Побудова модели верхнього ривня для опису социо-еколого-економичной системи

Міністерство  освіти і науки України

Криворізький  технічний університет

Геолого-збагачувальний факультет 

Кафедра прикладної екології 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

КУРСОВА РОБОТА  

з предмету: "Моделювання та прогнозування стану довкілля"

на тему:

„ПОБУДОВА МОДЕЛІ ВЕРХНЬОГО РІВНЯ ДЛЯ ОПИСУ СОЦІО-ЕКОЛОГО-ЕКОНОМІЧНОЇ СИСТЕМИ” 
 
 
 
 
 
 
 

                                      Підготувала: ст. гр. ЗЕО-03 
 
 
 
 
 
 
 

Кривий  Ріг

2007

Зміст 

      Вступ..........................................................................................................3 стор.

      1. Поняття системи і моделі....................................................................5 стор.

      2. Типи моделей......................................................................................11 стор.

      3. Технологія моделювання...................................................................16 стор.

4. Модель верхнього рівня для опису

соціо-еколого-економічної  системи.....................................................26 стор.

      5. Аналіз моделі верхнього рівня для опису

      соціо-еколого-економічної системи.....................................................29 стор.

      5.1. Вихідні дані......................................................................................29 стор.

      5.2. Розрахунки параметрів....................................................................30 стор.

      5.3. Обговорення……………………………………………………….31 стор.

      Висновок..................................................................................................32 стор.

      Список  використаної літератури..........................................................33 стор. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

      Вступ 

    Моделювання як одну з найважливіших категорій  процесу пізнання неможливо відокремити  від розвитку людства. Ще з дитинства  людина пізнає світ, спочатку через іграшки та ігри, і відображає, або моделює, дійсність. Згадаємо комп'ютерні ігри, в яких ми, сидячи в літаку або космічному кораблі, здійснюємо політ так, нібито дійсно знаходимося там. З роками людина використовує більш складні моделі, що дають можливість «програвати» будь-які життєві та виробничі ситуації й отримувати такі рішення, що дозволяють знайти найкращий спосіб вирішення проблеми. У таких випадках є можливість аналізувати за допомогою моделі будь-які ситуації, включаючи ті, за яких реальна система вийшла б із ладу. Це дозволяє моделювати катастрофи, рідкісні випадки, та навіть такі явища і процеси, яких не існує насправді, тобто віртуальну реальність.

    Методи  моделювання широко застосовуються в усіх сферах діяльності людини - від конструювання моделей технічних, технологічних та організаційних систем до вирішення проблем розвитку людства та всесвіту. Класичними об'єктами моделювання є інформаційні, виробничі, транспортні та інші логістичні системи, які в більшості випадків застосовуються для розв'язання задач проектування, реконструкції та довгострокового планування, а також використання моделей у контурі керування, тобто в реальному масштабі часу. Найважливішим завданням моделювання є оцінка показників функціонування таких систем.

    Моделювання як технологія розв'язання задач усередині  специфічного середовища широко застосовується під час аналізу і проектування інформаційних систем для перевірки вимог до їх ефективності, до використаних ресурсів і оцінки пропускної спроможності систем. Однак розробка і застосування імітаційних моделей інформаційних систем — це не прості завдання. Етап формулювання абстрактної моделі та етап конструювання моделі часто включають тривалі й дорогі процедури. Абстрактна модель інформаційної системи звичайно створюється фахівцем із моделювання, який може отримувати знання у потрібній галузі від проектувальників і аналітиків. Модель може мати математичний характер (наприклад, системи формування черг, ланцюга Маркова або мережі Петрі), але для того щоб вона підлягала аналізу, навіть за допомогою комп'ютера, при її формулюванні роблять деякі узагальнення. Програмна реалізація моделі потім здійснюється фахівцями з моделювання, які можуть використовувати універсальну мову програмування (типу C++ або Java) або спеціалізовані засоби моделювання (такі як GPSS або iThink). Для цього часто залучаються програмісти, які є проміжною ланкою між аналітиком і людиною, що приймає рішення. Наявність такої ланки може призводити до появи помилок і неточностей не тільки під час побудови моделі, але й під час програмування.

    Моделювання — складний процес, що потребує багато часу, незважаючи на те, йде мова про окремого фахівця з моделювання чи цілої групи фахівців, впродовж роботи якої потрібні постійний зв'язок і координація. Зазначені причини виправдовують зусилля, докладені для розробки методів, що допомагають прискорити процес моделювання шляхом автоматизації деяких процесів. Сучасні програмні засоби моделювання використовують графічний інтерфейс і дво- або тримірну анімацію, що значно полегшує сприйняття результатів моделювання неспеціалістом. 
 
 
 
 
 
 
 
 

      1. Поняття  системи і моделі 

      Моделювання — це спосіб дослідження будь-яких явищ, процесів або об'єктів шляхом побудови та аналізу їх моделей. У широкому розумінні моделювання є однією з основних категорій теорії пізнання і чи не єдиним науково обґрунтованим методом наукових досліджень систем і процесів будь-якої природи в багатьох сферах людської діяльності.

      Основними поняттями в теорії і практиці моделювання об'єктів, процесів і  явищ є «система» та «модель».

      У перекладі з грецької «systema» — ціле, яке складається із частин; об'єднання. Термін «система» існує вже більш ніж два тисячоліття, проте різні дослідники визначають його по-різному. На сьогодні існує понад 500 визначень терміну «система». Однак, використовуючи будь-яке з них, у першу чергу потрібно мати на увазі ті завдання, які ставить перед собою дослідник. Системою може бути і один комп'ютер, і автоматизована лінія або технологічний процес, в яких комп'ютер є лише одним із компонентів, і все підприємство або кілька різних підприємств, які функціонують як єдина система в одній галузі промисловості. Те, що один дослідник визначає як систему, для іншого може бути лише компонентом більш складної системи.

      Для всіх визначень системи загальним  є те, що система — це цілісний комплекс взаємопов'язаних елементів, який має певну структуру і взаємодіє із зовнішнім середовищем. Структура системи — це організована сукупність зв'язків між її елементами. Під таким зв'язком розуміють можливість впливу одного елемента системи на інший. Середовище — це сукупність елементів зовнішнього світу, які не входять до складу системи, але впливають на її поведінку або властивості. Система є відкритою, якщо існує зовнішнє середовище, яке впливає на систему, і закритою, якщо воно відсутнє або з огляду на мету досліджень не враховується.

      Одне  з важливих визначень системи  пов'язане з абстрактною теорією  систем, у рамках якої, на відміну від інших рівнів опису систем [28], використовуються такі рівні абстрактного опису:

• символічний, або лінгвістичний;
• теоретико-множинний;
• абстрактно-алгебричний;
• топологічний;
• логіко-математичний;
• теоретико-інформаційний;
• динамічний;
• евристичний.

      Найвищий  рівень абстрактного опису систем —  лінгвістичний; ґрунтуючись на ньому, можна одержати всі інші рівні. На цьому рівні вводиться поняття предметної області, для опису якої застосовуються алгебричні моделі, з якими пов'язана деяка мова.

      Для опису предметної області цією мовою  використовуються два рівні формальних мов [28], за допомогою яких будують логіко-алгебричну модель предметної області. На цій моделі підтверджуються методи дослідження за допомогою формального апарату, яким можуть бути теорії, побудовані у вигляді істинних висловлювань з усієї множини висловлювань.

      Таким чином, система — це окремий випадок  теорії, описаний формальною мовою, яка уточнюється до мови об'єктів. Для визначення деякого поняття використовують певні символи (алфавіт) і встановлюють правила оперування ними. Сукупність символів і правил користування ними утворює абстрактну мову. Поняття, висловлене абстрактною мовою [14], означає будь-яке речення (формулу), побудоване за граматичними правилами цієї мови. Припускають, що таке речення містить варійовані змінні, так звані конституенти, які, маючи тільки певні значення, роблять дане висловлювання істинним.

      Якщо  існує множина висловлювань G, але лише Уіз них істинні, то вважають, що має місце теорія L відносно множин G. Якщо припустити, що конституенти в цих висловлюваннях є формально визначеними величинами, то такі висловлювання називаються правильними. Тоді, за визначенням М. Месаровича, система — це множина правильних висловлювань. Всі висловлювання поділяються на два типи: терми, які вказують на предмети (об'єкти), і функтори, які визначають відношення між термами (об'єктами). Використання термів і функторів дає змогу показати, як, базуючись на лінгвістичному рівні, можна утворити інші рівні абстрактного опису системи.

      Наприклад, за допомогою термів і функторів  можна показати, як із лінгвістичного рівня абстрактного опису системи виникає теоретико-множинний, якщо вважати, що терми — це множини X_s, за допомогою яких перелічують елементи або, інакше, підсистеми досліджуваних систем, а функтори встановлюють характер відношень між задіяними в описі множинами.

      Під час подальшого викладення змісту цієї книги будемо користуватись тео-ретико-множинним визначенням системи (А. Холл і Р. Фейджін та Ф. Фейд-жін), згідно з яким система — це множина об'єктів, між якими існують певні відношення, та їх атрибути. Під об'єктами розуміють компоненти системи. Це, наприклад, підсистеми (тобто може існувати ієрархія підсистем) або окремі об'єкти системи. Атрибути — це властивості об'єктів. Відношення задають певний закон, за яким визначається деяке відображення в одній і тій самій множині об'єктів. За цим визначенням поняття множина та елемент є аксіоматичними.

      Таким чином, система S задається парою елементів:

      

      

      де  X_s, R_s — множини відповідно елементів і відношень між ними. Відношення визначають взаємодію між об'єктами. У загальному випадку п — відношення R" у множинах Xj, Х₂,..., Х_п є деякою підмножиною декартового добутку¹ Х\ х Х₂ х ... х Х_п,який зіставлено з n-вимірних наборів (кортежів) виду (x_it х₂ х„), де x_t e X_it

        ї = 1, 2, ..., п.

      Декартовим  добутком множин А х В називається сукупність будь-яких пар виду (а, Ь), така що А х В - ({а, Ь)\аєА,ЬєВ).

      Якщо  відношення F" в окремому випадку задається, наприклад, деякою функцією, що визначає зв'язок між певним елементом х є Хі певною підмножиною У, rof:X-> Y, тобто вважаємо, що функція / перетворює значення із множини X у значення підмножини Y. Для функції / множина X - це область визначення, а підмножина Y— область значень функції. Функцію/можна подати як множину впорядкованих пар елементів (х, у).

      Що  стосується атрибутів системи, то вони подібні до функцій, визначених у підмножині об'єктів. Відмінність атрибутів від функцій полягає в тому, що два різних атрибути з погляду на поняття функції можуть бути однаковими.