Тема1. Общие вопросы системного анализа. Основные понятия системного анализа. История развития системного подхода
ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ
«КЕРЧЕНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ МОРСКОЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»
Кафедра экологии моря
Спиридонова Е. О.
СИСТЕМНЫЙ АНАЛИЗ И МОДЕЛИРОВАНИЕ ЭКОСИСТЕМ
Конспект лекций
для студентов направления подготовки
05.03.06 «Экология и природопользование»
очной и заочной форм обучения
Керчь, 2017г.
© ФГБОУ ВО «КГМТУ», 2017
Содержание
Содержание. 3
ВВЕДЕНИЕ.. 4
Тема1. Общие вопросы системного анализа. Основные понятия системного анализа. История развития системного подхода.. 6
1.1 Основные понятия и принципы системного анализа. 7
1.2 История развития системного подхода. 14
1.3 Этапы системного анализа. 18
1.4Применение системного анализа в экологии. 21
Тема 2. системы и модели.. 25
2.1 Состав и свойства систем.. 25
2.2 Информация в природных системах. 29
Тема3.МОДЕЛИРОВАНИЕ И АНАЛИЗ ЭКОЛОГИЧЕСКИХ СИСТЕМ... 34
3.1 Виды моделей и задачи моделирования. 34
3.2. Словесные и математические модели. 39
3.3. Детерминистские модели. 41
3.4. Стохастические модели. 42
3.5. Динамические модели. 44
3.6. Матричные модели. 46
3.7. Марковские модели. 49
3.8. Оптимизационные модели. 53
3.9. Модели теории игр. 57
Тема 4.МНОГОМЕРНЫЕ МОДЕЛИ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ ПОПУЛЯЦИЙ И ЭКОСИСТЕМ 60
4.1. Линейный корреляционный анализ. 60
4.1.1. Частные и множественные коэффициенты корреляции. 62
4.1.2. Линейный регрессионный анализ. 64
|
|
|
4.1.2.1. Эмпирическая линия регрессии. 65
4.1.2.2. Линейная регрессия. 66
4.2. Нелинейный корреляционный и регрессионный анализы.. 73
4.2.1. Корреляционное отношение. Критерии нелинейности связи. 73
4.2.2. Нелинейная регрессия. 77
4.2.3. Множественная регрессия. 83
4.2.4. Аллометрическая функция. 86
4.3. Дисперсионный анализ. 88
4.3.1. Логическая схема дисперсионного анализа. Однофакторный дисперсионный комплекс 88
4.3.2. Двухфакторный комплекс. 93
4.4. Анализ главных компонент. 95
4.5. Факторный анализ. 105
4.5.1. Определение главных факторов. 106
4.6. Кластерный анализ. 108
4.7. Дискриминантный анализ. 114
Тема 5.Прогнозирование экологических процессов.. 120
5.1 Прогнозирование чрезвычайных ситуаций. Прогнозирование природных и техногенных катастроф.. 123
5.2 Этапы моделирования чрезвычайных ситуаций. 125
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ И РЕКОМЕНДУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ... 128
ВВЕДЕНИЕ
В настоящее время системный подход используют во всех областях знания, хотя в ее различных областях он проявляется по-разному.
Многообразие и возрастающий объем стоящих перед исследователями задач требует их взаимной увязки, обеспечения общей целенаправленности. Но этого трудно достичь, если не учитывать сложной зависимости между отдельными направлениями, между отраслями народного хозяйства, между всеми сферами жизни. 40 % информации специалисту необходимо черпать из смежных областей, а подчас и отдаленных.
|
|
|
Целью дисциплины «Системный анализ и моделирование экосистем» являетсяформирование системно мыслящего специалиста-эколога, владеющего основами методологии системного анализа и моделирования и необходимыми практическими навыками для обработки информации и анализа данных по экологии и природопользованию.
Задачи дисциплины:приобретение навыков системного анализа и моделирования процессов управления качеством окружающей среды, изучение типовых приемов для моделирования различных процессов и явлений; изучение основных принципов математического моделирования, получение теоретических знаний в области построения и использования математических моделей различных типов, изучение приемов построения зависимостей, использующихся в прикладных моделях реальных процессов и явлений, приемов прогнозирования
Важный этап исследования реальных ситуаций и построения их моделей (разных уровней — от вербальной до математической) является общим для всех специальностей. Для этого этапа системный анализ предлагает подробную методику, овладение которой должно стать важным элементом в подготовке специалистов любого профиля.
|
|
|
Практика прикладного системного анализа в ряде стран убедительно показывает, что такая деятельность в последние годы становится для многих специалистов профессией.
Весь окружающий нас мир имеет системную нелинейную природу. Поэтому составляющие его объекты, явления и процессы должны объективно отражать его реалии, т. е. быть также системными, нелинейными.
Цель конспекта лекций: изложение необходимого теоретического материала и возможностей его практического использования на практике, применительно к специальности «Экология и природопользование».
Конспект лекций состоит из пяти разделов, каждый из которых посвящён определённой теме, содержит теоретический материал и примеры, помогающие усвоению материала.
Теоретический материал и примеры основаны на знаниях и навыках, полученных при изучении дисциплин: «Математика», «Информатика», «Общая экология», «Техногенные системы и экологический риск», «Математические методы в экологии и природопользовании», «Современные информационные технологии в прикладной экологии».
|
|
|
Знания и навыки, полученные при освоении данной дисциплины, используются при написании выпускной квалификационной работы и в профессиональной деятельности.
Тема1. Общие вопросы системного анализа. Основные понятия системного анализа. История развития системного подхода
«Исследователь ощущает свое невежество тем больше, чем больше он знает...» – это парадоксальное замечание крупнейшего физика нашего времени Р. Оппенгеймера как нельзя болееточно характеризует парадоксальную ситуацию в современной науке. Если еще недавно ученый буквально гонялся за фактами, то сегодня он не в силах справиться с их половодьем. Аналитические методы, столь эффективные при изучении частных процессов, уже не работают. Нужен новый, более действенный принцип, который помог бы разобраться в логических связях между отдельными фактами. Такой принцип был найден и получил название принцип системного движения или системного подхода (СП).
Этот принцип определяет не только новые задачи, но и характер всей управленческой деятельности, научное, техническое, технологическое и организационное совершенствование которой обусловлено самой природой крупного общественного и частного производства.
В самой природе науки лежит стремление к единству и синтезу знания. Изучение этого стремления, выявление особенностей этого процесса – одна из задач современных исследований в области теории научного знания. В современной науке и технике из-за их необычайной дифференцированности и насыщения информацией проблема концептуального синтеза приобретает особенно важное значение. Философский анализ природы научного знания предполагает рассмотрение его структуры, которое позволяет выявить пути и способы единства и синтеза знаний, ведущие к формированию новых понятий, к концептуальному синтезу.
Синтез знания, понятный как процесс рождения нового, возникает на основе определенных типов объединения или взаимодействия его структурных форм. Иначе говоря, единство и синтез знания – лишь определенные ступени в развитии науки. Среди многообразия форм объединения знания, ведущих к синтезу, легко усмотреть четыре различных типа, иначе говоря, четыре типа единства научного знания.
Первый тип объединения состоит в том, что в процессе дифференциации знания возникают научные дисциплины, подобные кибернетике, семиотике, общей теории систем, содержание которых связано с выявлением общего в самых различных областях исследования. На этом пути происходит своеобразная интеграция знания, компенсирующая до некоторой степени многообразие и отграничение друг от друга различных научных дисциплин. Общеизвестно, что на этом пути синтезируется новое знание.
Рассматривая более детально такую интеграцию, мы можем наблюдать второй тип единства научного знания. Изучая генезис научных идей, мы замечаем тенденцию к методологическому единству. Эта тенденция заключается в методологическом продолжении одной специальной науки, т.е. в перенесении ее теории на другие области исследования.
Третий тип стремления к единству научного знания связан с фундаментальными понятиями, которые первоначально возникают в сфере естественного языка и включаются затем в систему философских категорий. Такого рода понятия путем соответствующих уточнений приобретают смысл исходных понятий формирующихся научных теорий. Можно сказать, что в данном случае мы имеем дело с концептуальной формой единства науки.
Последовательное развитие концептуального единства науки создает предпосылки для четвертого и в известном смысле самого существенного пути к единству и синтезу научного знания, а именно – пути разработки и использования единой философской методологии.
Наука – это система многообразных знаний, и развитие каждого элемента этой системы невозможно без их взаимодействия. Философия исследует принципы этого взаимодействия и тем самым способствует объединению знания. Наука системна, так же как и окружающий нас мир, наше познание и вся человеческая практика. Следовательно, исследование этих объектов должно осуществляться с помощью методов, адекватных их природе, т.е. системных.
Системность мира представляется в виде объективно существующей иерархии различно организованных взаимодействующих систем. Системность мышления реализуется в том, что знания представляются в виде иерархической системы взаимосвязанных моделей. Хотя люди и являются частью природы, человеческое мышление обладает определенной самостоятельностью относительно окружающего мира: мыслительные конструкции вовсе не обязаны подчиняться ограничениям мира реальных конструкций. Однако при выходе в практику неизбежны сопоставление и согласование системностей мира и мышления.
Практическое согласование идет через практику познания (сближения моделей с реальностью) и практику преобразования мира (приближения реальности к моделям). Обобщение этого опыта привело к открытию диалектики; следование ее законам является необходимым условием правильности нашего познания, адекватности наших моделей. Современный системный анализ исходит в своей методологии из диалектики. Можно выразиться более определенно и сказать, что системный анализ есть прикладная диалектика. С появлением системного анализа философия перестала быть единственной теоретической дисциплиной, не имеющей прикладного аналога. С практической же стороны прикладной системный анализ является методикой и практикой улучшающего вмешательства в реальные проблемные ситуации.
Дата добавления: 2018-04-15; просмотров: 426; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!