Для чего применяется структурная модель системы

Структурная модель системы

Структурная модель представляет собой некоторый симбиоз модели состава и модели «черного ящика», входящих в нее компонентов. В структурной модели указываются элементы системы, связи между элементами внутри системы и связи определенных элементов с окружающей средой.

На рис. 6.3 приведена структурная модель системы «синхронизируемые часы». Здесь вершины (прямоугольника) обозначают элементы системы, а дуги (стрелки) — связи.

Как следует из содержания рисунка, отношения между элементами системы «часы» могут быть самыми разнообразными — от однозначного соответствия между элементами «датчик-индикатор» через приблизительное соответствие между элементами «эталон- датчик», до периодического сравнения между элементами «эталон- индикатор». Трудность состоит в том, что мы знаем не все реально существующие отношения и вообще не догадываемся, конечно ли их число.

1 — информация о текущем времени; 2 — точное время;

3 — сравнение и устранение расхождения; 4 — поступление энергии;

5 — регулировка индикатора; 6 — показания часов

Сложные системы пронизаны множеством связей, в совокупности образующих структуру системы. В свою очередь, структура системы является гарантом ее устойчивости. Для того чтобы понять это, представим себе систему в виде некоторой пространственной паутины, в каждом узле которой находится ее структурный элемент. Предположим, что система устойчива и успешно функционирует, выполняя свое предназначение. Эту устойчивость поддерживают сложившиеся между элементами связи.

Теперь предположим, что в силу каких-то обстоятельств появилась необходимость перетянуть один из узлов на новое место. Нетрудно догадаться, что в новом положении он будет оставаться до тех пор, пока мы будем его удерживать. Стоит его отпустить, он немедленно займет свое прежнее положение. То есть система действует как мощная эластичная сеть и посредством своей структуры противодействует изменениям. Допороговое увеличение числа элементов системы только укрепит ее структуру. В этом свете очень нелогичными выглядят усилия руководства страны по реформированию государственной системы выстраиванием вертикали власти путем увеличения числа правительственных органов и общей численности правительственного аппарата.

Разнообразие и множественность связей, существующих в реальных системах, обусловливают физическую невозможность их полного учета при структурном моделировании. Поэтому для модели отбираются только те связи, которые играют существенную роль в обеспечении устойчивости исследуемой системы. Отбор существенных связей осуществляет системный аналитик, руководствуясь целью исследования.

Определение 1. Совокупность необходимых и достаточных для достижения цели исследования отношений между элементами называется структурной моделью системы.

Таким образом, структурная модель реальной системы должна содержать конечное число связей между элементами; в противном случае она будет непригодна для проведения экспериментов и исследования поведения системы.

Математики при построении структурных моделей используют специальные символы для обозначения отношений между математическими объектами. Запись х®у означает, что элементы х и у находятся в заданном отношении ®. И наоборот, запись х®у означает, что отношение ® не выполняется для пары (х, у). Если обозначить через R все подмножество упорядоченных пар (х, у) некоторого множества Е, для которых выполняется отношение ®, то задание этого отношения сводится к определению множества Л, т.е.

Структурные модели являются наиболее полным и подробным описанием любой системы. Поэтому их еще называют моделями «белого», или «прозрачного», ящика. Они нашли широкое применение при моделировании масштабных изменений в организационных и технических системах. Для построения и исследования структурных моделей сложных систем очень широко применяется теория графов, которая выделилась в отдельный раздел математики.

Все рассмотренные в этой главе типы моделей являются формальными. Это означает, что они не относятся ни к одной конкретной системе. Чтобы получить модель заданной системы, нужно придать формальной модели конкретное содержание, т.е. решить, какие характеристики реальной системы нужно «вписать» в формальную модель избранного типа, а какие — нет, считая их несущественными. Это процесс, как было показано, не формализуем, поскольку сами признаки существенности и несущественности очень редко поддаются формализации. Столь же слабо поддаются формализации признаки элементарности и признаки разграничения между подсистемами.

В силу указанных причин процесс построения содержательных моделей является творческим. Тем не менее существенную помощь интуиции системного аналитика, разрабатывающего содержательную модель, может оказать формальная модель и рекомендации по ее наполнению конкретным содержанием. Формальная модель является «окном», через которое аналитик смотрит на реальную систему, выстраивая ее содержательную модель.

1. Как классифицируются модели систем относительно времени?

2. Дайте определение модели «черного ящика».

3. Приведите примеры, когда модель «черного ящика» оказывается единственно применимой.

4. Постройте модель «черного ящика» в целях определения состава информационной базы чужого персонального компьютера.

5. Дайте определение модели состава.

6. Какой набор структурных компонентов применяется при построении модели состава?

7. Что такое уровень элементарности в системном анализе?

8. Какими рамками ограничена модель состава системы?

9. Постройте несколько вариантов модели состава для своего рабочего компьютера.

10. Какими причинами обусловлена множественность вариантов модели состава системы?

11. Сформулируйте определение структуры системы.

12. Какая роль отведена структуре системы на ее жизненном пути?

13. Что общего между понятием «элемент системы» и моделью «черного ящика»?

14. Сформулируйте определение для структурной модели системы.

15. Может ли число элементов системы превышать число связей между ними?

16. Как изменяется число связей в системе с увеличением числа ее элементов?

17. Какой математический аппарат в наибольшей степени пригоден для построения структурных моделей?

18. Что такое формальная модель системы? Как она используется при построении моделей реальных систем?

Темы рефератов и эссе

• Модификации графовых моделей.

• Экономические приложения теории графов.

• Модель «черного ящика» в экономических исследованиях.

Источник

Структурная модель системы

Структурная модель представляет собой некоторый симбиоз мо­дели состава и модели «черного ящика», входящих в нее компонен­тов. В структурной модели указываются элементы системы, связи между элементами внутри системы и связи определенных элемен­тов с окружающей средой. Другими словами структурная модель является дальнейшим развитием модели состава в части определе­ния существенных связей между ее компонентами.

Как следует из содержания рисунка, отношения между элемен­тами системы «часы» могут быть самыми разнообразными — от од­нозначного соответствия между элементами «датчик-индикатор» через приблизительное соответствие между элементами «эталон-датчик», до периодического сравнения между элементами «эталон-индикатор». Трудность состоит в том, что мы знаем не все реально существующие отношения и вообще не догадываемся, конечно ли их число.

Рис. 2.1.7. Структурная модель системы “часы”

1 — информация о текущем времени; 2 — точное время;

3 — сравнение и устранение расхождения; 4 — поступление энергии;

5 — регулировка индикатора; 6 — показания часов

Сложные системы пронизаны множеством связей, в совокупно­сти образующих структурусистемы. В свою очередь, структура системы является гарантом ее устойчивости. Для того чтобы понять это, представим себе систему в виде некоторой пространственной паутины, в каждом узле которой находится ее структурный элемент. Предположим, что система устойчива и успешно функционирует, выполняя свое предназначение. Эту устойчивость поддерживают сложившиеся между элементами связи.

Теперь предположим, что в силу каких-то обстоятельств появи­лась необходимость перетянуть один из узлов на новое место. Не­трудно догадаться, что в новом положении он будет оставаться до тех пор, пока мы будем его удерживать. Стоит его отпустить, он немедленно займет свое прежнее положение. То есть система дей­ствует как мощная эластичная сеть и посредством своей структуры противодействует изменениям. Допороговое увеличение числа эле­ментов системы только укрепит ее структуру. В этом свете очень нелогичными выглядят усилия руководства страны по реформированию государственной системы выстраиванием вертикали власти путем увеличения числа правительственных органов и общей чис­ленности правительственного аппарата.

Разнообразие и множественность связей, существующих в ре­альных системах, обусловливают физическую невозможность их полного учета при структурном моделировании. Поэтому для моде­ли отбираются только те связи, которые играют существенную роль в обеспечении устойчивости исследуемой системы. Отбор сущест­венных связей осуществляет системный аналитик, руководствуясь целью исследования.

Определение 1. Совокупность необходимых и достаточных для достижения цели исследования отношений между элементами на­зывается структурной моделью системы.

Таким образом, структурная модель реальной системы должна содержать конечное число связей между элементами; в противном случае она будет непригодна для проведения экспериментов и ис­следования поведения системы. Например, в структуре русского языка число выражаемых отношений (число языковых конструк­ций, с помощью которых выражаются отношения между объектами реального мира — находиться на, под, около; двигаться к, от, во­круг; состоять из и т.п.) превышает 200. Интересно, что этого впол­не достаточно, чтобы выразить всю гамму отношений в природе и социуме и создать замечательный роман или фундаментальный на­учный трактат как частные модели духовного мира человека.

Математики при построении структурных моделей используют специальные символы для обозначения отношений между матема­тическими объектами. Запись х®у означает, что элементы х и у на­ходятся в заданном отношении ®. И наоборот, запись хˉ̄® у означа­ет, что отношение ® не выполняется для пары (х, у). Если обозна­чить через R все подмножество упорядоченных пар (х, у) некоторо­го множества Е, для которых выполняется отношение ®, то задание этого отношения сводится к определению множества R, т.е.

Структурные модели являются наиболее полным и подробным описанием любой системы. Поэтому их еще называют моделями «белого», или «прозрачного», ящика. Они нашли широкое приме­нение при моделировании масштабных изменений в организацион­ных и технических системах. Для построения и исследования структурных моделей сложных систем очень широко применяется теория графов, которая выделилась в отдельный раздел математики.

Динамические модели

Рассмотренные варианты модели «черного ящика», модели состава и структурной модели называют статиче­скими моделями, что подчеркивает их неподвижность.

Следующий шаг в исследовании системы состоит в том, чтобы понять и описать, как система «работает», выполняя свое предна­значение. Такие модели должны описывать поведение системы, фиксировать изменения, происходящие с течением времени, улав­ливать причинно-следственные связи, адекватно отражать последо­вательность протекаемых в системе процессов и этапность ее разви­тия. Такого рода модели называют динамическими. При исследова­нии конкретной системы необходимо определить направление воз­можных изменений ситуации. Если такой перечень будет исчерпы­вающим, то он характеризует число степеней свободы, а значит, достаточен для описания состояния системы. Как оказалось, дина­мические модели делятся на такие же типы, как статические («чер­ного ящика», состава и «белого ящика»), только элементы этих мо­делей имеют временной характер.

Источник

Пример структурной модели предметной области

Урок 4. Информатика 11 класс ФГОС

В данный момент вы не можете посмотреть или раздать видеоурок ученикам

Чтобы получить доступ к этому и другим видеоурокам комплекта, вам нужно добавить его в личный кабинет, приобрев в каталоге.

Получите невероятные возможности

Конспект урока «Пример структурной модели предметной области»

Сегодня на уроке мы с вами разберём один из важных примеров в жизни современного общества. Построим и исследуем модель финансовой системы.

Сегодня на уроке мы с вами:

· Построим структурную модель;

· Опишем иерархическую структуру данных и определим необходимый набор параметров для каждого типа объектов;

· Опишем таблицы для всех типов объектов и организуем связи между таблицами.

Прежде чем приступить к построению структурной модели, давайте вспомним, что такое структурная модель системы.

Структурная модель системы упорядочивает элементы системы и описывает их взаимосвязи.

Различают три основных типа структурных моделей системы – это табличный, иерархический и сетевой тип.

Табличная модель построена на взаимоотношениях её частей.

Данные этого типа размещаются в таблицах и представляют собой однородные объекты с равноправными связями.

Иерархическая модель представляет собой совокупность элементов, расположенных в порядке подчинения одного элемента другому.

К таким моделям относятся графы.

Граф – это графическое отображение структурной модели; состоит из вершин и линий (рёбер и дуг).

Модель, построенная по сетевому типу, напоминает иерархическую. Она также имеет вершины, уровни и связи, но здесь принята свободная связь между элементами разных уровней.

Теперь мы можем приступить к построению структурной модели финансовой системы.

В качестве объекта для моделирования, то есть в качестве предметной области, выберем процесс оформления кредита в банке.

Построение модели начинается с системного анализа предметной области. В данном случае предметной областью является работа кредитного отдела банка.

Выступим в роли системных аналитиков. Приступим к построению модели.

Финансовая задача, по сути, является очень сложной. Так как для того, чтобы правильно оформить кредит в банке, нужно пройти несколько этапов, которые сейчас мы с вами и опишем.

Итак, первый, подготовительный этап.

На этом этапе происходит поиск информации о банке, по типам, предоставляемых им кредитов и процентных ставках.

Здесь от нашей информационной модели потребуются сведения о том, где находится данный банк, то есть удобно ли будет клиенту погашать кредит, уровень банка и его репутация, а главное условия получения кредита.

На втором этапе происходит приём документов от кредиторов и оформление соответствующей документации.

Здесь работники кредитного отдела будут получать, и обрабатывать информацию, поступающую от клиентов, желающих получить кредит.

Далее, на третьем этапе, работники банка проверяют платёжеспособность кредитора и его кредитную историю. То есть проверяют информацию, брал ли клиент кредиты в других банках, были ли у него задолженности.

На этом этапе работники банка будут заносить в информационную базу результаты проверки клиента.

На четвёртом этапе, происходит процедура принятия решения, по результатам анализа документов и проверок.

Здесь в систему вносятся окончательные результаты, информацию для каждого клиента о том, одобрен банком кредит или нет.

На всех этих этапах происходит получение, хранение, обработка и передача информации, то есть выполняются информационные процессы.

Представим все этапы кредитования населения в форме иерархической структуры в виде графа.

Главная вершина нашего графа – это кредитный отдел банка. Далее следуют виды кредитов, которые данный банк предоставляет. Например, ипотека, автокредит, потребительский кредит и другие. Затем, будут следовать конкретные типы кредитов, например, автокредит можно оформить на новый автомобиль из салона или на подержанный автомобиль. Также есть другие варианты автокредитов. Потребительский кредит можно, например, получить наличными деньгами или кредитную карту. Теперь будут следовать конкретные люди, которым одобрили получение кредита в данном банке.

За каждой из вершин этого графа скрывается пакет данных по каждому из названных объектов.

Эти пакеты данных представим в виде таблицы, то есть получим структуру данных в форме табличной модели.

Для каждого уровня, полученного нами графа-дерево, создаётся таблица своего типа.

Построим таблицу для видов кредитования.

Также каждый банк назначает кредитному отделу план кредитования на год. Построим таблицу кредитования населения с учётом плана.

Данные таблицы представляют собой экземпляры таблиц, вид кредитования и кредитование населения с учётом плана.

При описании структуры таблицы достаточно указать её имя и перечислить заголовки всех столбцов.

Третий уровень дерева начинает формироваться на втором этапе работы кредитного отдела. В это время клиенты банка заполняют анкету-заявление для получения кредита, подают необходимые документы (копии паспорта, справку о доходах). Каждому кредитору присваивается его личный идентификатор – номер регистрации. Далее под этим номером он будет фигурировать во всех документах.

На каждого кредитора готовится анкета, назовём её «Кредиторы», куда заносятся его исходные данные (фамилия, имя, отчество, дата рождения, регистрация и другие сведения, необходимые кредитному отделу банка). Также сведения о сумме и сроке займа.

На третьем этапе, в процессе проверок, которые проводит служба безопасности банка, в анкету будут заноситься их результаты. Последней записью в анкете будет запись «одобрено» или «отказано». Всю таблицу с перечисленными данными назовём Кредиторы.

Теперь нужно разобраться со следующим вопросам: как три полученные нами таблицы связаны между собой. Между ними есть связь, она отражена в графе-дерево, который мы с вами построили ранее.

Все эти таблицы связаны, за счёт имеющихся в них общих или совпадающих полей.

В таблицах «Вид кредитования» и «Кредитование населения с учётом плана» есть общее поле «Вид кредита». В таблицах «Вид кредитования» и «Кредиторы» есть общее поле «Документы». Благодаря этому всегда можно понять, какой кредит хочет оформить данный клиент, а через название кредита можно узнать тип кредитования.

Подведём итог нашего сегодняшнего урока.

Нами построена структура данных, состоящая из трёх взаимосвязанных таблиц, которые являются табличной формой информационной модели предметной области «Кредитный отдел в банке».

Перейдём к практической части урока.

Первое задание. Решим задачу будущего. Нам нужно в графическом редакторе построить сетевую модель по имеющемуся словесному описанию и ответить на вопрос: можно ли добраться от Земли до Марса?

Вокруг Солнца движутся девять планет в следующем порядке, начиная от Солнца: четыре сравнительно небольшие планеты земной группы (Меркурий, Венера, Земля и Марс), четыре планеты-гиганта (Юпитер, Сатурн, Уран, Нептун), затем идёт малоизученная карликовая планета Плутон.

Между планетами Солнечной системы и карликовой планетой Плутон введено космическое сообщение. Ракеты летают по следующим маршрутам туда и обратно: Земля – Меркурий, Плутон – Венера, Земля – Плутон, Плутон – Меркурий, Меркурий – Венера, Уран – Нептун, Нептун – Сатурн, Нептун – Венера, Сатурн – Юпитер, Юпитер – Марс и Марс – Уран.

Для того чтобы ответить на вопрос: можно ли добраться от Земли до Марса? Рассмотрим полученную сетевую модель.

Напомним, отличие сетевой модели от иерархической заключается в том, что каждый элемент в сетевой структуре может быть связан с любым другим элементом.

Теперь, по сетевой модели видно, что добраться от Земли до Марса можно, например, по следующему маршруту: Земля – Плутон, Плутон – Венера, Венера – Нептун, Нептун – Уран, Уран – Марс.

Ответ: Да, можно от Земли добраться до Марса.

Второе задание. Продолжаем космическую тему. Нам нужно построить табличную модель по имеющемуся словесному описанию и ответить на вопросы: «Какая звезда самая удалённая? Какая звезда самая близкая? Какая звезда самая яркая?».

По словесному описанию трудно сразу же ответить на поставленные вопросы. Всю эту информацию нужно систематизировать. Для этого мы построим табличную модель по имеющемуся словесному описанию.

По данным вопросам, можно сказать, что в нашей таблице будет столбец с названием «Звезда», «Расстояние (световых лет)» и «Во сколько раз ярче Солнца». Создадим ещё столбец с названием «Созвездие».

Приступим к построению табличной модели.

Полярная звезда находится в созвездии Малая Медведица. Бетельгейзе находится в созвездии Орион. Расстояние до Спики – 260 световых лет. Денеб находится в созвездии Лебедь. Акрукс ярче Солнца в 2 200 раз. Расстояние до Бетельгейзе – 650 световых лет. Ригель ярче Солнца в 55 000 раз. Канопус находится в созвездии Стрекоза. Расстояние до Капеллы – 46 световых лет. Спика находится в созвездии Дева. Бетельгейзе ярче Солнца в 22 000 раз. Расстояние до Акрукса – 260 световых лет. Денеб ярче Солнца в 72 500 раз. Расстояние до Канопуса – 181 световой год. Капелла ярче Солнца в 150 раз. Расстояние до Полярной звезды – 780 световых лет. Ригель находится в созвездии Орион. Спика ярче Солнца в 2 200 раз. Акрукс находится в созвездии Южный Крест. Расстояние до Денеба 1600 световых лет. Канопус ярче Солнца в 6 600 раз. Капелла находится в созвездии Возничий. Полярная звезда ярче Солнца в 6000 раз. Расстояние до Ригеля – 820 световых лет.

Теперь сравнивая расстояния в столбце «Расстояние (световых лет)» можно сделать вывод, что самая удалённая звезда – Денеб, она находится в созвездии Лебедь, расстояние до неё 1600 световых лет, а самая близкая звезда – Капелла, которая находится в созвездии Возничий, расстояние до неё 46 световых лет. Сравнивая значения в столбце «Во сколько раз ярче Солнца», получим ответ, что самая яркая звезда Денеб, она ярче Солнца в 72500 раз.

Подведём итоги урока.

Сегодня на уроке, при построении структурной модели мы:

· Определили предметную область моделирования.

· Описали иерархическую структуру данных и определили необходимый набор параметров для каждого типа объектов;

· Описали таблицы для всех типов объектов;

· Организовали связи между таблицами.

Источник