ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«Тихоокеанский государственный университет»

ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ИНФОРМАЦИОННЫХ СИСТЕМ И

ТЕХНОЛОИЙ

Задание на контрольную работу

с методическими указаниями

для студентов специальности «Прикладная информатика (в экономике)»

Хабаровск 2005 г.

Задание 1 1.1.По рекомендованной литературе изучить основные понятия об информации и ее преобразованиях. Разработать первичный алгоритм и записать объявление операции нулевого ранга.

1.2.Для любой предметной области как объекта проектирования распределенной обработки информации и организации параллельных процессов определить и обосновать совокупность процессов, соотносимую по своим свойствам с характеристиками замкнутого коллектива алгоритмов.

Варианты задания Номер 0 1 2 3 4 5 варианта Результат Слово В слове В слове Пус- Слово В слове выполнения являет- все все тое является каждая первичного 1A2A1A2 ся нечетные нечет- слово двухбук- буква алгоритма двух- буквы – ные венным является бук- буква А буквы – из одина- буквой А венным буква В ковых букв Номер 7 8 9 10 11 варианта Результат В слове Слово Слово начина- Слово выполнения каждая 1A2A2A1 являет- ется и закан- начинаетпервичного буква ся чивается одной ся с бук- 2A2A1A алгоритма является трехбук и той же бук- вы А и буквой В венным вой заканчивается на букву Я Номер 13 14 15 16 17 варианта Результат В слове В сло- Слово не явля- Слово является выполнения две по- ве две ется однобук- 2A2A1A1 однобуквенным первичного следних 2A2A1A1 первых венным алгоритма буквы – буквы буква А – буква В Студент-заочник определяет номер варианта как сумму количества букв в фамилии и умноженной на последнюю цифру года поступления в ТОГУ последней цифры номера зачетной книжки по модулю 19 (остаток от деления на 19).

Методические указания к выполнению задания По Н.Криницкому, конструкцией называется совокупность конструктивных элементов и связей, которая либо является пустой, либо содержит не менее одного конструктивного элемента и удовлетворяет двум условиям:

а) любая связь в ней насыщена ее конструктивнами элементами;

б) любые два конструктивных элемента в ней связаны ее связями.

Конструктивным элементом может быть либо буква, либо заключенная в оболочку конструкция.

Словом называется конструкция, которая либо является пустой, либо удовлетворяет следующим условиям:

1) все ее буквы связаны с помощью связей трех типов: начивающей связи ранга 1, кончающей связи ранга 1 и продолжающей связи ранга 2, имеющей характеристику 1,1;

2) в ней присутствует одна начинающая связь и одна заканчивающая связь;

3) каждая буква является связуемым элементом двух связей;

4)если посчитать, что жанр ветви начинающей связи –второй, а ветви кончающей связи – первый, то ветви связей, связывающих каждую букву слова, относятся к разным жанрам.

Буква слова, связанная начинающей связью, называется началом слова, а связанная кончающей – концом слова. Пустое слово не имеет ни начала, ни конца.

Слово, все буквы которого попарно неодинаковы, называют алфавитом. Всякая буква, одинаковая с одной из букв этого слова, называется буквой в этом алфавите.

Известно, что прямым назначением любого алгоритма является его выполнение. Поэтому особенности алгоритма определяются особенностями алгоритмических операций, а для формирования понятия алгоритма необходимо уточнить понятие операции.

Операции определяются как некоторые построения из первоначальных операций, причем по отношению к построениям совершается акт их объявления операциями.

Операции подразделяются на действия и условия. Действиями называются натуральные действия, линеаризация и делинеаризация, конкатенация.

Состав натуральных операций и их обозначения приведены в таблице 1. Натуральные условия:

а) «рассматриваемое слово непусто» (условие непустоты);

б) «рассматриваемая буква является началом данного слова» (условие начала);

в) «рассматриваемая буква является концом данного слова» (условие конца);

г) «рассматриваемая буква одинакова с данной буквой » (условие одинаковости).

Таблица Удлинение вперед Отбрасывание конца Условие непустоты Пустое действие Рассмотрим приведенный Н.Криницким пример первичного алгоритма с необходимыми пояснениями.

Пример 1. Разработать первичный алгоритм для объявления операции нулевого ранга, результатом которой является слово 1 2 1.

1: s :2; /* начать рассмотрение пустого слова */ 2: h 1 :3; /*вместо данного пустого слова рассматривать однобуквенное, 3: * :4; /* выбрать и пометить специальной связью начало слова – букву 4: :5; /* без продвижения вперед после рассматриваемой буквы 5: :6 ; /* от рассмотрения первой буквы слова перейти к рассмотрнию 7: :8; /* без продвижения вперед после рассматриваемой буквы 8: :9 ; /* от рассмотрения второй буквы слова перейти к рассмотрнию 10: :11; /* прекратить рассмотрение буквы */ 11: :; /* не выполнять никаких действий */ Используются конструкции двух видов:

где :=|.

Рассмотрим первоначальное полное определение алгоритма.

Алгоритм – совокупность правил, механическое исполнение которых (по совокупности правил выполнения) исполнителем определяет процесс получения искомого конечного результата от варьируемых исходных данных.

Рассмотрим первоначальное неполное определение алгоритма.

Алгоритм – предписание (приказ или система приказов), определяющее процесс преобразования исходных данных в искомый результат и обладающее свойствами определенности, результативности и массовости.

Эти определения (полное и неполное) являются неточными (нестрогими). Рассмотрим точное полное определение алгоритма (по Н.Криницкому).

Предположим, что заданы два языка L1 и L2. Пусть L3 – язык, конструкциями которого являются пары (t,s), где t – конструкция языка L1, а s – конструкция языка L2. Тогда 1.Всякий первичный алгоритм на языке L1 над языком L2 называется алгоритмом на языке L1 над языком L2.

2.Если задан алгоритм W (на некотором языке) над языком L3, то любая конструкция t, рассматриваемая вместе с W называется алгоритмом на языке L1 над языком L2. Сама по себе конструкция t называется записью алгоритма.

При этом всякая конструкция s, которая вместе с t образует исходное данное для W, по отношению к алгоритму, имеющему запись t, называется исходным данным, а конструкция r,получаемая от применения W к t,s называется (искомым) результатом; W называется алгоритмом выполнения.

Тогда L1 - алгоритмический язык вместе с L2 (языком исходных данных).

Если t – алгоритм над языком L2, то все его результаты принадлежат некоторому языку. Более того, существует язык, содержащий результаты алгоритма t, который, кроме этих результатов, не содержит никаких других конструкций.

Таким образом, необходимо различать алгоритм, определяемое им отображение (функцию) и его запись. Эти объекты должны иметь различное обозначение. При этом определенный вначале алгоритм называют алгоритмом первого ранга.

Пусть конструкция X содержит подконструкции Y, Z1, Z2, …,Zn.

Пусть F – некоторая n - местная операция. Рассмотрим первичный алгоритм:

1.Выполнить F над исходными данными Z1, Z2, …,Zn; перейти к п.2.

2.Полученным результатом заменить в конструкции X подконструкцию Y; стоп.

Объявляя отображение, соответствующее данному алгоритму, операцией, обозначим ее Определенные таким образом операции будем называть локальными операциями над X.

Пусть P(Z1, Z2, …,Zn) – уже известный предикат с предметными переменными Z1, Z2, …,Zn, а – имя конструкции для логического значения.

Рассмотрим следующий первичный алгоритм:

1.Если P(Z1, Z2, …,Zn), то перейти к п.2, иначе – к п.3.

Если Z 1 X, Z n X, то отображение, соответствующее данному первичному алгоритму будем называть локальным предикатом P(Z1, Z2, …,Zn) над X.

Отображение как операция ожидания условия, обозначенная символом соответствует первичному алгоритму:

1.Если P(Z1, Z2, …,Zn), то стоп, иначе перейти к п. Операция ожидания имеет смысл для рассмотренных конструкций.

Первичные алгоритмы, в которых используются только локальные операции и локальные предикаты, называются локальными первичными алгоритмами.

Приказ, содержащийся в записи первичного алгоритма, называется подчиненным предикату Р, если он предписывает ожидание Р или непосредственно перед его выполнением имеет место Р=1.

Пусть U={U1, U2, …,Un }- множество не имеющих внешних частей подконструкций конструкции X. Предположим, что U разбито на непересекающиеся подмножества Y1, …, Yn;S1, …, Sk.

Определим через регулирующие предикаты множество локальных алгоритмов как коллектив алгоритмов.

Пусть R={Ai} – конечное множество локальных алгоритмов, имеющих общее для них исходное данное X и удовлетворяющих следующим условиям:

1)запись каждого Ai содержит только приказы, основанные на подконструкциях, принадлежащих Yi, и, может быть, на подконструкциях, принадлежащих некоторым Sj;

2)для каждого Ai и каждого Sj, содержащего основания {Zi} приказов, которые содержатся в записи Ai, задан предикат Pi(Zj), локальный над X; причем совокупность таких предикатов обладает следующими свойствами:

3)каждый приказ алгоритма Ai, основание которого принадлежит Sj, подчинен предикату Pi(Sj).

Описанное множество локальных алгоритмов называется коллективом алгоритмов. Названные выше предикаты называются регулирующими предикатами коллектива.

Если существует Sj, такое, что регулирующие предикаты Pq(Sj)=1 и Pr(Sj)=1, то говорят, что алгоритмы Aq и Ar находятся в контакте.

Два алгоритма Aq и Ar одного коллектива называются объединенными, если они являются контактирующими между собой, либо контактируются с алгоритмом, который объединен с одним из них.

Если для всех j имеет место Pn+1(Uj) 0 или t=n, то коллектив R={Ai} называется замкнутым. В остальных случаях он называется открытым.

Утверждается, что для любого замкнутого коллектива алгоритмов существует эквивалентный ему локальный алгоритм.

Процесс выполнения алгоритмов тогда будет «параллельным», и, в силу дискретности описания подлежащим моделированию с помошью широкого набора средств.

Изучить по рекомендованной литературе основные положения теории автоматов как одной из основных частей теоретических основ информационных систем и технологий.

Объект S представляет собой управляемую систему, решающую актуальные задачи. Изменение состояния среды, изменяющее вход объекта, вызывает изменение его состояния в части перехода к реализации определенного процесса (к выполнению функции). Результатом выполнения функции является изменение выхода объекта. На выходе – изменения в ресурсах, технологии, продукции и метаинформации.

Объект S состоит из подобных ему элементов P и R, находящихся в линейной последовательности P R. Для P и R заданы таблицы переходов и выходов.

Требуется исследовать функционирование объекта S при изменении среды для заданных начальных состояний P и R. Результаты представить в таблице и проанализировать на предмет выявления периодичности и структурированности. Описать взаимодействие P и R с помощью любых известных не вполне формализованных и формализованных языковых средств.

Для объекта S построить граф переходов.

Краткие указания. Элемент матрицы (таблицы) переходов и выходов xij/yij определяет переход из состояния j в состояние xij, если состоянием входа является Vi. При этом на выходе формируется yij.

Студент выполняет задание с использованием учебника Б.Советова «Моделирование систем» и учебника А.Мишенина «Теория экономических информационных систем».

Номер варианта студент выбирает по последней цифре номера зачетной книжки.

2 вариант Таблица переходов и выходов для Р Таблица переходов и выходов для R 3 вариант Таблица переходов и выходов для Р Таблица переходов и выходов для R 4 вариант Таблица переходов и выходов для P Таблица переходов и выходов для R 5 вариант Таблица переходов и выходов для P Таблица переходов и выходов для R 6 вариант Таблица переходов и выходов для P Таблица переходов и выходов для R 7 вариант Таблица переходов и выходов для P Таблица переходов и выходов для R 8 вариант Таблица переходов и выходов для Р Таблица переходов и выходов для R 9 вариант Таблица переходов и выходов для P Таблица переходов и выходов для R 0 вариант Таблица переходов и выходов для P Таблица переходов выходов для R (Номер варианта студент выбирает по последней цифре номера зачетной книжки.) 3.1. Определить количество потребителей, которые получат сообщение через t дней, и величину интервала информирования t*, необходимого для информирования M потребителей.

вар 3.2. Выполнить анализ ценности информации на основе расчетов для двух сообщений (1 и 2).

3.3. От источника поступают связанные между собой и уточняющие состояние объекта сообщения, причем количество форм сообщений увеличивается, возрастает объем информации.

Определить объем передаваемой информации, позволяющий потребителю получить максимальный объем семантической информации. Зависимость объема семантической информации у потребителя y от объема передаваемой информации x отображается функцией y=f(x).

3.4. Определить количество коммуникационых связей в иерархической системе, системе с центром и в полносвязной сети. Выполнить сравнительный анализ изменений при увеличениии количества взаимодействующих элементов n в k раз за период.

анта 3.5. Исследовать процесс передачи информации в сети на основе построения модели с разработкой моделирующего алгоритма.

Информационный обмен рассматривается во фрагменте сети, включающем 2 коммуникационных узла, обменивающихся информацией через линию связи. В каждый узел как в потенциальный источник поступают пакеты данных, которые обрабатываются процессором узла, помещаются в выходной накопитель узла и передаются по каналу связи узлу-приемнику.

Каждый приемник обрабатывает поступившие пакеты, помещает их в выходной накопитель и передает подтверждение приемнику. Источник проверяет подтверждение, а затем уничтожает и пакет и подтверждение.

Примечание. Закон распределения интервалов поступления пакетов и другие параметры студент выбирает самостоятельно. Допускается реализация моделирующего алгоритма в любой среде, а также использование готовых программных средств. Студент обязан представить результаты выполнения задания как результаты исследования и собственной разработки.

Методические указания к выполнению задания Количество потребителей, которые получат сообщение через t дней, можно определить по следующей формуле:

М – искомое количество потребителей;

где N – общее количество потребителей;

C – доля проинформированных потребителей за день.

Тогда, задав М, можно найти t известным способом (путем логарифмирования).

Ценность информации, содержащейся в сообщении, можно определить по формуле:

где k0 – количество одинаково приемлемых вариантов действий до получения сообщения;

k1 – количество одинаково приемлемых вариантов действий после получения сообщения.

С использованием формулы (2) студент должен выполнить необходимый сравнительный анализ.

Семантическая информация – это смысловой эквивалент отражения среды в виде совокупности сигналов объекта, в частности, в сознании человека. Соответствующие проблемы оставляют важную часть теоретических основ информационных систем.

Содержащийся в сообщении смысл соотносится с содержанием тезауруса приемника.

Тезаурус – словарь, отражающий семантические связи между словами или другими смысловыми элементами данного языка.

Тезаурус состоит из списка конструкций, упорядоченных по смысловым группам (интеллектуальным оболочкам), и алфавитного словаря или «ключа» доступа. В тезаурус приемника информации включаются сложные высказывания.

Более развитый тезаурус способен воспринимать качественно новую информацию. Объем информации, полученный тезаурусом из сообщения, определяет изменение тезауруса под воздействием сообщения. Это характеризует как качественную новизну информации, так и возможности тезауруса.

В экономической кибернетике тезаурус рассматривается как основа семантического фильтра, на входе которого находится синтаксический фильтр, а на выходе – прагматический. Последовательность фильтров обеспечивает последовательное формирование синтаксической, семантической и прагматической информации.

Обмен и качество каждого вида информации определяет объем и качество следующего в указанной последовательности. Наиболее важной частью прагматической информации является актуально полезная информация. Ее получение предполагает непосредственное последующее применение, обеспечивающее получение конкретного фактического результата.

Недостаточно развитый вследствие приема небольшого объема информации тезаурус обеспечит формирование малого объема семантической информации. Сущность, содержание или смысл явления или процесса будут неясными. Слишком полный тезаурус также не обеспечит формирование большого объема информации, как новых сведений. Сущность, содержание или смысл явления или процесса уже будут понятны в основном.

Для решения задачи 3.3 рекомендуется применить методы исследования функции на экстремум (решить уравнение f(x)=0).

Количество коммуникационных связей при обмене информацией в полносвязной сети можно определить по формуле:

Для исследования процесса передачи информации рекомендуется использовать ранее изученные методы моделирования систем на основе N – схем (сетей Петри).

Разработать концептуальную модель предметной области на основе объектного представления. В состав модели включить 5-7 основных объектов. Использовать средства описания класса «объект – атрибут - связь».

Наименование больница школа Рекламное Риэлторская Страховая анта Наименование Предприятие банк Фондовая Депозитарная ресторан Методические указания к выполнению задания Для разработки концептуальной модели используются объектное представление и моделирование сущностей. Объектное представление является наиболее универсальным и используется в проектировании, в программировании и в организации баз данных на основе моделей структурного и реляционного типов.

В соответствии с целью разработки или совершенствования информационной системы описываются интересующие разработчика составные элементы предметной области, называемые объектами. В состав объектов включают собственно объекты, явления и процессы.

Современные подходы требуют при выборе объектов ориентироваться на процессы. Например, если рассматривается объект УСПЕВАЕМОСТЬ СТУДЕНТА, то ему соответствует реальный информационный объект «Карточка студента». Значительно большие возможности обеспечивает рассмотрение объектов РАСПИСАНИЕ СЕССИИ, ПОРУЧЕНИЕ ПРЕПОДАВАТЕЛЯ, ЭКЗАМЕНАЦИОННАЯ ВЕДОМОСТЬ (экзаменационный лист), ВЕДОМОСТЬ ПРОМЕЖУТОЧНОЙ АТЕСТАЦИИ. Таким образом, предметную область «Институт» можно представить различными способами для контроля учебного процесса.

В качестве примера рассмотрим как описание ПО следующую концептуальную модель (схему) с последующим описанием объектов.

Описание объектов:

ФАКУЛЬТЕТ (КодФакультета, НазваниеФакультета, ФамилияДекана, Телефон Секретаря).

ДИСЦИПЛИНА (КодФакультета, КодДисциплины, НазваниеДисциплины, СеместрНач, СеместрКон).

ГРУППА (ШифрГруппы, КодФакультета, ГодОбучения, Фамилия Куратора).

СТУДЕНТ (НомерГруппы, НомерСтудента, ФамилияСтудента, Пол, ДатаРождения) УСПЕВАЕМОСТЬ (НомерГруппы, НомерСтудента, КодДисциплины, ВидСдачи, КодРезультатаСдачи).

ПРОМЕЖУТОЧНАЯ АТТЕСТАЦИЯ (НомерГруппы, НомерСтудента, КодДисциплины, КодПериода, КоличествоПропусков, Оценка).

Объект описывается определенным составом атрибутов. Атрибут наименованная кодированная характеристика объекта. Действительно, студент характеризуется своей фамилией, поэтому объект с именем СТУДЕНТ описывается, в том числе атрибутом с именем ФамилияСтудента. В приведенном выше материале заглавными буквами представлены имена объектов, а в скобках приведен атрибутный состав.

Атрибуты, имеющие одну и ту же область определения значений, но различные имена, называются ролевыми.

Связи между объектами отражают реально существующие взаимосвязи и взаимозависимости. Рассматривают логические связи («род- вид», «частьцелое») и связи соответствия. Кроме того, одна связь может обладать свойствами двух рассмотренных типов. Например, между объектами СТУДЕНТ и ГРУППА существует логическая связь типа «часть-целое», поскольку в действительности студент является частью учебной группы (или группа состоит из студентов). Вместе с тем данная связь обладает свойствами связи соответствия, значение атрибута ШифрГруппы у экземпляров этих объектов совпадают. Тип данной связи –«один- ко- многим», несколько экземпляров СТУДЕНТ связаны с одним экземпляром объекта ГРУППА.

Для создания концептуального описания предметной области (модели) студент может использовать типовую методику. Необходимо выполнить анализ предметной области, определить основные цели и задачи, состав информации, собрать необходимые дополнительные данные для выполнения работы установленного объема, осуществить синтез концептуальной модели, представить описание объектов и охарактеризовать связи.

1. Глушков В.М. Основы информатики.-М, 1987.

2. Мишенин А.Н. Теория экономических информационных – М, 2001.

3. Полищук Ю.М. и др. Теория автоматизированных банков информации.- М, 1989.

4. Советов Б.Я. и др. Моделирование систем- М, 2003.

1.Криницкий Н.А. и др. Программирование и алгоритмические языки- М,1979.