WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Pages:     || 2 | 3 | 4 | 5 |   ...   | 32 |
Министерство образования Российской Федерации _ САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ А.Я. Городецкий ИНФОРМАЦИОННЫЕ СИСТЕМЫ ВЕРОЯТНОСТНЫЕ МОДЕЛИ И СТАТИСТИЧЕСКИЕ РЕШЕНИЯ Учебное пособие Санкт-Петербург Издательство СПбГПУ 2003 УДК 681.518:519.2 (075.8) ББК 32.973.202 я 73 Г 701 Городецкий А.Я. Информационные системы. Вероятностные модели и статистические решения. Учеб.пособие. СПб: Изд-во СПбГПУ, 2003. 326 c.

I8BN 5-7422-0381-X Пособие соответствует дисциплинам государственного образовательного стандарта ЕН.Ф.01.7 «Методы оптимизации» и ЕН.Ф.01.8 «Теория принятия решений» по направлениям «Системный анализ и управление», «Информатика и вычислительная техника» при подготовке бакалавров, магистров и дипломированных специалистов по компьютерным сетям и основанным на них системам управления, а также по специальностям «Информационные системы и технологии» и «Вычислительные машины, комплексы, системы и сети».

Пособие также может быть полезно для инженеров и научных работников, интересующихся проблемами статистического оценивания и управления.

В учебном пособии в рамках вероятностно-статистических подходов представлены формируемые в информационных системах алгоритмы анализа и синтеза, которые используются в задачах измерения, моделирования и управления. Рассмотрены методы обнаружения, линейной и нелинейной фильтрации, интерполирования и прогнозирования, идентификации и статистического синтеза управления динамических систем с использованием понятий пространства состояний и марковских моделей процесса.

Ил.8. Библиогр.: 79 назв.

Печатается по решению редакционно-издательского совета Санкт-Петербургского государственного политехнического университета.

I8BN 5-7422-0381-X © Санкт-Петербургский государственный политехнический университет, 2003 © Городецкий А.Я., 2003 2 ПРЕДИСЛОВИЕ В инфраструктуре современного информационноиндустриального общества информационные системы занимают одно из ключевых мест. Это вызвано возрастающей ролью информации в наукоемком промышленном производстве. Его эффективность из-за требований резкого снижения материало- и энергозатрат, а также экологической безопасности определяется не только количеством переработанного сырья, но и объемом овеществленной информации.

Информация в современных условиях выступает, как ресурс, позволяющий минимизировать расходы других ресурсов (сырьевых, материальных, энергетических, трудовых, финансовых и т.д.).

Требования к качеству информации в современных условиях настолько возросли, что, вообще говоря, трудно представить нормальное функционирование общества без соответствующего информационного обеспечения. Например, в условиях рыночной экономики особое значение приобретают достоверность и полнота информации, без которых невозможна маркетинговая, финансовая и инвестиционная деятельность. Кроме того, современные информационные технологии открыли новые возможности в организации научной деятельности, в создании современных форм обучения на базе технических средств информационных систем.

Таким образом, решаемые информационными системами задачи разнообразны, зависят от конкретных сфер человеческой деятельности и практическая их направленность определяется поставленными на инженерном уровне целями управления, требованиями информационного обеспечения и т.д.

Имеющиеся затруднения в классификации и решении этих задач проистекают как по причине разнородности технической базы информационных технологий и разнообразия выполняемых этими системами функций, влияния структур управления с учетом реальных режимов и возмущений, в том числе и случайных, так и вследствие разных подходов при исследовании информационных систем и неоднозначности оценок эффективности их функционирования.

Методы решения указанных задач, а также проведение наиболее перспективной технической политики в области создания новых информационных технологий и аппаратно-программных средств передачи и обработки данных были бы наиболее плодотворны, если бы опирались на общую теорию информационных систем. Пока не представляется возможным рассматривать эту теорию как сложившееся научное направление и ожидать в ближайшем будущем подробное и всеобъемлющее ее изложение. С другой стороны, бурный научно-технический прогресс в информатизации общества диктует необходимость формирования и развития этой теории.

Одним из возможных путей решения этой проблемы является самостоятельное развитие отдельных разделов теории с последующей их интеграцией. Следствием этого интеграционного процесса станет создание новых знаний и методик, что, в свою очередь, послужит толчком для следующего этапа развития теории информационных систем.

Предлагаемое учебное пособие посвящено одному из важных относительно самостоятельных разделов теории информационных систем, отражающему содержательный аспект информации - анализу вероятностных моделей процессов и формированию на их базе методов обнаружения и оценивания, а также статистического синтеза управления динамических систем.

Обучаемым по информационно-телекоммуникационным специальностям студентам вузов в настоящее время отводится много времени для изучения как общетеоретических, так и специальных учебных курсов по теориям вероятностей и оптимальных статистических решений. Это оправдано, так как теория динамических систем развивается в направлении более полных и глубоких подходов в анализе функционирования и эффективности, а также в методах синтеза этих систем при учете реальных режимов, возмущений и помех. Цель пособия – ознакомить читателя с современными вероятностно-статистическими методами анализа и синтеза динамических систем. Учебное пособие отличается от других аналогичных изданий по информационным системам. В нем круг рассматриваемых проблем, характер решаемых задач не выходит за рамки вероятностно-статистических подходов, базирующихся на методах теории марковских процессов. Такой подход позволяет единообразно и экономно анализировать и синтезировать динамические системы различного назначения.

Учебное пособие состоит из пяти разделов: «Методы описания случайных процессов», «Модели процессов в информационных системах», «Корреляционный анализ процессов», «Статистические решения и оптимальная обработка сигналов» и «Методы статистического синтеза оптимального управления динамических систем».

В первом и втором разделах даются краткие сведения о случайных величинах, процессах и методах их описания с помощью распределения вероятностей, плотностей вероятностей, характеристических и производящих функций и функционалов, а также других статистических характеристик. Обсуждаются математические модели и определяются статистические характеристики винеровского, гауссовских, марковских, точечных (случайных потоков) и фрактальных процессов, аппроксимирующих реальные сигналы в информационных системах.

В третьем разделе сформулированы задачи корреляционного анализа, основным содержанием которых является изучение прохождения (преобразования) случайных сигналов через линейные и нелинейные устройства (системы) с известными характеристиками, определение статистических характеристик в рамках корреляционной теории и оценка качества работы устройств (систем).

Корреляционный анализ линейных и нелинейных систем осуществляется с единых позиций, поскольку для нелинейных систем применяется приближенный метод статистической линеаризации.

Подробно рассмотрены вопросы применения этого метода при анализе точности работы нелинейных систем.

Четвертый раздел посвящен методам оптимальной обработки сигналов: задачам обнаружения и различения гипотез, оценивания параметров, интерполирования, фильтрации, прогнозирования и индетификации. Изложение материала проводится по единой методологии, именуемой в пособии совместным обнаружением и фильтрацией случайных процессов. В вычислительных сетях информационных систем для предотвращения возможных перегрузок оптимизации подвергаются сетевые процессы.

В пятом разделе рассматриваются методы синтеза оптимального управления динамических систем. Исследуются задачи статистического синтеза оптимального закона управления. Для определения этого закона в соответствии с постановкой задачи выбирается критерий экстремального значения апостериорного среднего функционала качества, зависящего от вероятностных характеристик фазовых координат системы и управления. В общем виде решение указанной задачи достаточно сложно. Наиболее конструктивные физически содержательные результаты могут быть получены методами теории условных марковских процессов на основании достаточных статистик (оценок фазовых координат системы). Из всего многообразия подходов оптимального управления в учебном пособии рассматривают аналитические задачи управления, зависящего от времени: терминальные двухточечные и локальные задачи, опирающиеся на принцип максимума, а также базирующиеся на стохастическом варианте динамического программирования.

Причем управление осуществляется по неполной информации, когда измерения из-за наличия шумов и помех не позволяет точно определить состояние системы.

ВВЕДЕНИЕ Окружающий мир представляет собой совокупность взаимосвязанных биологических, технических, социальноэкономических и других систем, нормальное функционирование которых невозможно без определенной организации. Наиболее существенными функциями в организации этих систем является, вопервых, управление, обеспечивающее сохранение структуры, режим ее деятельности, реализацию целевых программ организации, а также адаптацию к изменяющимся условиям; во-вторых, связь (передача информации), так как управление системой сопряжено с привлечением и обработкой больших объемов сведений о состоянии и поведении указанных систем. «Связь и управление являются основными процессами, характеризующими любую организацию» [Винер]. Информация как ресурс наряду с энергетическими и материальными ресурсами занимает ключевое место в процессе существования экосистем. В сфере человеческой деятельности информация является стратегическим ресурсом, оказывающим огромное влияние на процессы в экономике, образовании и культуре.

Эффективность управления любой динамической (не только технической или кредитно-финансовой, но и административнохозяйственной) системой во многом определяется тем, как организовано хранение, поиск, передача, обработка и пополнение информации. Использующие ЭВМ автоматизированные системы, осуществляющие эти процессы с целью предоставления пользователям информации в соответствии с их запросами, называются информационными системами. Объектами, образующими информационные системы, являются языки программирования, компьютеры, вычислительные сети и другие аппаратно-программные средства, предназначенные для выполнения заданных процедур передачи и обработки данных. При этом необходимо отметить, что обработка данных осуществляется без конкретного смысла, т.е. без обработки содержания, и трансформация данных в информацию предусматривает наличие некоторых механизмов интерпретации результатов. Оценить смысловое содержание полученных данных может находящийся за пределами системы обработки данных человек-оператор (пользователь) через систему знаний с помощью разработанных алгоритмов, логических выводов и эвристических моделей. Пользователь при рассматриваемом подходе выступает в роли субъекта системы, определяющего ценность исходной и обработанной информации, и в совокупности с системой обработки данных формирует и организует эффективное функционирование информационной системы.

Существенным в информации при этом оказывается содержательный аспект данных (сведений, фактов), а задачей информационной системы становится преобразование исходной («сырой») в результатную (обработанную) информацию, необходимую для принятия решения. Информация как бы становится одновременно сырьем и продуктом, что кардинально ее отличает как ресурс от материальных, энергетических и других видов ресурсов в сфере производства, для которой главным является производство и потребление материальных благ. В сферу влияния информационной системы в дополнение к ранее перечисленным объектам оказываются вовлеченными также система восприятия (наблюдения, результаты измерений), модели и методы анализа процессов, алгоритмы обработки сигналов, в том числе использующие теоретиковероятностные подходы при исследовании динамических систем, а также прикладные программы, реализующие эти алгоритмы на языке компьютеров. В задачах управления на основании анализа результатной информации, оценки вариантов синтеза осуществляется выбор рационального управления системой. В других задачах информационно-справочного и расчетного характера указанный анализ заканчивается логическим выводом, экспертными оценками или переходом к следующему этапу научно-исследовательской работы.

Обобщенная схема преобразования информации, взаимосвязей объектов и субъектов информационной системы представлена на рисунке В.1.

В связи с появлением больших распределенных систем актуальной становится проблема управления этими системами.

Огромный поток данных, необходимость их передачи и обработки в интересах многочисленных расположенных в разных местах пользователей для выработки соответствующих управленческих решений делает не эффективным и практически не реальным хранение и обработку этих данных в одном месте. Решение этой проблемы взаимодействия пользователей лежит на путях создания локальных и глобальных сетевых инфраструктур (распределенных вычислительных или компьютерных сетей). Указанные сети являются важной компонентной информационной системы и структурно отображены на обобщенной схеме.

Обслуживающая информационную систему и пользователей система знаний занимает на схеме промежуточное положение. Это объясняется тем, что эта система в виде методик, сведений из книг, описания моделей и алгоритмов может быть придана непосредственно пользователям или в том или ином объеме в качестве набора программных модулей хранится в памяти информационной системы и по команде пользователей или внутренним командам взаимодействует с объектами системы обработки данных (вычислительной сети).

Представленная схема при всей своей условности достаточно универсальна и охватывает широкий спектр задач, выполняемых информационными системами. При использовании этих систем в качестве управляющей подсистемы – обязательного элемента системы управления, выход блока принятия решения, в котором производится оценка вариантов и выбор наиболее рационального управления, замыкают на вход динамической системы – объекта управления (охватывает эту систему обратной связью).

Pages:     || 2 | 3 | 4 | 5 |   ...   | 32 |



© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.