- •Введение
- •Глава I определениясистемного анализа
- •Системность - общее свойство материи
- •Определения системного анализа
- •Понятие сложной системы
- •Характеристика задач системного анализа
- •Особенности задач системного анализа
- •Глава 2 характеристика этапов системного анализа
- •Процедуры системного анализа
- •Анализ структуры системы
- •Построение моделей систем
- •Исследование ресурсных возможностей
- •Определение целей системного анализа
- •Формирование критериев
- •Генерирование альтернатив
- •Реализация выбора и принятия решений
- •Внедрение результатов анализа
- •Глава 3 построение моделей систем
- •Понятие модели системы
- •Агрегирование - метод обобщения моделей
- •Глава 4 имитационное моделирование - метод проведения системных исследований
- •Сущность имитационного моделирования
- •Композиция дискретных систем
- •Содержательное описание сложной системы
- •Глава 5 теория подобия - методология обоснования применения моделей
- •Модели и виды подобия
- •Основные понятия физического подобия
- •Элементы статистической теории подобия
- •Глава 6 эксперимент - средство построения модели
- •Характеристика эксперимента
- •Обработка экспериментальных данных
- •Глава 7 параметрические методы обработки экспериментальной информации
- •7.1. Оценивание показателей систем и определениеихточности
- •7.2. Использование метода максимального правдоподобия для оценивания параметров законов распределения
- •Глава I определения системного анализа 7
- •Глава 2 33
- •Глава 3 построение моделей систем 53
- •Глава I определения системного анализа 7
- •Глава 2 33
- •Глава 3 построение моделей систем 53
- •7.5. Примеры оценки показателей законов распределения
- •Глава 8
- •Глава I определения системного анализа 7
- •Глава 2 33
- •Глава 3 построение моделей систем 53
- •Формулировка теоремы Байеса для событий
- •Глава I определения системного анализа 7
- •Глава 2 33
- •Глава 3 построение моделей систем 53
- •8.3. Вычисление апостериорной плотности при последовательном накоплении информации
- •Достаточные статистики
- •Сопряженные распределения
- •8.9. Оценивание параметров семейства гамма-распределений
- •Глава I определения системного анализа 7
- •Глава 2 33
- •Глава 3 построение моделей систем 53
- •Глава 9
- •Общие замечания
- •Ядерная оценка плотности
- •Глава 10
- •Задача линейного программирования
- •Глава I определения системного анализа 7
- •Глава 2 33
- •Глава 3 построение моделей систем 53
- •Метод искусственных переменных
- •Дискретное программирование
- •Нелинейное программирование
- •Глава 11 системный анализ и модели теории массового обслуживания
- •Глава I определения системного анализа 7
- •Глава 2 33
- •Глава 3 построение моделей систем 53
- •Замкнутые системы с ожиданием
- •11.5. Пример расчета надежности системы с ограниченным количеством запасных элементов
- •Глава 12 численные методы в системном анализе
- •Метод последовательных приближений
- •Глава I определения системного анализа 7
- •Глава 2 33
- •Глава 3 построение моделей систем 53
- •Глава 13 выбор или принятие решений
- •Глава I определения системного анализа 7
- •Глава 2 33
- •Глава 3 построение моделей систем 53
УДК 004 ББК32.81 А72
ПРЕДИСЛОВИЕ
Рецензенты:
Кафедра АСОИУ Московского государственного технического университета им. Н.Э. Баумана (зав. кафедрой - д-р техн. наук, проф.В. М. Черненький);д-р физ.-мат. наук, проф.В.В. Нечаев(зав. кафедрой интеллектуальных технологий и систем Московского государственного института радиотехники, электроники и автоматики)
Антонов, А.В.
А 72 Системный анализ. Учеб. для вузов/А.В. Антонов. - М.: Высш. шк.,2004.
-454 с.: ил.
ISBN 5-06-004862-4
В учебнике изложены методологические вопросы системного анализа. Описаны этапы и процедуры проведения системных исследований, сформулированы цели и задачи системного анализа. Большое место уделено вопросам построения моделей сложных систем. Изложены вопросы проверки адекватности моделей, процедуры их формирования, методы оценки параметров.
Рассмотрены математические методы и модели системного анализа, типовые постановки задач, описаны области их приложения. Изложены численные методы решения типовых задач системного анализа. Приведены методы выбора и принятия решений, процедур, выполняемых на заключительном этапе системного анализа. Дана характеристика задач принятия решений.
Для студентов, обучающихся по направлению 552800 и654600 «Информатика и вычислительная техника»и образовательной программе (специальности), реализуемой в рамках направления подготовки дипломированных специалистов220200 — «Автоматизированные системы обработки информации и управления», а токже для аспирантов и инженеров.
УДК 004 ББК 32.81
IoBN 5-06-004862-4 ФГУП«Издательство «Высшая школа»2004
Оригинал-макет данного издания является собственностью издательства «Высшая школа», и его репродуцирование (воспроизведение) любым способом без согласия издательства запрещается
Системные исследования - интенсивно развивающаяся область научной деятельности, которая является одним из наиболее результативных проявлений интегративных тенденций в науке. Специфика системных исследований состоит в их направленности на изучение сложных, комплексных, крупномасштабных проблем. В ходе проведения данного вида работ исследователи ориентируются не только на познание существа изучаемых проблем и соответствующих объектов, но и на создание средств, позволяющих обеспечить рациональное управление этими объектами, содействовать разрешению имеющихся проблем. Единство исследовательских функций и решение практических задач, направленных на преобразование объекта исследования, разрешение проблемной ситуации, имеющей место в исследуемой системе, обуславливают комплексный, междисциплинарный характер системных исследований.
Системный анализ является синтетической дисциплиной. В нем находит отражение междисциплинарный характер системных исследований, реализуется современная форма синтеза научных знаний. В своей простейшей интерпретации междисциплинарность выражается в том, что системный анализ занимается изучением объектов такой сложности, для описания которых приходится привлекать понятия, изучаемые в рамках различных традиционных научных дисциплин. Реально содержание этого понятия гораздо глубже.Дело в том, что традиционные дисциплины изучают различные аспекты поведения исследуемых систем. В системных исследованиях такая декомпозиция невозможна, так как при этом могут потеряться основные свойства системы. Иными словами необходимо учитывать системный эффект, когда совокупность объектов, объединенная в систему, приводит к появлениюновых свойств. Таким образом, для понимания поведения системы необходимы теоретические знания различных дисциплин. Причем для исследования систем применяются не только формализованные методы, но и неформальные процедуры.
Исторически системный анализ явился развитием таких дисциплин как исследование операций и системотехника. Системный анализ и исторически и содержательно имеет вполне определенный смысл, а именно, он представляет собой совокупность методов исследования систем, методик выработки и принятия решений при проектировании, конструировании и управлении сложными объектами различной природы.
Системный анализ — это, прежде всего, определенный тип научно- технической деятельности, необходимый для исследования, разработки, управления сложными объектами. Результаты системных исследований, для того чтобы быть успешными, должны удовлетворять заранее установленным критериям эффективности, опираться на определенный теоретический фундамент и в процессе своего применения порождать образцы дляпоследующего использования.
Введение
Современное состояние общества характеризуется внедрением достижений научно-технического прогресса во все сферы деятельности. Переживаемый в настоящее время этап развития является этапом информатизации. Информатизация-это процесс создания, развития и всеобщего применения информационных средств и технологий, обеспечивающих кардинальное улучшение качества труда и условий жизни в обществе. Информатизация тесно связана с внедрением информационно-вычислительных систем, с повышением уровня автоматизации организационно-экономической, технологической, административно-хозяйственной, проектно-конструкторской, научно-исследовательской и других видов деятельности. Создание сложных технических систем, проектирование и управление сложными комплексами, анализ экологической ситуации, особенно в условиях агрессивного техногенного воздействия, исследование социальных проблем коллективов, планирование развития регионов и многие другие направления деятельности требуют организации исследований, которые имеют нетрадиционный характер. По ряду специфических признаков все перечисленные объекты прикладной деятельности обладают свойствами больших систем. Таким образом, в различных сферах деятельности приходится сталкиваться с понятиями большихилисложных систем.
В разных сферах практической деятельности развивались соответствующие методы анализа и синтеза сложных систем: в инженерной деятельности - системотехника, методы проектирования, методы инженерного творчества; в сфере управления — системный подход, политология; в военной сфере - методы исследования операций, теория оптимального управления; в научных исследованиях - имитационное моделирование, теория эксперимента. В 80-е гг. XX в. все эти теоретические и прикладные дисциплины приобретают общую направленность, они образуют «системное движение». Системность стала не только теоретической категорией, но и аспектом практической деятельности. Ввиду того, что сложные системы стали предметом изучения, проектирования и управления, потребовалось обобщение методов исследования систем. Появилась объективная необходимость в возникновении прикладной науки, устанавливающей связь между абстрактными теориями системности и системной практикой. В последнее времяэто движение оформилось в науку, которая получила название «системный анализ».
Особенности современного системного анализа вытекают из самой природы сложных систем. Имея в качестве цели ликвидацию проблемы или, как минимум, выяснение ее причин, системный анализ привлекает дляэтого широкий спектр средств, используетвозможности различных наук и практических сфер деятельности. Являясь по существу прикладной диалектикой, системный анализ придает большое значение методологическим аспектам любого системного исследования. С другой стороны, прикладная направленность системного анализа приводит к необходимости использования всех современных средств научных исследований - математики, вычислительной техники, моделирования, натурных наблюдений и экспериментов.
Системный анализ является меж- и наддисциплинарным курсом, обобщающим методологию исследования сложных технических, природных и социальных систем. Для проведения анализа и синтеза сложных систем используется широкий спектр математических методов. Основу математического аппарата данной дисциплины составляют линейное и нелинейное программирование, теория принятия решений, теория игр, имитационное моделирование, теория массового обслуживания, теория статистическихвыводов ит.п.
В настоящее время методы системного анализа получили широкое применение при перспективном и текущем планировании научно-иссле- довательских работ, проектировании различных объектов, управлении производственными и технологическими процессами, прогнозировании развития отдельных отраслей промышленности и сельского хозяйства. Особенно часто к ним обращаются при решении задач распределения трудовых ресурсов и производственных запасов, назначения сроков профилактического ремонта оборудования, выбора средств транспортировки грузов, составления маршрутов и расписаний перевозок, размещения новых производственных комплексов, сбора информации в автоматизированных системах управления и целого ряда других. Следует также обратить внимание на то обстоятельство, что при решении задач системного анализа наряду со строгим математическим аппаратом применяются эвристические методы. Так, например, при решении задач проектирования принимают участие группы людей, которые оказывают большое влияние как на сам процесс проектирования, так и на принятие решения на отдельных этапах выполнения проекта. Естественно, что при принятии решения проектировщики учитывают не только рекомендации, полученные на основе расчетов, проводимых с помощью вычислительных машин, но и свои соображения, зачастую носящие качественный характер.
Следует отметить еще одну особенность задач системного анализа, а именно, требование оптимальности принимаемых решений. То есть, в настоящее время перед системными аналитиками ставится задача не просто разрешения той или иной проблемы, а выработка таких рекомендаций, которые бы гарантировали оптимальность решения.
Решение вопросов проведения и организации системных исследований связано со специфическими особенностями и проблемами, требующими для своего разрешения привлечения результатов широкого спектра научных дисциплин. В ходе исследования реальной системы обычно приходится сталкиваться с самыми разнообразными проблемами; быть профессионалом в каждой из них одному человеку невозможно. Специалист, занимающийся системным анализом, должен иметь образование и опыт, необходимые для анализа и классификации конкретных проблем, для определения перечня специалистов, способных решить конкретные задачи анализа. Это предъявляет особые требования к специалистам-системщикам: они должны обладать широкой эрудицией, раскованностью мышления, умением привлекать людей к работе, организовывать коллективную деятельность.