Закреплена за кафедрой | Кафедра вычислительной техники и электроники |
---|---|
Направление подготовки | 09.06.01. Информатика и вычислительная техника |
Направленность | Системный анализ, управление и обработка информации |
Форма обучения | Очная |
Общая трудоемкость | 3 ЗЕТ |
Учебный план | 09_06_01_ИВиТ_Систем_ анализ-234-2020 |
|
|
Распределение часов по семестрам
Курс (семестр) | 3 (5) | Итого | ||
---|---|---|---|---|
Недель | 19 | |||
Вид занятий | УП | РПД | УП | РПД |
Лекции | 36 | 36 | 36 | 36 |
Сам. работа | 45 | 45 | 45 | 45 |
Часы на контроль | 27 | 27 | 27 | 27 |
Итого | 108 | 108 | 108 | 108 |
Визирование РПД для исполнения в очередном учебном году
Рабочая программа пересмотрена, обсуждена и одобрена для
исполнения в 2020-2021 учебном году на заседании
кафедры
Кафедра вычислительной техники и электроники
Протокол от 08.06.2020 г. № 79/19-20
Заведующий кафедрой к.ф.-м.н., Пашнев Владимир Валентинович, доц., зав. кафедрой "Вычислительной техники и электроники"
1.1. | Цель изучения дисциплины – формирование у будущих специалистов теоретических знаний и практических навыков по применению основ моделирования с использованием современных персональных компьютеров и программных средств для решения широкого спектра задач в различных областях, а именно: ознакомить студентов с принципами и методами построения моделей и моделирования, проведения численных экспериментов и интерпретации результатов, проверки построенных моделей на адекватность реальным объектам. Основными задачами изучения дисциплины «Анализ динамики сложных систем» являются: - овладение фундаментальными знаниями по основам моделирования различных систем, в том числе и вычислительных и информационных систем: получить целостное представление о науке и ее роли в развитии вычислительных технологий в области модели-рования процессов и систем; владеть общими вопросами и принципами моделирования; - использование вычислительных систем для построения и уточнения математической модели реального объекта в процессе моделирования; - приобретение практических навыков решения задач моделирования с использованием персональных компьютеров и математических пакетов программ, навыков проведения численных экспериментов и интерпретации результатов моделирования. Дисциплине «Анализ динамики сложных систем» предшествует изучение дисциплин «Математика» и «Алгебра и геометрия», «Вычислительная математика». Данный курс требует от студентов наличия базовых знаний по математическому анализу, численным методам, математической логике и теории алгоритмов, а также об архитектуре вычислительных систем. Знания и навыки, полученные при изучении дисциплины «Анализ динамики сложных систем», используются при изучении общепрофессиональных и специальных дисциплин. |
---|
Цикл (раздел) ООП: Б1.В.ДВ.03 |
УК-2 | способностью проектировать и осуществлять комплексные исследования, в том числе междисциплинарные, на основе целостного системного научного мировоззрения с использованием знаний в области истории и философии науки |
ОПК-2 | владением культурой научного исследования, в том числе с использованием современных информационно-коммуникационных технологий |
ОПК-4 | готовностью организовать работу исследовательского коллектива в области профессиональной деятельности |
ОПК-5 | способностью объективно оценивать результаты исследований и разработок, выполненных другими специалистами и в других научных учреждениях |
ОПК-6 | способностью представлять полученные результаты научно-исследовательской деятельности на высоком уровне и с учетом соблюдения авторских прав |
ОПК-7 | владением методами проведения патентных исследований, лицензирования и защиты авторских прав при создании инновационных продуктов в области профессиональной деятельности |
ПК-1 | способностью применять и разрабатывать методы и средства системного анализа, оптимизации, управления, принятия решений и обработки информации применительно к сложным системам, с целью повышения эффективности функционирования объектов исследования |
ПК-2 | способностью выполнять теоретические исследования процессов создания, накопления и обработки информации, включая анализ и создание моделей данных и знаний, языков их описания и манипулирования, разработку новых математических методов и средств поддержки интеллектуальной обработки данных |
В результате освоения дисциплины обучающийся должен | |
3.1. | Знать: |
---|---|
3.1.1. | - об основных тенденциях развития про-граммных средств и методов моделирова-ния нелинейной динамики сложных си-стем - о методах и способах проверки постро-енных моделей на адекватность реальным объектам. |
3.2. | Уметь: |
3.2.1. | - выполнять классификацию, назначение, свойства и возможности основных типов моделей, применяемых на системном и функционально-логическом уровнях дета-лизации проекта; - применять основы анализа результатов моделирования; - формулировать понятия, характеризую-щие модели и процесс моделирования; - применять методики построения моде-лей. |
3.3. | Иметь навыки и (или) опыт деятельности (владеть): |
3.3.1. | - навыками проведения формализации ис-следуемых структур на системном и функционально-логическом уровне дета-лизации проекта; - планирования и проведения исследова-ний разработанных моделей; - интерпретации полученных результатов, увязывая их с соответствующими техни-ческими характеристиками; - использования ЭВМ, знания операцион-ных систем и языков программирования для решения задач моделирования. |
Код занятия | Наименование разделов и тем | Вид занятия | Семестр | Часов | Компетенции | Литература |
---|---|---|---|---|---|---|
Раздел 1. Особенности динамики нелинейных процессов в простых колебательных системах. | ||||||
1.1. | Ангармониччность колебаний. Общая характеристика особенностей колебательных процессов в нелинейных системах. Автоколебания как нелинейный процесс, основанный на использовании положительных и отрицательных обратных связей в системе. Основы построения нелинейных измерительных устройств с использованием взаимосвязанных осцилляторов | Лекции | 5 | 8 | ОПК-2, ОПК-4, ОПК-5, ОПК-6, ОПК-7, ПК-1, ПК-2, УК-2 | Л2.1, Л1.1 |
1.2. | Динамическая составляющая нелинейности процесса измерительного преобразования. Динамические характеристики измерительных устройств. Принцип частотной коррекции нелинейности процесса измерительного преобразования. Особенности динамики нелинейных процессов в простых колебательных системах. | Сам. работа | 5 | 8 | ОПК-2, ОПК-4, ОПК-5, ОПК-6, ОПК-7, ПК-1, ПК-2, УК-2 | Л2.1 |
Раздел 2. Качественная теория динамических систем. | ||||||
2.1. | Маятник: движение маятника вблизи положения устойчивого и неустойчивого равновесия, точное решение задачи о маятнике, приведение уравнений к безразмерному виду. Маятник с затуханием. Качественное исследование динамических (автономных, линейных) систем. | Лекции | 5 | 10 | ОПК-2, ОПК-4, ОПК-5, ОПК-6, ОПК-7, ПК-1, ПК-2, УК-2 | Л1.1 |
2.2. | Модель Вольтерры и его модификации. Межвидовая конкуренция. | Сам. работа | 5 | 12 | ОПК-2, ОПК-4, ОПК-5, ОПК-6, ОПК-7, ПК-1, ПК-2, УК-2 | Л1.1 |
Раздел 3. Предельные циклы и автоколебания. Самоорганизация и образование структур. Фракталы.Хаотическое поведение динамическое систем. | ||||||
3.1. | Затухающие колебания и незатухающие колебания. Предельные циклы: вводные примеры, классификация предельных циклов. Автоколебания в физических, химических и биологических системах: качественное рассмотрение автоколебательных систем, количественное рассмотрение автоколебаний. Распределенные системы. Брюсселятор. Фракталы в математике. Размерности: размерность самоподобия. Дискретный аналог уравнения Ферхюльста. Универсальность Фейгенбаума. Другие отображения. Система уравнений Лоренца. | Лекции | 5 | 4 | ОПК-2, ОПК-4, ОПК-5, ОПК-6, ОПК-7, ПК-1, ПК-2, УК-2 | Л2.1, Л1.1, Л1.2 |
3.2. | Фракталы в природе. Хаотическое поведение динамическое систем: аттрактор Ресслера. Неавтономная система. | Сам. работа | 5 | 4 | ОПК-2, ОПК-4, ОПК-5, ОПК-6, ОПК-7, ПК-1, ПК-2, УК-2 | Л1.2 |
Раздел 4. Резонансные методы измерений. | ||||||
4.1. | Применение связанных колебаний в первичных измерительных преобразователях. Принципы построения и особенности функционирования измерительных устройств, основанных на использовании нелинейных процессов в сложных динамических системах. | Лекции | 5 | 4 | ОПК-2, ОПК-4, ОПК-5, ОПК-6, ОПК-7, ПК-1, ПК-2, УК-2 | Л1.1 |
4.2. | Применение программы Micro-Capдля анализа нелинейных динамических процессов в сложных системах | Сам. работа | 5 | 5 | ОПК-2, ОПК-4, ОПК-5, ОПК-6, ОПК-7, ПК-1, ПК-2, УК-2 | Л1.1 |
Раздел 5. примеры практического использования нелинейных процессов в сложных динамических системах с целью получения, передачи и обработки информации | ||||||
5.1. | Общая характеристика измерительных устройств, основанных на использовании связанных колебаний в системах с конечным числом степеней свободы. Теоретические основы построения нелинейных измерительных устройств, основанных на использовании связанных колебаний в системах с двумя степенями свободы. О некоторых аналогиях связанных колебаний. | Лекции | 5 | 10 | ОПК-2, ОПК-4, ОПК-5, ОПК-6, ОПК-7, ПК-1, ПК-2, УК-2 | Л2.1, Л1.2 |
5.2. | Изучение пакетов Mathematica, Maple, Маtlab, Mathcad | Сам. работа | 5 | 16 | ОПК-2, ОПК-4, ОПК-5, ОПК-6, ОПК-7, ПК-1, ПК-2, УК-2 | Л2.1, Л1.2 |
Раздел 6. Аттестация | ||||||
6.1. | Экзамен | 5 | 27 | ОПК-2, ОПК-4, ОПК-5, ОПК-6, ОПК-7, ПК-1, ПК-2, УК-2 | Л2.1, Л1.1 |
5.1. Контрольные вопросы и задания для проведения текущего контроля и промежуточной аттестации по итогам освоения дисциплины |
1. Качественная теория динамических систем: дифференциальная модель маятника с затуханием. 2. Качественное исследование динамических систем. 3. Сводка результатов качественного исследования динамических систем. 4. Динамика биологических популяций: модель Мальтуса и логистическое уравнение (уравнение Ферхюльста). 5. Динамика биологических популяций: модель Вольтерры и его модификации. Межвидовая конкуренция. 6. Колебательные процессы в химии: затухающие колебания и незатухающие колебания. 7. Предельные циклы: вводные примеры, классификация предельных циклов. 8. Автоколебания в физических, химических и биологических системах: качественное рассмотрение автоколебательных систем и автоколебаний. 9. Самоорганизация и образование структур: распределенные системы. 10. Самоорганизация и образование структур: Брюсселятор. 11. Фракталы в математике. 12. Размерности фракталов: размерность самоподобия, размерность по Хаусдорфу-Безиковичу. 13. Фракталы в природе. 14. Хаотическое поведение динамическое систем: дискретный аналог уравнения Ферхюльста. 15. Хаотическое поведение динамическое систем: универсальность Фейгенбаума. 16. Хаотическое поведение динамическое систем: различные отображения. 17. Хаотическое поведение динамическое систем: система уравнений Лоренца. 18. Хаотическое поведение динамическое систем: аттрактор Ресслера. 19. Хаотическое поведение динамическое систем: неавтономная система. 20. Теория перколяции: критические показатели и масштабная инвариантность. 21. Теория перколяции: алгоритм Хошена-Копельмана. 22. Моделирование роста дендритов: ограниченная диффузией агрегация. 23. Моделирование роста дендритов: электрический пробой диэлектрика. 24. Клеточные автоматы: игра «Жизнь». 25. Клеточные автоматы: модель Винера-Розенблюта. 26. Клеточные автоматы: модель Ва-Тор. 27. Модель Изинга: алгоритм Метрополиса. 28. Задача о коммивояжере. 29. Распознавание образов. 30. Генетические алгоритмы. |
5.2. Темы письменных работ для проведения текущего контроля (эссе, рефераты, курсовые работы и др.) |
1. Исследование компьютерных систем с помощью имитационного моделирования. 2. Разработка и исследование моделей функциональных схем ЭВМ в многозначных алфавитах. 3. Исследование дифференциальной модели колебательной системы. 4. Математическое моделирование динамики биологических популяций. 5. Моделирование колебательных процессов в химии. 6. Моделирование автоколебательных систем в физике, химии и биологии - предельные циклы. 7. Моделирование самоорганизации распределенных систем – моделирование диссипативных структур. 8. Моделирование фрактальных структур. 9. Хаотическое поведение динамических систем. 10. Моделирование роста дендритов. 11. Изучение поведения клеточного автомата – игра «Жизнь». 12. Моделирование как метод динамических исследований. 13. Точность и достоверность аналогового моделирования. 14. Принципы структурного моделирования. 15. Схемы моделирования линейных звеньев систем автоматического управления из стандартных блоков ЭВМ. 16. Моделирование электрических цепей и физических элементов методом прямых аналогий. 17. Схемы моделирования некоторых функциональных зависимостей и выполнения нелинейных математических операций. 18. Исследование компьютерных систем с помощью имитационного моделирования. 19. Разработка и исследование моделей функциональных схем ЭВМ в многозначных алфавитах. 20. Исследование дифференциальной модели колебательной системы. |
5.3. Фонд оценочных средств для проведения промежуточной аттестации |
ФОС приведены в Приложении. |
6.1. Рекомендуемая литература | ||||
6.1.1. Основная литература | ||||
Авторы | Заглавие | Издательство, год | Эл. адрес | |
Л1.1 | Павловский Ю.Н., Белотелов Н.В., Бродский Ю.И. | Имитационное моделирование: учеб. пособие для вузов | М.: Академия, 2008 | www.lib.asu.ru |
Л1.2 | Дьяконов В.П. | VisSim+Mathcad+MATLAB. Визуальное математическое моделирование: | СОЛОН - ПРЕСС // ЭБС "Университетская библиотека ONLINE", 2008 | http://biblioclub.ru/index.php?page=book&id=117681 |
6.1.2. Дополнительная литература | ||||
Авторы | Заглавие | Издательство, год | Эл. адрес | |
Л2.1 | В. С. Зарубин | Математическое моделирование в технике: учеб. для вузов | М.: Изд-во МГТУ, 2001 | |
6.2. Перечень ресурсов информационно-телекоммуникационной сети "Интернет" | ||||
Название | Эл. адрес | |||
Э1 | Лань | e.lanbook.com/books/ | ||
Э2 | Государственная публичная научно-техническая библиотека. | www.gpntb.ru/ | ||
Э3 | Российская национальная библиотека. | www.nlr.ru/ | ||
Э4 | Национальная электронная библиотека. | www.nns.ru/ | ||
Э5 | Российская государственная библиотека. | www.rsl.ru/ | ||
Э6 | Учебный центр компьютерных технологий «Микроинформ». | www.microinform.ru/ | ||
Э7 | Центр компьютерного обучения МГТУ им. Н.Э.Баумана. | www.tests.specialist.ru/ | ||
Э8 | Образовательный сайт | www.intuit.ru/ | ||
Э9 | Библиотека учебной и методической литературы | www.window.edu.ru/ | ||
Э10 | Журнал «Открытые системы» | www.osp.ru/ | ||
Э11 | Библиотека учебной и методической литературы | www.ihtika.lib.ru/ | ||
Э12 | Мудл | portal.edu.asu.ru | ||
6.3. Перечень программного обеспечения | ||||
Для проведения лабораторных занятий необходимо использование компьютерного класса. На компьютерах должны быть установлены программные средства, поддерживающие работу с алгоритмическими языками С/C++, Pascal и т.п. Open Office Условия использования: http://www.openoffice.org/license.html LibreOffice Условия использования: https://ru.libreoffice.org/about-us/license/ 7-zip Условия использования: https://www.7-zip.org/license.txt Acrobat Reader Условия использования: http://wwwimages.adobe.com/content/dam/Adobe/en/legal/servicetou/Acrobat_com_Additional_TOU-en_US-20140618_1200.pdf Microsoft Windows | ||||
6.4. Перечень информационных справочных систем | ||||
1 Федеральная служба государственной статистики РФ [Электронный ресурс]. - Электронные данные. - Режим доступа: http://www.gks.ru/. 2 Федеральный портал по научной и инновационной деятельности [Электронный ресурс]. -Электронные данные. - Режим доступа: http: //www.sci-innov.ru/. 3 Научная и учебно-методическая литература [Электронный ресурс]. - Электронные данные. - Режим доступа: http://www.intuit.ru. 4 Научный журнал «Вестник Российской академии естественных наук» [Электронный ресурс]. -Электронные данные. - Режим доступа: http: //www.ras.ru/publishing/rasherald/rasherald_archive.aspx. 5 Научный журнал «Интеграл» [Электронный ресурс]. - Электронные данные. – Режим доступа:http: //www.portalnano.ru/read/databases/publication/j ournal_integral. 6 Научный журнал «Инновации» [Электронный ресурс]. - Электронные данные. – Режим доступа: http://ojs.innovjoum.ru/index.php/innov 7 Научный журнал «Информатика и системы управления» [Электронный ресурс]. – Электронные данные. - Режим доступа: http://ics.khstu.ru/ 8 Научный журнал «Информационные системы и технологии» [Электронный ресурс]. - Электронные данные. - Режим доступа: http://gu- unpk.ru/science/joumal/isit 9 Научный журнал «Информационные технологии» [Электронный ресурс]. - Электронные данные. - Режим доступа: http://novtex.ru/IT/ 10 Научный журнал «Нейрокомпьютеры: разработка, применение» [Электронный ресурс].-Электронные данные. – Режим доступа:http: //www.radiotec.ru/catalog.php?cat=j r7 11 Научный журнал «Программные продукты и системы» [Электронный ресурс]. - Электронные данные. – Режим доступа: http: //www.swsys .ru/ 12 Электронная библиотечная система Алтайского государственного университета (http://elibrary.asu.ru/); Электронно-библиотечная система Университетская библиотека on-line (http://www.biblioclub.ru) Электронно-библиотечная система издательства «Лань» (http://e.lanbook.com) Электронно-библиотечная система Юрайт (https://www.biblio-online.ru/) |
Аудитория | Назначение | Оборудование |
---|---|---|
Помещение для самостоятельной работы | помещение для самостоятельной работы обучающихся | Компьютеры, ноутбуки с подключением к информационно-телекоммуникационной сети «Интернет», доступом в электронную информационно-образовательную среду АлтГУ |
Учебная аудитория | для проведения занятий лекционного типа, занятий семинарского типа (лабораторных и(или) практических), групповых и индивидуальных консультаций, текущего контроля и промежуточной аттестации, курсового проектирования (выполнения курсовых работ), проведения практик | Стандартное оборудование (учебная мебель для обучающихся, рабочее место преподавателя, доска) |
001вК | склад экспериментальной мастерской - помещение для хранения и профилактического обслуживания учебного оборудования | Акустический прибор 01021; виброизмеритель 00032; вольтметр Q1202 Э-500; вольтметр универсальный В7-34А; камера ВФУ -1; компьютер Турбо 86М; масспектрометр МРС -1; осциллограф ЕО -213- 2 ед.; осциллограф С1-91; осциллограф С7-19; программатор С-815; самописец 02060 – 2 ед.; стабилизатор 3218; терц-октавный фильтр 01023; шкаф вытяжной; шумомер 00026; анализатор АС-817; блок 23 Г-51; блок питания "Статрон" – 2 ед.; блок питания Ф 5075; вакуумный агрегат; весы; вольтметр VM -70; вольтметр В7-15; вольтметр В7-16; вольтметр ВУ-15; генератор Г-5-6А; генератор Г4-76А; генератор Г4-79; генератор Г5-48; датчик колебаний КВ -11/01; датчик колебаний КР -45/01; делитель Ф5093; измеритель ИМП -2; измеритель параметров Л2-12; интерферометр ИТ 51-30; источник "Агат" – 3 ед.; источник питания; источник питания 3222; источник питания ЭСВ -4; лабораторная установка для настройки газовых лазеров; лазер ЛГИ -21; М-кальк-р МК-44; М-калькул-р "Электроника"; магазин сопротивления Р4075; магазин сопротивления Р4077; микроскоп МБС -9; модулятор МДЕ; монохроматор СДМС -97; мост переменного тока Р5066; набор цветных стекол; насос вакумный; насос вакуумный ВН-01; осциллограф С1-31; осциллограф С1-67; осциллограф С1-70; осциллограф С1-81; осциллоскоп ЕО -174В – 2 ед.; пентакта L-100; пирометр "Промень"; пистонфон 05001; преобразователь В9-1; прибор УЗДН -2Т; скамья оптическая СО 1м; спектограф ДФС -452; спектограф ИСП -51; стабилизатор 1202; стабилизатор 3217 – 4 ед.; стабилизатор 3218; стабилизатор 3222 – 3 ед.; станок токарный ТВ-4; усилитель мощности ЛВ -103 – 4 ед.; усилитель У5-9; центрифуга ВЛ-15; частотомер Ч3-54А; шкаф металлический; эл.двигатель; электродинамический калибратор 11032 |
208К | сктб "радиотехника" - учебная аудитория для проведения занятий семинарского типа (лабораторных и(или) практических); проведения групповых и индивидуальных консультаций, текущего контроля и промежуточной аттестации | Стол лабораторный – 3 шт.; компьютеры: марка Raspberry модель B 1Gb - 2 единицы; андроидный робот BIOLOID Premium Robot Kit; демонстрационная панель 24" Acer; дрель Makita DP 4010; дрель аккумуляторная Makita; компьютер Кламас 15-4460; мультиметр Fluke-17B; набор MINDSTORMS; ноутбук ASUS; ноутбук Lenovo-2шт.; осциллограф GDS-73354; осциллограф DPO2004B; планшет Apple iPad; планшет Huawei MediaPad; принтер для печати трехмерных объектов; станок токарный с ЧПУ; станок фрезерный Корвет-413; стол поворотный ф 100мм К-413; телевизор LED 47"LG47 -2шт.; тиски поворотные; тиски угловые. |
Методические указания не требуются |