Методические указания к курсовому проекту

1
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
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
Методические указания
к выполнению курсового проекта по дисциплине
«Исследованию операций»
Чебоксары - 2010
2
. Методические указания к выполнению курсового проекта по дисциплине
«Исследованию операций»
для студентов специальностей 230102. Сост. В.П. Желтов, – Чебоксары, , 2010. - 15 с.
Методические указания к курсовому проектированию
предназначены для студентов
специальности автоматизированные системы обработки информации и управления, включают
содержание основных этапов работ по выполнению проекта, методику выполнения этих этапов и
разработаны с использованием материалов, известных в учебной и специальной литературе
3
Организация и методика проведения курсового проектирования
1. Цель и задачи курсового проектирования
Курсовые проекты рассматриваются как вид учебной работы по дисциплине и
выполняются в пределах часов, отводимых на ее обучение.
Специалисты должны быть способны самостоятельно и творчески решить научнопроизводственные вопросы. Курсовое проектирование (дипломного) играет большую роль
в развитии навыков самостоятельной творческой работы студентов, так как оно позволяет
путем решения конкретных производственных задач приобщить студентов к практике,
воспитывать их в духе ответственности за выполняемую инженерно-техническую работу,
прививать им элементы научно-исследовательской работы.
Курсовое проектирование должно способствовать закреплению, углублению и
обобщению знаний, полученных студентами за время обучения, и применению этих знаний к
комплексному решению конкретной инженерной задачи. Системой курсовых проектов
студент подготавливается к выполнению более сложной инженерной задачи – дипломного
проектирования.
справочной
Курсовое
литературой
проектирование
ГОСТа,
едиными
должно
научить
нормами
и
студента
расценками,
пользоваться
таблицами,
номограммами, типовыми проектами и справочниками укрупненных производственных и
системных норм соответствующих ведомств.
Курсовое проектирование должно также прививать студентам навыки производства
расчетов, составления технико-экономических записок.
2. Тематика курсового проектирования
Одним из основных требований к теме курсового проектирования является ее
комплексность, т.е. решение ряда взаимно связанных между собой вопросов. Вместе с тем
один из частных вопросов темы проекта должен быть разработан более подробно на основе
общего решения задачи.
Тематика курсового проектирования должна строиться на фактическом материале
промышленных и других предприятий и учреждений, на итогах производственной практики
студентов, на научных работах членов кафедры и студенческих кружков с привлечением
литературы, освещающей новейшие достижения науки и техники.
Темы
проектов
утверждаются заведующим кафедрой.
При зтом необходимо руководствовтся требованиями стандарта к подготовке инженера.
Инженер должен знать:
основные понятия системотехники, структуру и классификацию АСОИУ, виды обеспечения
АСОИУ;
4
принципы, методы и средства системного анализа и принятия решений, основные классы
моделей исследования операций, методы формализации, алгоритмизации и реализации
аналитических, численных, имитационных моделей;
принципы и методы разработки и применения систем поддержки принятия решений в
научных исследованиях и в управлении технологическими, организационно-экономическими
и социальными системами;
современные методы и средства программирования, СУБД, интегрированные среды,
возможности и особенности их применения при разработке АСОИУ;
принципы организации и функционирования ЭВМ, вычислительных систем комплексов и
сетей, их компоненты, характеристики, архитектуру, возможные области применения;
методы распределенной обработки информации, современные сетевые технические и
программные
средства,
модели
и
структуры
информационных
сетей,
оценки
их
эффективности, сетевые технологии;
принципы организации и построения баз данных, баз знаний, экспертных систем, пути,
методы и средства интеллектуализации информационных систем;
основы компьютерной графики, современные технические и программные средства
мультимедиа технологий;
принцип, модели, средства описания информационных систем и их элементов, объектноориентированные модели предметных областей, средства спецификации функциональных
задач и проектных решений;
современные методы и средства разработки АСОИУ;
принципы, модели и методы управления информационными системами, тенденции их
развития, связь со смежными областями;
должен владеть:
современными методами системного анализа информационных процессов и систем,
принципами, методами и средствами принятия решений в АСОИУ;
математическими моделями, методами анализа, синтеза и оптимизации детерминированных,
стохастических и экзистенциональных систем;
методами и инструментальными средствами исследования, моделирования и проектирования
распределенных, корпоративных информационно-управляющих систем;
современными
системными
программными
средствами,
сетевыми
технологиями,
мультимедиа технологиями, методами и средствами интеллектуализации информационных
систем;
методами и средствами проектирования и комплексирования аппаратных и программных
средств АСОИУ;
5
современными методами организации разработки АСОИУ и их программного обеспечения;
методами
оценки
качества
программного
обеспечения,
надежности
и
качества
информационных систем, сертификации и аттестации АСОИУ и их компонентов.
Основные руководящие данные для выполнения проекта оформляются кафедрой в
заданиях по проектированию.
В заданиях необходимо четко формулировать название
темы проекта и характеристики , определяющие его объем и содержание, например,
мощность, производительность, протяженность и др. Одновременно важно в задании
установить исходные данные для выполнения расчетно-графической части проекта,
количество и характер чертежей.
Каждое задание должно быть тщательно продуманно в научном и методическом
отношении и отвечать уровню подготовки студентов и времени, отведенному на выполнение
проекта.
Задания должны оформляться на специальных бланках и сопровождаться
руководящими материалами.
3. Содержание курсового проектирования
Курсовой проект должен состоять из графической части и расчетно-объяснительной
записки.
Чертежи должны быть выполнены в соответствии ГОСТом. Они должны быть
предельно четки, ясны и компактны. Масштаб 1:1. Чертежи выполняются в карандаше с
необходимыми спецификациями, размерами и обозначениями.
Изложение пояснительной записки должно быть технически грамотным, четким и
сжатым. Записка должна содержать обоснование запроектированного сооружения, агрегата,
конструкции и т.п. Эти обоснования проекта по общеинженерным дисциплинам могут быть
представлены главным образом в виде сравнительных характеристик выбранного решения с
другими имеющимися или возможными вариантами, показом их преимуществ под углом
зрения простоты и дешевизны изготовления на существующем оборудовании, удобства
эксплуатации, ремонта и техники безопасности работы.
Во всех курсовых проектах должны быть учтены требования техники безопасности
применительно к проектируемому объекту.
Курсовой проект, от постановки задачи до получения результатов, включает
следующие этапы:
1. Постановка задачи.
1. Формулировка задачи.
2. Определение цели и приоритетов.
3. Сбор информации о системе, объекте.
4. Описание данных (их структуры, диапазона, источника и т.д.).
6
2. Предмодельный анализ.
1. Анализ существующих аналогов и подсистем.
2. Анализ технических средств моделирования (ЭВМ, периферия).
3. Анализ программного обеспечения (языки программирования, пакеты
прикладных программ, инструментальные среды).
4. Анализ математического обеспечения (модели, методы, алгоритмы).
3. Анализ задачи (модели).
1. Разработка структур данных.
2. Разработка входных и выходных спецификаций, форм представления данных.
3. Проектирование структуры и состава модели (подмоделей).
4. Исследование модели.
1. Выбор методов исследования подмоделей.
2. Выбор, адаптация или разработка алгоритмов, их псевдокодов.
3. Сборка модели в целом из подмоделей.
4. Идентификация модели, если в этом есть необходимость.
5. Формулировка используемых критериев адекватности, устойчивости и
чувствительности модели.
5. Разработка алгоритмов.
6. Программирование (проектирование программы).
1. Выбор метода тестирования и тестов (контрольных примеров).
2. Кодирование на языке программирования (написание команд).
3. Комментирование программы.
7. Тестирование и отладка.
1. Синтаксическая отладка.
2. Семантическая отладка (отладка логической структуры).
3. Тестовые расчеты, анализ результатов тестирования.
4. Оптимизация программы.
8. Оценка моделирования.
1. Оценка средств моделирования.
2. Оценка адекватности моделирования.
3. Оценка чувствительности модели.
4. Оценка устойчивости модели.
9. Документирование.
1. Описание задачи, целей.
2. Описание модели, метода, алгоритма.
7
3. Описание среды реализации.
4. Описание возможностей и ограничений.
5. Описание входных и выходных форматов, спецификаций.
6. Описание тестирования.
7. Создание инструкций для пользователя.
10. Сопровождение.
1. Анализ применения, периодичности использования, количества пользователей,
типа использования (диалоговый, автономный и др.), анализ отказов во время
использования модели.
2. Обслуживание модели, алгоритма, программы и их эксплуатация.
3. Расширение возможностей: включение новых функций или изменение
режимов моделирования, в том числе и под модифицированную среду.
4. Нахождение, исправление скрытых ошибок в программе, если таковые
найдутся.
11. Использование модели.
4. Организация и руководство курсовым проектированием
Студентами приобретаются начальные навыки проектирования, от которых в
значительной степени зависит успех их дальнейшей работы над курсовыми проектами по
специальности.
В методических указаниях должны быть достаточно очерчены задачи проекта,
характер исходных данных, примерный объем и содержание отдельных частей проекта,
объяснительной записки, число, характер и масштаб чертежей, указано примерное
содержание вступительных бесед и пояснений в течение проектирования, а также порядок
выполнения проекта.
Руководство курсовым проектированием начинается с выдачи задания на проект.
Руководитель рекомендует студенту необходимую литературу и материалы и дает
консультацию о порядке выполнения задания. Устанавливается график выполнения проекта
с указанием времени для главных этапов проектирования. Задание и проект выдаются за
подписью руководителя проекта, датируется днем выдачи и регистрируются руководителем
проекта в журнале, находящемся на кафедре. Проводятся вводные лекции профессора или
одного из опытных руководителей проектирования.
В вводной лекции разъясняются значение проектирования для данной дисциплины,
требования, предъявляемые к проекту, к чертежам, расчетно-объяснительной записке в части
их содержания и оформления, а также сущность выданных заданий, узловые вопросы
8
наиболее типичного задания, даются общие указания по выполнению задания и определяется
объем работы по нему. Здесь освещается также связь задания с соответствующими частями
учебных дисциплин и рекомендуется основная литература.
Для работы над курсовыми проектами должны быть выделены часы в учебном
расписании (не менее 4 часов одновременно). В процессе проектирования кафедры могут
давать как групповые, так и индивидуальные консультации. Групповые консультации не
должны переходить в лекции. Индивидуальные консультации должны проводиться
регулярно один-два раза в неделю для всех студентов.
Руководитель курсового проектирования должен стремиться развивать творческие
навыки у студента при выполнении им курсового проекта. Руководитель дает свои указания
лишь после того, как он убедился, что студент достаточно ознакомился с данным вопросом и
понял его сущность. Чтобы научить студента объяснять свою работу, надо требовать от
студента доказательства и обоснования наиболее важных решений и вопросов проекта.
Защита проекта производится в специальной комиссии из 2–3 человек, выделенных
кафедрами, при непосредственном участии руководителя курсового проектирования, в
присутствии студентов проектирующей группы.
Защита состоит в коротком докладе (8-10 минут) студента по выполненному проекту
и в ответах на вопросы. Оценивается дифференцированной отметкой по четырех балльной
системе. После защиты всех проектов рекомендуется проводить заключительную беседу
руководителя с анализом лучших и худших проектов, с указанием на типичные ошибки и
недостатки.
Курсовые проекты, имеющие теоретический и практический интерес, следует
представлять на конкурс в СНО, отмечать приказом по университету. Проекты после защиты
должны сдаваться на кафедру, где они хранятся 1-2 года, затем все курсовые проекты, не
представляющие для кафедры интереса, списываются по акту. Итоги выполнения плана
курсовых проектов обсуждаются на кафедрах.
5. Темы курсовых работ по дисциплине
9
1. Задание к курсовому проекту по исследованию операций
Составить диету, содержащую по крайней мере 20 + N единиц белков, 30
+N единиц углеводов, 10 +N единиц жиров и 40 +N единиц витаминов, где N –
№ варианта. Как дешевле всего достичь этого при указанных в таблицах ценах
на 1 кг (или на 1 л) пяти имеющихся продуктов?
Хлеб
Соя
Сушеная рыба
Фрукты
Молоко
Белки
2
12
10
1
2
Углеводы
12
0
0
4
3
Жиры
1
8
3
0
4
витамины
2
2
4
6
2
Цена
12
36
32
18
10
2. Список методов
1.
Симплекс-метод
2.
Улучшенный симплекс-метод
3.
Двойственный симплекс-метод
3. Выбор методов решения
Первый метод – порядковый номер студента в журнале по модулю 3.
Второй метод – номер первого метода +2 по модулю 3.
4.Содержание курсового проекта
4.1. Содержание расчетно - пояснительной записки
Титульный лист.
Оглавление.
Задание на курсовое проектирование.
Введение
Теоретическая часть(смотрите пункт 6)
Математическая модель задачи
Алгоритмы решения задачи.
10
Программа решения задачи.
Анализ результатов вычислений.
Выводы по работе.
Литература.
4.2. Графическая часть
Задание на курсовое проектирование
Алгоритмы решения задачи.
Анализ результатов вычислений
5. Методические указания
5.1. Алгоритмы симплекс-методов
5.1.1. Симплекс-метод
1.
Ввести размерность задачи. Ввести коэффициенты в канонической
форме, базисные переменные и задать небазисные переменные.
Найти наименьший из коэффициентов C 'm 1 ,...,C 's ,...,C 'n .
Пусть это коэффициент C's . Если C 's  0 , то конец, оптимум найден. Иначе:
C 's  0 , и переменная Xs и прейти к 3.
2.
Если все a'is  0 , то конец.
Решение лежит вне заданных границ. Иначе вычислить B 'i / a 'is для всех ais  0
и найти минимум B 'i / a 'is .
Пусть этот минимум равен br / a' rs . Тогда Xs – базисная переменная, а Xr –
свободная переменная.
3.
Построить новую каноническую форму, изменить базис и перейти к 2.
5.1.2. Двойственный симплекс-метод
Пусть все коэффициенты целевой функции положительны .
Найти отрицательную базисную переменную. Если ее нет, то оптимальное
решение найдено; если их более чем одна, надо взять из них наименьшую. Путь
эта базисная переменная в r-м ограничении, она является переменной для
исключения из базиса.
11
В r-й строке найти отрицательный коэффициент a rj .
Если такого коэффициента нет, то не существует допустимого решения задачи.
Для отрицательных коэффициентов в этой строке найти MIN C ' j / a'rj .
j
Если этот минимум найден в S-м столбце, переменная Xs должна быть
включена в базис.
Провести
обычные
симплекс-преобразования,
выбрав
в
качестве
ведущего элемента a rj .
5.1.3. Улучшенный симплекс-алгоритм
Пусть задача представлена в канонической форме.
Базисные переменные X n 1 ,..., X n  m равны соответственно в1 ,...,вm . Обращение
базиса
есть
просто
Im
–
единичная
матрица
размерностью
m m .
Соответствующие симплекс-множители – это  1  0,...., m  0 , поскольку в
целевую функцию Z не входят базисные переменные.
На k-й итерации базисные переменные – это X 1 ,..., X m , некоторые принимают
значения b'1 ,...b'm .
Обращение базиса – матрица
B 1
размерностью m  m ,
а симплекс-множители равны  1 ,..., m .
Вычислить коэффициенты небазисных переменных в канонической форме
целевой функции в текущем базисе
 aij 
 
C ' j  C j   aij   j  C j  ( 1 ,..., m )    
i 1
a 
 mj 
m
где  i - текущие симплекс-множители , aij - исходные коэффициенты из
уравнения.
Величины C' j вычисляются для каждой небазисной переменной.
Найти наименьший из коэффициентов C 'm 1 ,...,C 'n .
12
Если C 's  0 , то минимум функции Z найден, конец. Иначе: C 's  0 , и
переменная Xs войдет в базис.
Определить переменную, которая будет заменена переменной Xs. С этой целью
вычислить a's  B 1  as ;
Определить строку базисной переменной, предназначенной для исключения из
базиса MIN
b'i
b'
 r  MAX X s ; a'is  0 .
a'is a'rs
Заменить старый базис
X 1 ,..., X r ,..., X m на новый
X 1 ,..., X s ,..., X m ; новые
значения базисных переменных равны
X s  bi 
b 'r
; X 1  bi  b'i ais  br ; (i  r ) .
a'rs
Cформировать матрицу
 a'is


0 0
1 0
a 'rs


 a '2 s


0 0
0 1
a 'rs



   r  я
 
1
0 0
0 0


a 'rs


 a 'm s
 0 0
0 1  
a 'rs


5 - я строка
строка
Вычислить (новое обращение) =Е  (исходное обращение).
Найти
новые
симплекс-множителей
симплекс-множители;
m
 i    ki  Ck .
k 1
Новые значения симплекс множителей
 i   i 
 ki 

  a'ks Ck  Cs    i  C 's  ri .
a'rs  k 1

(Вернутся к 2.)
m
исходные
значения
13
6. Вопросы которые должны быть освещены в теоретической части
курсового проекта
Как определяется направление возрастания целевой функции в
графическом методе решения задачи линейного программирования (ЛП).
Дайте
характеристику
стандартной
формы
задач
линейного
программирования.
Приведите основные правила для преобразования задачи ЛП к
стандартному виду.
Каким соотношением задается отрезок в n-мерном пространстве.
Дайте определение экстремальной точки
Какое множество называется выпуклым?
Докажите, что если ограничения имеют допустимое решение, то они
имеют и базисное решение.
Докажите, что допустимая область является выпуклым множеством.
Докажите, что базисные допустимые решения соответствуют вершинам
выпуклого множества.
Докажите, что если целевая функция имеет конечный минимум, то, по
крайней мере, одно оптимальное решение является базисным.
Дайте характеристику канонической формы задачи ЛП.
Выведете основные соотношения для симплекс-метода.
Назовите основные шаги симплекс-метода.
Какой базис называется вырожденным?
Рассмотрите изменения значений правых частей.
Рассмотрите изменения коэффициентов целевой функции.
Как решается задача ЛП при появлении дополнительных переменных?
Опишите решение задачи ЛП при включении дополнительных
ограничений.
Приведите основные шаги двойственного симплекс-метода.
Приведите основные шаги улучшенного симплекс-метода.
Основные правила перехода к двойственной задаче.
Докажите, что двойственной задачей к двойственной есть прямая задача.
Докажите, что Z  W , где W – целевая функция двойственной задачи.
Докажите, что если прямая задача имеет конечное решение, то
двойственная задача имеет конечное решение Wmax  Z min .
Докажите, что значения симплекс-множителей оптимального решения
двойственной задачи являются значениями переменных в оптимальном
решении прямой задачи.
7. Рекомендуемая литература
1. Карманов В.Г. Математическое программирование. М .:Наука, 1980.
14
Приложение 1
Титульный лист курсового проекта
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
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
курсовой проект
по дисциплине
«Исследованию операций»
ТЕМА ПРОЕКТА:
Выполнил студент группы
Проверил
Чебоксары - 2010
15
Приложение 2
Задание на курсовому проектированию
ЗАДАНИЕ
по курсовому проектированию
Студенту________________________________________ гр. _______________________
1. Тема проекта (работы)_____________________________________________________
2. Срок сдачи студентом законченного проекта (работы) _______________________________
3. Исходные данные к проекту (работе)_____________________ _______________________
4. Содержание расчетно-пояснительной записки (перечень подлежащих
разработке вопросов)______________________________________________________________
5. Тема углубленной проработки_____________________________________________
_________________________________________________________________________
6. Перечень графического материала (с точным указанием обязательных чертежей)
__________________________________________________________________________
8. Календарный график выполнеия проекта ____________________________________
__________________________________________________________________________
9. Рекомендуемая литература ________________________________________________
__________________________________________________________________________
Дата выдачи задания «___» ________________ 2010 г.
Руководитель___________________________________
Задание принял к исполнению________________________________
(дата)
_________________________________
(подпись студента)
УТВЕРЖДАЮ
«_______» __________________ 2010
г.
Зав. кафедрой____________________________