Жйелерді модельдеу

Ф-ОБ-001/033

Кіріспе

Соңғы жылдары компьютерлік техника мен дербес компьютерлерді бағдарламамен қамтамасыздандырудың дамуындағы бірден серпіліс болды және ІВМ ОЖ-ң қолданыс аумағының анағұрлым кеңеюі байқалды. Компьютерлер адамзат қызметінің барлық түрінде қолданылады (өндіріс, ғылым, медицина, білім, транспорт, банк ісі, байланыс, әскери техника, тұрмыстық техника және т.б.).

Ақпараттандырудың тиімділігінің қазіргі шарттарында ақпараттық байланыстың сапасы, ақпараттанудың экономиканы қоса айтпағанда, идеологияға, моральға, саясатқа, дінге, медицинаға, білім беру ісіне және т.б., адамзат тіршілігінің барлық саласына шартты түрде енумен анықталады.

Қоғамды ақпараттандыруға бағытталған шарттарда есептеу техникасын қолданудың жоғарғы деңгейімен салаларға қызмет ететін экономикалық ақпараттық жүйелерді жобалау мен өңдеуге аса көңіл бөлінеді. Экономикалық реформаларды жүргізудің динамикалығымен және шаруашылық қызметінің жаңа формаларын пайда болуымен байланысқан жаңа мүмкіндіктер пайда болуда.

Күннен күнге банктік және коммерциялық есептермен, әлеуметтіктұрмыстық және транспортты қызмет етумен, денсаулық сақтау, ұлттық қауіпсіздік және жеке өмір сияқты өндіріс саласына жататын экономикалық және қаржылық мәліметтердің көпшілік бөлігі ең жалпылама классында орындалатын ақпараттық және программалық негізде есептеу техникасы сияқты сенімді және тиімді қорланады.

Соңғы кезде қоғамда нарықтық қатынастардың дамуы мен қызмет саласын ақпараттандыру проблемалары алдыңғы ақпараттық техгологияларды енгізуді талап етеді. Бұл технологиялар басқару субьектілеріне басты мәселелерлі шешуге үлкен мүмкіндіктер береді. Сыртқы әсерлерге тез бейімделетін оптималды ақпараттық технология қызмет саласының тиімділігін жоғарылатудың негізгі шарты болып табылады.

Табиғатты тану қабілетінің дамуы барысында көптеген перспективті ғылыми жолдар пайда болды. Солардың негізгілерінің бірі – модельдеу. Модельдеу кәзіргі кезде құбылыстарды, процесстерді танудың адамзат қабылдаған құралы болып табылады. Модельдеу – күрделі процесстер мен құбылыстарды зерттеу үшін нақты жүйелердің өздерін эксперименттеу орнына олардың модельдерін қарастыруға мүмкіншілік береді. Жүйелердің жұмысын ұйымдастырудың ақылға сыйымды шешімдерін қабылдау үшін жүйелердің барлық сипаттамаларын білудің қажеті жоқ, көбінісе оның қарапайым, жуықтатылған мүсінін білген жеткілікті. Мысалы, мұнай қабылдайтын порттың жұмысын талдағанда танкерлерді, тек одан белгілі мөлшерде мұнайды құйып алатын үлкен құмыра ретінде қарау қажет. Оның каюталары, экипажы, тағы басқа құрал–жабдықтары бар кеме екені еске алынбайды. Сондықтан нақты объекттер, олардың қарапайымдалған, абстракцияландырылған көріністерімен алмастырылады. Бұл көріністер түпнұсқа объектілердегі құбылыстарды, олардың қойылған мәселелерді шешуге маңызды қасиеттерін көрсете

3

Ф-ОБ-001/033

алатындай болып таңдалады. Осындай қарапайымдалған объект - модель деп аталады.

Модель – нақтылы объекттің немесе объектті құрайтын бөлшектердің өзгеру заңдарын, олардың байланыстарын бейнелейтін құбылыстардың тұрпайланған аналогы болып саналады. Модельді құру және оны талдау - модельдеу деп аталады. Модельдеу барысында экономикадағы, өндірістегі, қаржы салаларындағы, қызмет көрсету жүйелеріндегі көптеген проблемалардың шешімдері табылады.

Модельдеуді мына жағдайларда қолдануға болады:

-әртүрлі процесстердің тиімділігін арттыру үшін олардың модельдерімен эксперименттеу немесе сандық бағалау жүргізу;

-жаңа жүйелерді зерттеу, оларды өзгерту немесе жетілдіру құралы

ретінде;

-қолданысқа болашақта енгізілетін жүйелер немесе жұмыс шарттарымен персоналды таныстыру құралы ретінде;

-жаңа идеяларды, жүйелерді немесе тәсілдерді тексеру әлде сипаттау

үшін;

-болашақтағы процесстердің нәтижелерін болжау құралы ретінде. Модельдеу арқылы жасалған жоспарларды, жобаларды, ұсыныстарды,

оларды қолданар алдында тексеруге, өзгертуге болады.
Тақырыптың өзектілігі:	Бір каналдық	жалпылай қызмет	көрсету
теориясын пайдаланып, жүйенің	мінездемелік	есептеу алгоритмін	құруды
үйренуді, сипаттауды өзекті етеді.

Дипломдық жұмыстың мақсаты: Бір каналдық жалпылай қызмет көрсету жүйесінің характеристикаларын есептеу, алгоритмдарын және бағдарламаларын құру, алынған нәтижелердің дұрыстығына көз жеткізу. Бұл әдісті қолдану нәтижесінде характеристикалардың тиімділігін бағалау.

Дипломдық жұмыстың міндеті: Жалпылай қызмет көрсету жүйесінің теориясының әдістерін үйрету. Бағдарламалардың көмегімен есептерді шешу дағдысын қалыптастыру.

Зерттеу объектісі: Бір каналдық жалпылай қызмет көрсету жүйесі. Зерттеу пәні: Жалпылай қызмет көрсету жүйесінің теориясының әдістері

және С++ тілі.

Диплом жұмысы кіріспеден, екі тараудан, қорытынды және пайдаланылған әдебиеттер тізімінен тұрады.

4

Ф-ОБ-001/033

1 Модель және ақпараттық модельдеу негіздері

1.1 "Модель" ұғымының анықтамасы

Бастапқыда модель деп анықталған жағдайда объектіні алмастыратын қандай да бір көмекші объекті аталған. Сондықтан табиғат заңдарының әмбебаптығы, модельдеудің жалпылығы, және біздің білімдерімізді модель түрінде бейнелеудің мүмкіндіктері сәйкессіз болды. Мысалы ертедегі философтар табиғи процестерді модельдеу мүмкін емес, табиғи және жасанды процестер түрлі заңдылықтарға бағыттады деп санады. Олар табиғатты тек қана логиканың, талқышау әдістерінің, пікір алмасулардыц, яғни замандық терминологияның, тілдік модельдеудің көмегімен бейнелеуге болады деп жобалады. Ұзақ уакыттар бойына «модель» түсінігі арнайы типтегі материалдьгқ объектілерге ғана, мысалы манекен (адам денесінің моделі), плотинаның кішірейтілген гидродинамикалық моделі, кемелер мен самолеттердің, жануарлардың модельдері ретінде қалыптасты.

Уақыт өте келе нақты объектілер жасанды сызбалардын, суреттердің, карталардың модельдік ерекшеліктері арқылы сипаттала бастады. Келесі қадамда модель ретінде нақты объект ғана емес абстрактылы, идеалдық құрылымдардың да жұмыс істеу мүмкіндіктері белгілі болды. Мұның мысалы математикалык модельдер бола алады. Математика негіздерін зерттеумен айналысатын математиктер мен философтардын еңбектерінің нәтижесінде модельдер теориясы жасалды. Онда модель бір абстрактылы математикалық кұрылымның басқасына бейнелену, түрлендіру нәтижесі болып анықталады.

XX ғасырда модель түсінігі нақты және идеалдық модельдерді қатар қамтитыңдай болып жалпыланды. Сондықтан, абстрактылы модель түсінігі математикалык модельдер шеңберінен шығып, әлем туралы білімдер мен танымдардың барлығына қатысты болды. Модель түсінігінің айналасындағы кең талқылаудың казіргі кезде де жалғасып отырғандығын естен шығармау кажет. Бастапқыда ақпараттық, кибернетикалық бағыттардагы ғылыми пәндер аясында, содан соң ғылымның басқа да салаларында түрлі тәсілдермен іске асырылатын модель ретінде танылды. Негізінде модель білімнің мәнін нактылау тәсілі ретінде қарастырылады.

Модель (Model, simulator) - 1) қасиеттері белгілі бір мағынадағы жүйенің немесе процестің қасиеттеріне ұқсас объектілер немесе процестер жүйесі; 2) сериялы бұйымдарды жаппай өндіруге арналған үлгі, эталон; кез-келген бір объекті жұмысы, мысалы, процессордың жұмыс істеуін модельдейтін программа немесе құрылғы. Ол материалдык объект түрінде, математикалық байланыстар жүйесі ретінде немесе құрылымды имитациялайтын программа күйінде құрастырылады да, қарастырылатын объектінің жұмыс істеуін зерттеу үшін қолданылады. Модельге қойылатын негізгі талап - оның қасиеттерінің негізгі объектіге сәйкес келуі, яғни барабарлығы[1 ].

Модельдеу (Моделирование; simulation) - кез-келген құбылыстардың,

процестердің немесе объект жүйелерінің қасиеттері мен сипаттамаларын

5

Ф-ОБ-001/033

зерттеу үшін олардын үлгісін жасау және талдау; бар немесе жаңадан құрастырылған объектілердің сипатын анықтау немесе айқындау үшін олардың аналогтарында (моделінде) объектілердіц әр түрлі табиғатын зерттеу әдісі. Модель төрт деңгейде түпнұсқаның гносеологиялык орынбасары бола алады: 1-элементтер деңгейінде, 2- құрылым деңгейінде, 3- қалып-күй немесе қызметтік деңгейін, 4- нәтижелер дейгейінде. Сипаты бойынша модельдеу материалдық және идеалдық болып болінеді. Материалдық модельдеу объектінін геометриялық, физикалық, динамикалық және қызметтік сипатын нақты дәл береді. Идеалдық модельдеуге объектінің ойдағы бейнесі жатады. Ойша модельдеу тіл көмегімен іске асырылады[1].

«Модель» түсінігі кибернетикада бақыланатын объектілер класын сипаттайтын теорияның моделін белгілеуде жиі қолданылады. Демек, кибернетикада берілген нақты объектінің моделі осы объект туралы теорияның моделі болып табылады. Компьютерлік модельдеу - бұл да оқып үйренетін объекті теориясының моделъденуі.

Модельдеуші (модель субъектісі) тек адам бола алады. Модельдеу объектісі табиги (өсімдік, күн системасы) және адамның ықпалымен құрылып жасанды болуы мүмкін (1 -сурет).

Модельдеу жүйесі (modeling system) - зерттелетін жүйенің немесе оның элементтерінің математикалық және физикалық аналогтарын құру және талдау. Модельдік тәжірибе зерттеу тәсілі ретінде -жүйені жаңғыртуға және зерттеуге мүмкіндік береді, ал зерттелетін жүйеге тікелей тәжірибе жүргізу қиын, немесе экономикальщ түрғыдан тиімсіз болуымүмкін[1].

Табиғи объектілерді ешқандай модельдің толықтай бейнелей алмайтындығы белгілі. Табиғи объектілердің элементтерінің арасындағы байланыстардың көбінесе белгісіз болуы олардың күрделілігін айқындайды. Сондықтан табиғи объектілердің модельдері түпнұсқаға қарағанда қарапайым болады. Адамдар тарапынан құрылатын объектілерде мұндай жағдайлардың толық ескерілмеуі мүмкін.

Бірақ модельдеу барысында модельдеу мақсаты тұрғысынан қажетсіз детальдар еленбейді.

Адамның практикалық, ғылыми қызметтерінде жұмыс істеуіне тура келетін объектілердің қандай да бір алмастырушысын құрады. Мұның табиғи көшірме - картина/скульптура; самолеттің ұшу касиетін зерттеуге белгіленген макеті; қандай да бір бұйымның партиясын дайындауға арналған үлгісі болуы мүмкін.

Адамның оқып үйренетін объект туралы ақпараттық моделінің негізін құрайтын қажетті ақпараттарды жинақтауы қажет.

Практикалық есепті шешу тұрғысынан модельдерді пайдалану оқып үйренетін объектілердегі модельдеудің мәнін, мазмұнын демонстрациялауға мүмкіндік береді.

«Модель» термині көп мағыналы. Модель деп қандай да бір затгың кішірейтілген көшірмесін (самолет моделі, тұрғын үйлер макеті), математикалық формулаларды, бұрыштан горизонтқа лақтырылған дененің

6

Ф-ОБ-001/033

ұшу моделін, іштен жану двигателі жұмысының моделін, бұйымдарды жинау моделін, құрамы бойынша сөйлем талдау моделін, қандай да бір нәрсенің эталонын (метр эталоны, килограмм эталоны) айтамыз.

Жалпы түрдегі «модель» түсінігі төмендегідей негізде анықталады. Модель - модельдеу мақсаты тұрғысынан окып үйренетін

объектінің/құбылыстың кейбір жақтарын ұқсастырып бейнелейтін жаңа объект.

Модель - объектінің нақты жұмыс істеуіне сәйкестенетін анықталған параметрлер бойынша жұмыс істейтін физикалық/акпараттық, алмастырушысы.

Модельдеудегі ең бастысы модельдеуші объекті мен оның моделі арасындағы өзара ұқсас қатысы болып табылады.

Барлык модельдердің көпбейнелілігі негізінен үш топқа бөлінеді:

-материалдық (табиғи) модельдеуші объектінің сыртқы түрін, құрылымын (кристал торлардың модельдері, глобус), жағдайын (самолеттің радио басқарылымды моделі) бейнелейтін кішірейтілген/ұлғайтылған көшірмелері;

-бейнеленуші модельдер (геометриялық нүктелер, математикалық маятник, идеал газ, шексіздік);

-ақпараттық модельдер - модельденуші объектінің акпаратты кодтау тілдерінің бірінде жазылған сипаттамасы (сөздік сипаттау, схемалар, сызбалар, картиналap, суреттер, ғылыми формулалар, бағдарламалар).

Информатика курсында негізінен ақпараттық модельдер қарастырылады.

Ақпараттық модель (Информационная модель; information model), -1) басқару жүйесінде - автоматтандырылған өңдеуге жататын ақпарат айналымының процесін параметрлік ұсыну; 2)мәліметтер базасында - тұтастық шектеулер жиынтығы; мәліметтер құрылымын тудыратын ережелердің, олармен жүргізілетін операциялардың, сондай-ақ рұқсат етілетін байланыстар мен мәліметтердің мәнін, олардың өзгерістерінің тізбегін анықтайды; мәліметтер мен олардың арасындағы қатынастарды математикалық және программалық тәсілдермен ұсыну; ақпараттық қүрылымдар мен олармен жүргізілетін операцияларды формалдық баяндау [1,2,3,4].

Ақпараттық модельдердің басқа да ақпарат түрлері сиякты өзіндік тасымалдаушысы болуы керек. Олар қағаз, сынып тақтасы, қабырға - яғни, бірнәрсе жазуға, бейнелеуге болатындай кез-келген бет болуы мүмкін. Бұл тасымалдаушыларда модельдер түрлі «физикалық» тәсілдермен: қалам, бор, бояу, диапроекторлық жарық бейнесі көмегімен жазылады. Біздер жалпы жағдайда ақпараттық модель түсінігінің аясында берілетін мазмұнда түсінеміз. Мысалы, квадраттық теңдеу формуласы қалай және кайда жазылғандығына қарамастан квадраттық теңдеу формуласы болып қала береді.

Модель (фр. modele, ит. modello, лат. modulus - өлшем, үлгі) - бұл:

-нақты объектінің қарапайымдандырылған ұқсасы;

-заттың кішірейтілген/ұлғайтылған түрдегі макеті;

-табиғат пен коғамдағы қандай да бір процесстің/құбылыстың бейнесі,

7

Ф-ОБ-001/033

сипаттамасы және схемасы;

-жүмыс істеуі анықталған параметрлер бойынша нақты объектінің жұмыс істеуіне ұқсас физикалық/ақпараттық аналогы;

-анықталған шарттарда түпнұсқа объектінің бізді қызықтыратын қасиеттері мен сипаттамасын алмастыра алатын алмастырушы-объектісі,

модельдеу мақсаты тұрғысынан оқып үйренетін объектінің/кұбылыстың кейбір нақты жақтарын бейнелейтін жаңа объект. Ақпараттық модель - модельденуші объектінің ақпаратты кодтау тілдерінің бірінде сипатталуы.

Модельдеу - бұл:

-нақты бар объектілердің (заттар, құбылыстар, процестер) модельдерін

құру;

-нақты объектіні қолайлы көшірмелермен алмастыру;

-таным объектілерін модельдері арқылы зерттеу.

Модельдеу кез-келген мақсатқа бағытталған қызметтің ажырамас бөлігі. Модельдеу танымның негізгі әдістерінің бірі.

Нақты қызметтердегі объект модельдері төмендегі жағдайларға пайдаланылады:

-материалдық заттарды бейнелеу;

-белгілі фактілерді түсіндіру;

-болжамдар кұру;

-зерттелінетін объект туралы жаңа білімдер алу;

-болжау;

-басқару және т.с.с.

-

1.2 Модель белгілері

Модельдер адам қызметінің таным, қатынас, практикалық қызмет сияқты сфераларында колданады.

Адамды (модельдеу субъектісін):

-модельдеу объектісінің сыртқы түрі;

-модельдеу объектісінің құрылымы;

-модельдеу объектісінің үлгісі қызықтыруы мүмкін.

Модельдің мақсаты мен шешуге тиісті мәселесі осы үш аспектінің бірін

таңдауға ықпал етеді.

Модельдің әрбір аспектісі қасиеттерінің жиынтығы аркылы айқындалады. Модельдерде объектінің барлық қасиеттері емес, тек қана модельдеу

мақсаты тұрғысынан қажетті касиеттері ғана бейнелейді.

Модельдеудің әрбір аспектісі (түр, құрылым, үлгі) өзіндік қасиеттер құрамымен сипатталады.

Объектінің белгілері сыртқы түрінің сипаттамасы ретінде көрсетіледі. Тілде бұл белгілер қызыл, сары, дөңгелек, ұзын сияқты сын есімдермен өрнектеледі.

8

Ф-ОБ-001/033

Объектінің сыртқы түрі оны тану, ұзақ уақыт сақтау (фотография, портрет) үшін модельденеді.

Объект құрылымы деп оның элементтері мен олардың арасындағы байланыстар жиынтығы айтылады.

Құрылымды сипаттауда объектінің құрамдас элементтері мен олардың қасиеттері көрсетіледі.

Тілде бұл элементтер мен байланыстар: электрон, протон, күш, (атом сипатталуындағы) энергетикалық деңгей сияқты зат есімдермен өрнектеледі.

Объект құрылымын модельдеу:

-оның көрнекі бейнесі;

-объект касиеттерін оқып үйрену;

-байланыстық белгілерді айқындау;

-объектінің тиянақтылығын оқып үйренуге қажет.

Уақыт ағымына байланысты шығатын өзгерістер объект күйі деп аталады. Объект күйінің сипаттамасы оның сыртқы түрі мен құрылымының басқа объектілермен өзара әсерлерінің уақытқа байланысты нәтижесінің сипаттамасьша келтіріледі. Тілде бұл сақтау, даму, айналу сияқты етістіктермен өрнектеледі.

Объект күйін модельдеу:

-болжауға;

-басқа объектілермен байланыс орнатуға;

-басқаруға;

-техникалық құрылғыларды құрастыруға қажет.

Объектілердің кейбір қасиеттерін сандық мән қабылдайтын шамалармен сипаттауға болады. Мысалы: масса, ұзындық өлшемдері бұл жағдайдағы қасиеттердің параметрлері деп аталады.

1.3 Модель түрлері

Соңғы кездердегі ғылым мен ақпараттық технологиялардың қарыштай дамуы барлық дерлік ғылыми-зерттеу жұмыстарында зерттелетін объектіні модельдеу жұмыстарын өз деңгейінде жүргізуді талап етуде. Модельдер барлық жерде дерлік кездеседі. Олардың саны орасан зор. Олардың кейбірі ескіреді, ұмытылады, жоғалады .

Ақпараттарды модельдеу түрлерін таңдауда және құруда зерттеушінің маман ретіндегі танымы мен біліктілік деңгейі, эстетикалық талғамы керінеді. Дұрыс таңдалған және өз дәрежесінде тиімді құрылған модель түрлері зерттеу жұмыстары жеңілдетіп, объект туралы толығырақ мәлімет алуға септігін тигізеді.

Әрбір модель үшін оның кеңістіктегі «субъект-объект-нақтылық» орнын анықтауға болады.

9

Ф-ОБ-001/033

Таным қарым-қатынастың ажырамас бөлігі, ал қарым-катынас практикалық іс-әрекетпен қабаттаса жүреді.

Информатика курсында компьютер көмегімен құруға зерттеуге болатын модельдер қарастырылады. Ақпараттық модельдерді компьютерлік деп ерекше класқа бөлуге бола ма? Компьютер көмегімен мәтіндер, графикаларғ кестелер диаграмалар сияқты көптеген объектілерді құруга, зерттеуге болады.

Ақпараттық модель әрқайсысын бейнелеуге таңдалған бейнелеу тілдерінің формалдылығын сипаттай алады. Әрбір ақпараттық модельді кеңістіктегі «субъект-объект-формалдау дәрежесі» нүктелеріне сәйкес қойып көруге болады. Модельдеу классификациясының толық бейнесін 1.1 суретіне сәйкес толық бейнесін келесі беттен көре аласыз.

10

Ф-ОБ-001/033

Модельдеу субьектісінің бойынша

Модельдеу субьектісінің қызмет сферасы бойынша

М

О

Д

ЕНақтылық бойынша

Л

Ь

Т

Ү

РМодельдеу объектісін

Лбасқару рөлі бойынша

Е

Р

І

Формалдау дәрежесі бойынша

Модельдеу субьектісінің бойынша

Сыртқы түр моделі Құрылым моделі Күй моделі

Танымдық

коммуникативтік практикалық қызмет сферасында туындайтын

Заттық энергетикалық (табиғи) Идеалдық Ақпараттық

Тіркелуші

Эталондық

Болжамдық

Имитациялық

Оңтайланған

Формалданған Бөліктей формалданған Формалданбаған

Статисткалық

Динамикалық

Детерминацияланған

Ықтималды

Сурет 1.1 Модельдеу классификациясының терезесі

11

Ф-ОБ-001/033

Төменде көрсетілген 1.2 суретіне сәйкес ақпараттық модель түрлерінің толық бейнесін көре аласыз.

Ақпараттық модель түрі

Аралас

Сипаттау тілінде

Көрнекі

өрнектеу

Кестелер

Табиғи тілде

Суреттер

Графикалар

Сөздік сипаттау

Сызбалар

Ағаштар

Графиктер

Арнайы тілде

желілер

фотографиялар

Ғылыми

Блок-схемалар

Математикалық

формулалар

Схемалар

карталар

Алгоритмдер

видеофильмдер

техникалық

техкарталар

бағдарламалар

Сурет 1.2 Ақпараттық модельдеу түрлерінің терезесі

Ақпараттық модельдерді сипаттау тілі бойынша мысалы, математикалық модельдер, кестелік модельдер сияқты мақсатты түрде классификациялауға болады.

Модельдеу тілi (simulation language) - зерттеліп жатқан объектіні үлгілеу үшн қажетті бастапқы ақпарат берілетін жобалау тілі (1).

Субъектінің практикалық қызметінің сферасы модельдеу объектісін басқару процесіндегі модельдің қатысына байланысты нақтылануы мүмкін. Бұл жағдайда модельдің келесі түрлері: тіркелуші, эталондық болжамдық, оңтайланған, имитациялық деп белінеді.

Модельдеу құбылысының қосымша мүмкіндіктерін ашуға мүмкіндік беретін модельдер кластарының басқалай да бөліну түрлерін тандауға болады.

Бірақ бұл объектілердің басқа да орталардың көмегімен құруға, зерттеуге болады. Демек, компьютер көмегімен жасалатын жұмыстардың барлығьн

12