Методические разработки
Предварительный просмотр:
Подписи к слайдам:
Системы и модели Системы Модели Графы Типы информационных моделей объектов и процессов Иерархические системы Сети Табличные модели Классификация систем
Системы Система (греч. Systema – соединение из частей) совокупность элементов, находящихся в отношениях и связях между собой и образующих определенную целостность и единство Целостность Систему можно рассматривать как объект, если под объектом понимать некоторую часть окружающего мира, которая может рассмотрена как единое целое. Свойства целого не являются суммой свойств составляющих его элементов Структурность Поведение системы обусловлено не столько особенностями ее отдельных элементов, сколько свойствами ее структуры, если под структурой понимать определенный способ объединения составляющих систему элементов Взаимозависимость системы и среды Система функционирует и проявляет свои свойства в процессе взаимодействия со средой Иерархичность Каждый компонент системы может быть рассмотрен в свою очередь, как система, а исследуемая система сама элемент более широкой системы (надсистемы) Множественность описаний Адекватное познание системы требует построение множества различных моделей, каждая из которых описывает лишь определенный аспект системы
Классификация систем В естественных системах неживой природы связи носят только материальный характер. В системах живой природы и искусственных системах существуют связи материальные и информационные. Для общественных систем очень большое значение имеют информационные связи Искусственные Созданы человеком с определенной целью Естественные Созданы природой Неживая природа (космические системы, материальные природные объекты …) Живая природа (животные, растения, микроорганизмы …) Материальные системы (искусственные материалы, строительные сооружения, технические системы и пр. …) Общественные системы (производственные коллективы, политические партии и пр. …)
Модели Модель - упрощенное подобие реального объекта (процесса), созданное человеком для определенного применения (цели) Искусственные модели ( описание объекта моделирования в определенной форме ) Материальные ( натурные ) модели Модели объектов и процессов (систем) Модели знаний
Типы информационных моделей объектов и процессов Вербальные Словесное описание на естественном языке Графические Схемы Карты Чертежи Графики Графы Табличные Объект-свойство Объект-объект Двоичные матрицы Прочие Математические Описание соотношений между количественными характеристиками объекта моделирования на языке математики Методика информационного моделирования Определение цели моделирования Определение типа информационной модели Системный анализ объекта моделирования Построение информационной модели
Графы Граф – это информация о составе и структуре системы, представленная в графической форме Элементы системы (изображены овалами) называются вершинами графа. Связи между элементами называются отношениями ребро (симметричная связь) дуга (несимметричная связь) Лев Нилыч Алеша Отношение: «быть дедушкой» Ориентированный граф Начальная вершина Конечная вершина Дачи д.Елово ст. Озерная д. Подгорная д. Бобры Отношения: «соединение дорогой» (симметричные связи) Ненаправленный граф Процессор Устройство ввода Устройство ввода Память Неоднородный граф ( разные типы отношений ) Управление работой Передача информации
Иерархические системы Иерархические системы – системы, элементы которых находятся друг с другом в отношении вложенности или подчиненности Примеры: система образования, географические системы, файловые системы, системы классификации в науке… Дерево – это граф иерархической системы, в котором нет петель (связанных по замкнутой линии вершин). Вершины верхнего уровня связаны с вершинами нижнего уровня как «один ко многим» ИНСТИТУТ Физический факультет Химический факультет кафедра ……… кафедра ……… кафедра ……… кафедра ……… корень ветви листья Первый уровень Второй уровень Третий уровень Пример:
Сети Сеть – это граф, в котором вершины различных уровней связаны между собой по принципу «многие к многим» Иванов Танцы Геология ИЗО Программирование Граф - сеть Петров Сидоров Матвеев Физика Химия Танцы Геология ИЗО Программирование Физика Химия Иванов 1 1 Петров 1 1 1 Сидоров 1 1 Матвеев 1 1 1 Факультативы Матрица смежности
Табличные модели В одной строке таблицы типа «объект-свойство» содержится информация об одном объекте или одном событии. В таблицах типа «объект-объект» отражаются взаимосвязи между разными объектами. В таблицах типа «двоичная матрица» отражается качественный характер связи между объектами Дата Осадки Темп. (град.) Давл. (мм.рт.ст.) Влажн. (%) 15.03 снег -3,5 746 67 16.03 без осадков 0 750 62 17.03 туман 1,0 740 100 18.03 дождь 3,4 745 96 Погода Таблица типа «объект-свойство» Ученик Русск. Алгебра Химия Физика Аликин 4 5 4 3 Зотов 4 4 3 3 Волков 5 4 5 3 Галкин 4 3 5 4 Петров 3 4 4 5 Успеваемость Таблица типа «объект-объект» Дачи Озерная Подгорная Елово Бобры Дачи 1 1 1 1 0 Озерная 1 1 0 0 0 Подгорная 1 0 1 0 1 Елово 1 0 0 1 1 Бобры 0 0 1 1 1 Дорожная связь Таблица типа «двоичная матрица»
Искусственный интеллект Искусственный интеллект – раздел информатики, изучающий трудно-формализуемые задачи имитации человеческого мышления Интеллект (от лат. intellectus – познание, понимание, рассудок) – способность мышления, рационального познания. Предметом изучения науки «искусственный интеллект» является человеческое мышление . Ученые ищут ответ на вопрос: как человек мыслит? Цель этих исследований - создание модели человеческого интеллекта и реализация ее на компьютере . Модели функционирования исполнителей Базы данных и базы знаний Пример логической модели
Области искусственного интеллекта Интеллектуальные игры Компьютерная лингвистика Распознавание образов Интеллектуальные работы Экспертные системы (системы построенные на знаниях) Состав экспертной системы База знаний Механизм вывода Интеллектуальный интерфейс Формирование знаний в определенной предметной области Алгоритм логических рассуждений Общение с пользователем на естественном языке или формальном языке предметной области Назначение ЭС : консультации пользователя, помощь в принятии решения Важное свойство : открытость, самообученность
Модели функционирования исполнителей Формальный исполнитель Данные Программа Выполнение программы Результаты Интеллектуальный исполнитель Данные Построение программы Выполнение программы Результаты Моделирование знаний (разработка методов формирования знаний для ввода их в компьютерную память в качестве базы знаний) Моделирование рассуждений (создание компьютерных программ, имитирующих логику человеческого мышления при решении разнообразных задач) Создание интеллектуальных систем на компьютере
Базы данных и базы знаний База данных – это структурированная совокупность фактов , относящаяся к определенному объекту Информационная модель реальной системы в памяти компьютера База знаний – это совокупность основополагающих фактов и правил определенной предметной области Логическая модель знаний Факт – это сообщение (информация) о конкретном событии, о свойстве конкретного объекта, о его связи с другими объектами Правила – это утверждения, определяющие одни понятия через другие, устанавливающие взаимосвязи между различными свойствами объектов, формулирующие законы природы или общества
Пример логической модели знаний Родословное дерево Родословные связи между мужчинами одной семьи Сергей Андрей Алексей Михаил Дмитрий Петр Логическая модель знаний Факты Правила Сергей – отец Андрея Сергей – отец Петра Андрей – отец Алексея Петр – отец Михаила Петр – отец Дмитрия Всякий мужчина – сын своего отца Дедушка – отец отца Братья – сыновья одного отца Дядя – брат отца Племянник – сын брата Внук – сын сына факты носят частный характер, а правила – общий (справедливы для любой семьи) в БЗ включены только основополагающие факты Мужчина Сыновья Отец Дедушка Братья Дяди Племянники Внуки Сергей Андрей, Петр Не знаю Не знаю Не знаю Не знаю Не знаю Алексей, Михаил, Дмитрий Андрей Алексей Сергей Не знаю Петр Не знаю Михаил, Дмитрий Нет Петр Михаил, Дмитрий Сергей Не знаю Андрей Не знаю Алексей Нет Алексей Нет Андрей Сергей Нет Петр Нет Нет Михаил Нет Петр Сергей Дмитрий Андрей Нет Нет Дмитрий Нет Петр Сергей Михаил Андрей Нет Нет Реляционная база данных