ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ
ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ
УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО
ОБРАЗОВАНИЯ
«МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ИНСТИТУТ
РАДИОТЕХНИКИ, ЭЛЕКТРОНИКИ И АВТОМАТИКИ
(ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ)»
Факультет Кибернетики
Кафедра интеллектуальных
технологий и систем
Самостоятельная работа №1
Тема: Диаграммная схема модельной деятельности эксперта: возникновение,
построение, анализ, описание.
Дисциплина: Моделирование систем
Студент Смирнова И.И.
Группа ИИ-1-03
Руководитель Нечаев. В.В.
МОСКВА 2006
Содержание
Введение. Общие вопросы моделирования…………………………..………3
1. Триада «Субъект-объект-модель»……………………………………….…3
1.1. Эксперт по моделированию……………………………………...…….3
1.2. Объект моделирования……………………………………………...….4
1.3. Модель………………………………………………………………….…4
1.4. Анализ триады на основе бинарных отношений…………...………4
2. Модельная деятельность эксперта. Виды и формы деятельности….....5
2.1. Подробный анализ диаграммы модельной деятельности эксперта…...6
2.2. Анализ задач моделирования………………………………………….6
3. Заключение…………………………………………………………………....9
Введение.
Общие вопросы моделирования.
Назначение методологического комплекса
Моделирование – одна из форм деятельности человека. Модель, с одной стороны –
средство познания реального или идеального, мысленно представляемого мира, а с другой
– форма и методология отражения реального и идеального мира в искусственно
созданных человеком объектах.
Моделирование – комплексная методология накопления, организации хранения,
обработки, производства и отображения информации. Для построения модели необходимо
иметь информацию об объекте моделирования (оригинале) в достаточном для этого
объёме. Информация должна быть проанализирована, в необходимой мере обобщена,
определенным образом структурирована, т.е. организована.
С помощью моделирования решаются задачи анализа и синтеза:
Задачи анализа:
 Анализ объекта моделирования с целью составления того или иного вида описания.
 Анализ объекта моделирования с целью проверки её адекватности модели и
результата решения модельной задачи.
Задачи синтеза:
 Синтез самой модели.
 Синтез наилучшего результата решения модельной задачи.
1. Триада “субъект-объект-модель”
А ЭЭ
ЭМ
FЭМ
FЭ
FЭ
А



0
М

F
FМЭ
М0
АМ
М
FМ
Рис.1.1 Граф-схема триады
На рисунке 1.1 представлена граф-схема триады. На этой схема изображены
следующие элементы: эксперт по моделированию (ЭМ), объект-оригинал (Σ0) и модель
(М0).
1.1. Эксперт по моделированию (ЭМ) – человек или коллектив, обладающий
знаниями в области моделирования и выполняющий моделирование некоторого объекта.
Инженер моделирования предполагает разработку и создание объекта, который бы
замещал оригинал, т.е. некоторой модели как инструментального средства,
ориентированного на конкретную задачу моделирования и используемого для решения
этой или аналогичной задач.
1.2.Объект моделирования (Σ0) – объект, который необходимо смоделировать.
Каждая предметная область деятельности включает в себя совокупности объектов,
взаимосвязанных и взаимодействующих между собой. Моделирование всегда
предполагает существования прообраза-оригинала; он может быть в любой области
моделирования.
1.3.Модель (М0) – образ объекта моделирования. В модели происходит обработка
информации и преобразование исходных данных в результате моделирования. Модель
можно рассматривать как инструментальное средство, замещающее оригинал и
используемое для решения задач моделирования
1.4.Анализ триады на основе бинарных отношений.
Все 3 компоненты триады “объект-субъект-модель” взаимосвязаны. Они образуют
бинарные сочетания, реализующие между ними эпиморфные отношения:
 FЭ – восприятие информации об объекте моделирования – эксперт по
моделированию изучает объект моделирования, выделяя при этом особенности
данного объекта, его свойства.
 FЭ – воздействие на объект моделирования – для более детального изучения
особенностей объекта моделирования эксперт воздействует на объект, изучая его
реакцию.
 FЭМ – построение модели – эксперт по моделированию на основе полученных
данных об объекте-оригинале строит модель.
 FМЭ – изучение полученной модели – эксперт по моделированию после построения
модели изучает ее на предмет адекватного замещения объекта-оригинала. Это
является условием правильного построения модели.
 FМ – изучение модели может показать, что объект-оригинал не выполняет свои
функции. В этом случае модель дорабатывается, и вносятся изменения в сам
объект-оригинал.
 FМ –может получиться, что объект-оригинал имеет новые свойства, которые были
ранее не известны. В этом случае необходимо дополнить модель для адекватного
замещения оригинала.
Также существуют связи исходящие из компоненты и входящие в нее. Это
автоморфные отношения:
 АМ
М – предполагается анализ модели с точки зрения ее целевого назначения,
функциональных возможностей, структуры, задач, которые рассматриваемая
модель позволяет решать. Модель реализуется таким образом, что все
последующие изменения основываются на предыдущих, вся заложенная ранее в
модель информация отображается снова;
 А ЭЭ – эксперт по моделированию анализирует имеющуюся информацию и на
основе знаний, опыта принимает различные решения;
 А ΣΣ – под воздействием окружающей среды объект-оригинал может изменяться с
целью адаптации к изменениям.
В результате взаимодействия между объектом и экспертом в мозгу эксперта
происходит формирование некоторой ментальной модели объекта Σ0. Аналитические
рассуждения применимы к каждой паре компонент с условием соответствующей
адекватной интерпретации. В результате мы смогли записать 6 выражений и 6 схем
взаимодействий при анализе триады “объект-субъект- модель” на основе бинарных
отношений.
2. Модельная деятельность эксперта.
Виды и формы деятельности
Модельная деятельность эксперта, направленная на создание и использование
концептуальных метамоделей (КММ), осуществляется на основе совокупности
фундаментальных принципов. Как известно, под принципом принято понимать: основное,
исходное положение; первоначало, исходный пункт, предпосылку какой-либо теории или
концепции; руководящую идею, основное правило деятельности. КММ должна
удовлетворять базовой парадигме принципов, каждый из которых, в зависимости от
решаемых задач, имеет соответствующую интерпретацию. Под парадигмой понимают
идеологию, теорию или модель постановки проблем, положенную в основу методологии и
технологии решения модельных задач.
В моделировании деятельность специалиста разбивается на 2 базы: создание и
использование модели. С точки зрения методологии осуществления деятельности
эксперта, выделяют 2 вида (подхода): теоретический и экспериментальный. С точки
зрения целевого назначения, можно указать 2 направления деятельности эксперта:
познавательная и созидательная. С точки зрения предмета, на который эта деятельность
направлена, выделяют 2 предмета деятельности: объект-оригинал и модель. Структура
модельной деятельности эксперта по моделированию изображена на рисунке 2.1.
Модельная
деятельность ЭМ
Теоретическая
МДЭ
Эксперимент.
МДЭ
Познавательная
МДЭ
Созидательная
МДЭ
Объекторигинал
Модель
Рис. 2.1 Дихотомическая схема модельной деятельности эксперта
Σ0
СΣ
RΣ
ПΣ
ПТ
Т
СЭ
ЭМ
RТ
RЭ
СТ
Э
ПЭ
ПМ
RМ
СМ
М0
Рис. 2.2 Диаграммная схема модельной деятельности эксперта
На рисунке 2.2 показана диаграммная схема модельной деятельности эксперта. В этой
схеме используются следующие обозначения: ЭМ – эксперт по моделированию, Σ 0 –
объект-оригинал, М 0 – модель, Т – теоретический подход, Э – экспериментальный подход,
П – познавательная деятельность эксперта, С – созидательная деятельность эксперта и R –
результат деятельности эксперта.
2.1.Подробный анализ диаграммы модельной деятельности эксперта
В центре схемы находится эксперт по моделированию. Верхняя часть схемы
отображает деятельность эксперта связанную с объектом моделирования, нижняя
часть – процесс моделирования, левая часть – теоретический подход, а правая –
экспериментальный. Таким образом, схема разделяется на четверти:
1)
теоретическая деятельность эксперта, связанная с объектом моделирования –
изучение объекта моделирования на основе теорий;
2)
экспериментальная деятельность эксперта, связанная с объектом моделирования –
изучение объекта моделирования на основе экспериментальных данных.
3)
теоретическая деятельность эксперта, связанная с разработкой модели –
разработка новых подходов к моделированию;
4)
экспериментальная деятельность эксперта, связанная с созданием модели –
проверка на эксперименте адекватности создаваемой модели;
2.2.Анализ задач моделирования
Задачи моделирования могут быть однофазными, двухфазными, трехфазными,
четырехфазными и т.д. В данной работе рассмотрены задачи для n ≤ 4.
2.2.1.Однофазные задачи (общее число – 8):
1) познание объекта-оригинала с получением конкретных результатов:
ЭМ  П    0  RП  ЭМ – эксперт по моделированию изучает объект для
получения информации о нем;
2) создание действующего объекта-оригинала: ЭМ  С    0  RС  ЭМ –
деятельность эксперта направлена либо на исходный объект-оригинал, либо на
новый;
3) познание теории и получение некоторых структурированных знаний:
ЭМ  ПТ  Т  RТП  ЭМ – эксперт по моделированию познает теорию, что
позволяет быстрее понять проблему и способы ее решения;
4) создание теории, применимой для данной проблемной ситуации:
ЭМ  СТ  Т  RТС  ЭМ – эксперт по моделированию создает теорию,
позволяющую по-новому взглянуть на проблему, что может сказаться на способе
решения проблемы;
5) познание
экспертом
модели
для
получения
информации:
0
П
ЭМ  П М  М  RМ  ЭМ – эксперт по моделированию познает модель с
целью выявления ее недостатков;
6) создание экспертом модели: ЭМ  С М  М 0  RМС  ЭМ – эксперт по
моделированию создает модель на основе имеющихся данных;
7) познание экспертом эксперимента с получением некоторых данных:
ЭМ  П Э  Э  RЭП  ЭМ – эксперт изучает поставленный эксперимент и
анализирует его результаты;
8) создание экспертом эксперимента: ЭМ  С Э  Э  RЭС  ЭМ – для более
детального изучения объекта моделирования эксперт по моделированию
проводит эксперимент.
2.2.2.Двухфазные задачи (общее число – 56):
1) создание
объекта
моделирования
и
изучение
его
свойств:
0
С
0
П
ЭМ  С     R  ЭМ  П     R  ЭМ
–
эксперт
по
моделированию создает новый объект и проверяет его на соответствие
требованиям;
2) создание
модели
и
изучение
ее
свойств:
0
С
0
П
–
эксперт
по
ЭМ  С М  М  RМ  ЭМ  П М  М  RМ  ЭМ
моделированию создает модель, а затем проверяет ее реакцию на внешние
воздействия;
3) изучение
объекта-оригинала
и
создание
нового
объекта:
0
П
0
С
ЭМ  П     R  ЭМ  С     R  ЭМ – может использоваться
при создании идентичного объекта;
4) изучение
модели
с
последующим
созданием
новой
модели:
0
П
0
С
ЭМ  П М  М  RМ  ЭМ  С М  М  RМ  ЭМ – возможен вариант,
когда созданная модель не адекватно описывает оригинал, поэтому возникает
необходимость изучения модели с целью определения ошибки, а затем создание
новой модели на основе имеющихся данных;
5) создание
модели
и
эксперимента:
0
C
С
ЭМ  С М  М  R М  ЭМ  С Э  Э  RЭ  ЭМ – экспертом создается
модель объекта, а затем эксперимент, позволяющий определить реакцию объекта
на внешнее воздействие по реакции модели;
6) изучение
модели
и
создание
эксперимента:
0
П
С
ЭМ  П М  М  RМ  ЭМ  С Э  Э  RЭ  ЭМ – на основе данных,
полученных при изучении модели, эксперт создает эксперимент для
продолжения изучения;
7) создание конкретной модели с последующим изучением объекта-оригинала:
ЭМ  С М  М 0  RМС  ЭМ  П    0  RП  ЭМ – создав конкретную
модель эксперт по моделированию может изучить объект моделирования с целью
подтверждения информации, имевшейся у него на момент создания модели;
8) изучение
модели
и
создание
объекта:
0
С
0
С
ЭМ  П М  М  RМ  ЭМ  С     R  ЭМ – когда создана модель
не существующего в природе оригинала и эта модель испытана, то возникает
необходимость создания объекта-оригинала, поэтому эксперт по моделированию
изучает модель, а затем на основе имеющейся информации строится оригинал;
9) создание
теории
с
последующим
созданием
модели:
С
0
С
–
экспертом
по
ЭМ  СТ  Т  RТ  ЭМ  С М  М  RМ  ЭМ
моделированию создается теория, с использованием которой строится новая
модель;
10) изучение
модели
и
создание
теории:
0
П
С
ЭМ  П М  М  RМ  ЭМ  СТ  Т  RТ  ЭМ – изучив конкретную
модель эксперт по моделированию может создать на основе имеющейся
информации новую теорию, позволяющую объяснить ранее необъяснимые
явления и т.д.;
11) изучение
модели
и
изучение
теории:
0
П
П
ЭМ  П М  М  RМ  ЭМ  ПТ  Т  RТ  ЭМ – эксперт изучает
модель, получая некоторые данные, которые не всегда ему понятны, поэтому он
может обратиться к существующей теории с целью формирования знаний;
12) Изучение
теории
и
создание
новой
теории:
П
С
ЭМ  ПТ  Т  RТ  ЭМ  СТ  Т  RТ  ЭМ – на основе имеющейся
теории эксперт по моделированию создает новую теорию;
13) изучение
теории
и
создание
эксперимента:
П
С
ЭМ  П Т  Т  RТ  ЭМ  С Э  Э  RЭ  ЭМ – возможен вариант, когда
результат поставленного эксперимента не удовлетворил эксперта, и он проводит
новый эксперимент;
14) изучение
эксперимента
и
создание
нового
эксперимента:
ЭМ  П Э  Э  RЭП  ЭМ  С Э  Э  RЭС  ЭМ – возможен вариант, когда
результат поставленного эксперимента не удовлетворяет эксперта, и он проводит
новый эксперимент.
2.2.3.Трехфазная задача (р/м типовая задача):
познание
теории,
создание
модели
и
создание
эксперимента:
П
0
С
ЭМ  П Т  Т  RТ  ЭМ  С М  М  R М  ЭМ  С Э  Э  RЭС  ЭМ
– эксперт по моделированию изучает теорию, по ней создает модель, на которой
проводит эксперимент.
2.2.4.Четырехфазная задача (р/м типовая задача):
Познание объекта-оригинала, создание модели, познание теории и создание
эксперимента:
ЭМ  П    0  RП  ЭМ  С М  М 0  R МС  ЭМ  П Т  Т  RТП 
–
 ЭМ  С Э  Э  RЭС  ЭМ
эксперт по моделированию, предварительно изучив объект-оригинал, создает
модель данного объекта, затем он изучает теорию и проводит на созданной
модели эксперимент с целью подтвердить или опровергнуть данную теорию.
Анализ модельной деятельности эксперта показал, что существует огромное
количество вариантов взаимодействия эксперта с объектом-оригиналом, моделью. Задачи
моделирования интерпретируются в зависимости от цели моделирования и объекта
оригинала.
Заключение
Моделирование – одна из форм познания реальной действительности. Моделирование
основывается на способности человеческого мозга абстрагировать сходные явления на
основе обобщения и осуществить перенос знаний из одной предметной области в другую.
Моделирование как метод используется в задачах научного познания и инженерного
эксперимента. Его целесообразно использовать, когда имеет место экономическая
эффективность решения конкретной задачи; экономические факторы не преобладают над
важностью решаемой задачи; сложность задачи настолько велика, что другие методы не
работают; невозможно получить единого аналитического описания; требуется для
получения результата произвести большой объём вычислений; все другие методы
бессильны.