. Системный подход
и системный анализ.
Понятие программного комплекса. Терминологий и классификация.
Целостность и интегративность. Иерархичность. Эквифинальность (предельные
возможности). Закономерности целеобразования и осуществимости ИС.
Системный подход и системные исследования. Системный анализ.
Тема
2.
Теоретико-множественное
описание
программных
комплексов.
Общие свойства моделей Роль моделирования в деятельности человека.
Типы моделей систем: модель "черный ящик", модель состава, модель структуры.
Структурная и функциональная схемы. Количественное описание моделей –
шкалирование, вероятностное и нечеткое описание. Энтропия и информационные
характеристики источника сообщений. Количество и скорость передачи
информации: по дискретному и по непрерывному каналам. Пропускная
способность
канала.
Характеристики
уровней
представления
ИС:
лингвистический,
теоретико-множественный,
абстрактно-алгебраический,
динамический, логико-математический. Кибернетический подход к описанию ИС.
Процесс управления как информационный процесс. Система как отношение на
множествах. Временные и алгебраические системы.
Тема 3. Описание информационных потоков в программных
комплексах.
Модели ИС «вход-выход» и «вход-состояние-выход». Детерминированные
ИС без последействия и с последействием. Стохастические системы. Понятие
агрегата. Операторы выходов и переходов агрегата. Агрегат как случайный
информационный процесс. Кусочно-непрерывные и кусочно-линейные агрегаты.
Виды
связей
между
агрегатами
системы.
Принцип
минимальности
информационных связей агрегатов.
Тема 4. Декомпозиция и синтез программных комплексов.
Анализ и синтез в комплексах программ. Модели систем как основания
декомпозиции. Алгоритмизация процесса декомпозиции. Процедуры синтеза
информационных систем. Формулирование проблемы, выявление целей,
формирование критериев, генерирование альтернатив.
6
Тема 5. Динамические программные комплексы.
Особенности динамики нелинейных программных комплексов. Странные
аттракторы. Элементы теории бифуркаций. Математические модели теории
катастроф. Динамический хаос. Фрактальные структуры. Самоорганизация в
распределенных ИС. Потенциальные возможности динамического хаоса при
передаче информации. Возможность использования теории комплексов программ
в практике проектирования информационных систем. Тенденции и перспективы
развития теории комплексов программ.
5. Планы практических занятий.
Практические занятия учебным планом образовательной программой не
предусмотрены.
6. Учебно-методическое обеспечение самостоятельной работы
аспирантов.
Таблица 3.
Планирование самостоятельной работы аспирантов
№
Темы
1
Понятие и виды программных
комплексов.
Системообразующие свойства
комплексов программ.
Системный подход и системный
анализ
2
3
4
5
Теоретико-множественное
описание программных
комплексов
Описание информационных
потоков в программных
комплексах
Декомпозиция и синтез
программных комплексов
Динамические программные
комплексы
Виды СРС
дополниобязательные
тельные
выполнение
самостоятельн
ых заданий на
Проработка
практических
лекций;
занятиях,
чтение
собеседование обязательно
йи
дополнитель
ной
литературы
Реферат
Объем
часов
4
6
8
Доклад с
презентацией
ИТОГО:
Работа с
литературой,
Интернетом.
Подготовка
курсовой
работы и
доклада
4
4
26
7
Самостоятельная работа аспирантов заключается в углубленном изучении
тем, предложенных аспирантам на лекционных и практических занятиях. Контроль
самостоятельной работы аспиранта осуществляется в форме защиты реферата
по выбранной теме.
Предметом самостоятельной работы аспирантов являются этапы их
диссертационных исследований, связанные с моделированием.
От аспирантов требуется электронный вариант реферата, содержащий
обоснование выбора конфигуратора модели, сценарий моделирования, описание
ожидаемых результатов, а также перечень документов, сопровождающих
моделирование. Реферат может стать основой научной статьи и соответствующих
разделов диссертационной работы.
Реферат (от лат. Refero  докладываю, сообщаю) - краткое изложение в
письменном виде или в форме публичного выступления содержания книги,
научной работы, результатов изучения научной проблемы; доклад на
определённую тему, включающий обзор соответствующих литературных и других
источников. Как правило, Р. имеет научно-информационное назначение. Р.
называют также научным докладом. Р. получили распространение в научноисследовательских учреждениях, высшей школе, в системе политического
просвещения, в народных университетах. В общеобразовательной школе и
средних специальных учебных заведениях Р. называют специально
подготовленные сообщения учащихся на факультативных занятиях и др.
Цель самостоятельной работы аспиранта - углубленное изучение тем,
предложенных в лекциях. Контроль самостоятельной работы аспиранта
осуществляется в форме защиты реферата по выбранной и согласованной с
преподавателем теме.
6.1. Примерные темы рефератов.
01.
02.
03.
04.
05.
06.
07.
08.
09.
10.
Направление работника в командировку
Перевод работника на другую работу
Предоставление отпуска работнику
Прием работника на работу
Увольнение работника
Учет рабочего времени
Учет материалов
Ведение учебной нагрузки
Составление индивидуального плана
Учет основных средств и нематериальных активов
8
11.
12.
13.
14.
15.
16.
17.
18.
19.
20.
Учет выполненных работ
Прием-передача товарно-материальных ценностей
Учет поступления товарно-материальных ценностей
Прием товара на склад
Учет некачественного товара при приеме на склад
Проведение экзамена
Составление расписания занятий
Ведение журналов успеваемости и посещаемости
Заполнение листка по учету кадров
Проведение репетиционных занятий
7. Типовые контрольные задания или иные материалы, необходимые
для оценки знаний, умений, навыков и (или) опыта деятельности,
характеризующей этапы формирования компетенций в процессе
освоения образовательной деятельности.
Примерный перечень вопросов к зачету.
1. Принципы объектно-ориентированного программирования.
2. Прикладные программные системы и процесс решения задач. Особенности
процесса решения математических задач.
3. Характеристика современных систем программирования, поддерживающих
объектно-ориентированную парадигму.
4. Технология использования программных систем. Основные требования к
технологии использования программных систем (ПС). Формы использования
ПС. Этапы подготовки, выполнения и завершения решения задач с
использование ПС. Обслуживание и модификация ПС.
5. Архитектура ПС. Формы структурирования. Модульность. Иерархия модулей.
6. Управление в программных системах. Компиляция и интерпретация,
смешанный подход. Функции программ управления и программ перевода.
Компилятор компиляторов.
7. Технология разработки ПС: планирование - проектирование- реализация.
Моделирование детерминированого поведения систем: схемы программ,
анализ потока данных.
8. ПС ориентированные на вычислительные задачи. Базовые средства
программирования.
9. ПC ориентированные на символьные вычисления.
10. Общая характеристика пакета Ration Rose (история возникновения и
совершенствования Ration Rose, основы моделирования в среде Ration Rose).
9
8. Образовательные технологии.
При
чтении
лекций
применяются
технологии
объяснительноиллюстративного и проблемного обучения в сочетании с современными
информационными технологиями обучения (различные демонстрации с
использованием проекционного мультимедийного оборудования).
При организации самостоятельной работы применяются технологии
проблемного обучения, проблемно-исследовательского обучения (в частности,
при
самостоятельном
изучении
части
теоретического
материала),
дифференцированного
обучения,
репродуктивного
обучения,
а
также
современные информационные технологии обучения (системы поиска
информации, работа с учебно-методическими материалами, размещенными на
сайте университета).
В процессе проведения аудиторных занятий используются следующие
активные и интерактивные методы и формы обучения: проблемная лекция,
проблемное практическое занятие, работа в малых группах, научная дискуссия на
темы «Анализ используемых в диссертации математических моделей», «Гипотезы
и допущения, принятые при построении математических моделей, используемых в
диссертации», практические занятия в диалоговом режиме, самостоятельная
работа с учебными материалами, представленными в электронной форме.
9. Учебно-методическое и информационное обеспечение дисциплины
(модуля).
1.
2.
3.
4.
9.1. Основная литература.
Ивашко, А. Г. Информационные системы и технологии: учебное пособие/ А.
Г. Ивашко, Ю. Е. Карякин; Тюм. гос. ун-т. - Тюмень: Изд-во ТюмГУ, 2013. 324 с.
Корпоративные информационные системы управления: учебник/ ред. Н. М.
Абдикеев, О. В. Китова. - Москва: ИНФРА-М, 2011. - 464 с.
Степочкина, Е.А. Хозяйственная организация и моделирование ее динамики
/ Е.А. Степочкина. - М. : Директ-Медиа, 2014. - 439 с. - ISBN 978-5-44585683-2
;
То
же
[Электронный
ресурс].
URL:http://biblioclub.ru/index.php?page=book&id=226094 (дата обращения
29.08.2014).
Киселева,
И.А.
Моделирование
эколого-экономических
систем
[Электронный ресурс] : учебное пособие / И.А. Киселева. - М. : Евразийский
открытый
институт,
2011.
117
с.
URL:
http://biblioclub.ru/index.php?page=book&id=90417
(дата
обращения
29.08.2014).
10
9.2. Дополнительная литература.
1. Ивашко, А. Г. Проектирование информационных систем: учеб.-метод.
пособие/ А. Г. Ивашко. - Тюмень: Изд-во ТюмГУ, 2007. - 329 с.
2. Лапыгин Ю.Н. Теория организаций [Электронный ресурс] : Учеб. пособие /
Ю.Н. Лапыгин. - М.: ИНФРА-М, 2012. - 311 с.: URL:
–
http://znanium.com/bookread.php?book=329144 (01.09.14).
9.3. Периодические издания.
1. Научно-техническая информация: научно-технический сборник. Серия 2:
Информационные процессы и системы . - ISSN 0548-0027. - Б.ц.. - ISSN
0548-0027. -Выходит ежемесячно
2. Открытые
системы:
Журнал
для
профессионалов
в
области
информационных технологий . - ISSN 1028-7493. - Б.ц.. - ISSN 1028-7493. Выходит ежемесячно
3. Алгоритмы и программы: библиографическая информация. - Москва, 1968 . - ISSN 0320-7420. - Б.ц.. - ISSN 0320-7420. -Выходит ежемесячно
10. Перечень информационных технологий, используемых при
осуществлении образовательного процесса по дисциплине, включая
компоненты программного обеспечения и информационные системы
1.
2.
3.
4.
5.
6.
Microsoft Office
Mathcad,
Maple,
Matlab.
Microsoft Visual Studio
GPSS/World Student Version
11. Технические средства и материально-техническое обеспечение
дисциплины (модуля)
Для поведения лекционных занятий необходима аудитория, оборудованная
мультимедийными средствами для работы в программе PowerPoint. Для
выполнения
практических
занятий
(лабораторных
работ)
необходим
компьютерный класс.
11
12. Методические указания аспирантам по освоению дисциплины.
Целью практических занятий является усвоение теоретического материала,
развитие навыка обработки данных.
Основой текста самостоятельно работы аспиранта являются определения
(смысл) терминов, связанных с организацией и интерпретацией результатов
наблюдения системы. При этом должно быть чёткое различение понятий
«информация» и «носитель информации», их адекватное контексту
использование. Все используемые термины должны быть понятны автору.
Тема работы выбирается студентом, исходя из проблематики его научной
работы. Формулировка наименования текста согласовывается с преподавателем.
Тема может быть и оригинальной, и инновационной идеей.
Объем доклада должен быть порядка 7-9 стр. текста, шрифта 14’, через
1,15 интервала, на листе А4 с полями: 2,5 см слева, 1,5см сверху и снизу, 1,0 см.
справа.
В тексте в квадратных скобках указывается номер источника в перечне.
Конструктивным является утверждение, предложение, критика, если все они
содержат действие, реализуемое в существующих условиях.
Доклад следует записать в файле для передачи преподавателю. Имя
файла: фамилия и ИО аспиранта.
В лучшем случае текст может стать основой научной публикации. Поэтому
приветствуются оригинальные результаты, наблюдения, необычные факты, их
обобщение, соображения, критический анализ проделанного или прочитанного.
Научный текст, технический, учебный, – это рационально, логично
построенное повествование, имеющее целью убедить слушателей в
обоснованности предлагаемых их вниманию утверждений (в лучшем случае,
аксиом и теорем) и их следствий, появившихся в результате интерпретации
обработанных данных.
Если готовится презентация, то на каждом слайде:
- не должно быть больше семи-девяти чётких взаимосвязанных
графических объектов;
- не более 13 строк легко читаемого текста;
- фразы должны быть лаконичными, служить сигналами докладчику в
логичном изложении и слушателям в связанном восприятии;
- полные скриншоты должны сопровождаться следующим слайдом с
укрупнённым фрагментом, помогающим изложению;
- определения можно помещать полностью или на последовательности
слайдов, если строк больше 13.
12
Текст и фон должны быть контрастно отличными. На последнем слайде
повторяется имя докладчика, для того чтобы облегчить обращение к нему с
вопросами. Желателен адрес e-mail.
Необходимо заботиться о корректности использования грамматики русского
языка.
При устном представлении материала стараться не читать слайды и
записи. Говорить не торопясь, уверенно: Ваш материал никто не знает лучше Вас.
Не бояться пауз. Желательно называть авторов источников, где был взят
материал. Смотреть в основном на слушателей, а не на слайды. Желательно
пользоваться средствами привлечения внимания отвлекающихся слушателей,
например, вопросами к некоторым из них. Или: если не слушают, замолчать.
Целесообразно за день до выступления выслать текст преподавателю для
повышения его корректности
13
Дополнения и изменения к рабочей программе
по дисциплине
_______________________________________________
на 201__ / 201__ учебный год.
В рабочую программу вносятся следующие изменения:
___________________________________________________________
___________________________________________________________
___________________________________________________________
___________________________________________________________
___________________________________________________________
___________________________________________________________
___________________________________________________________
___________________________________________________________
___________________________________________________________
___________________________________________________________
___________________________________________________________
__________________________________________
Рабочая программа пересмотрена и одобрена на заседании кафедры
________________________________ «__» _______________201 г.
Заведующий кафедрой
___________________/___________________/
Роспись
Ф.И.О.
14