Исследование сложных систем и процессов

Т.И. Булдакова, Д.А. Миков
Исследование сложных систем и процессов
Методические указания 
к выполнению лабораторных работ

УДК 519.2
ББК 22.171
	
Б90 
Издание доступно в электронном виде на портале ebooks.bmstu.ru
по адресу: http://ebooks.bmstu.ru/catalog/117/book1747.html
Факультет «Информатика и системы управления» 
Кафедра «Информационная безопасность» 
Рекомендовано Редакционно-издательским советом  
МГТУ им. Н.Э. Баумана в качестве учебно-методического пособия
Булдакова, Т. И. 
Б90	
	
Исследование сложных систем и процессов: методические 
указания к выполнению лабораторных работ / Т
. И. Булдакова, 
Д. А. Миков. — Москва : Издательство МГТУ им. Н. Э. Баумана, 
2018. — 44, [4] с. : ил. 
ISBN 978-5-7038-4801-2 
Приведены пять лабораторных работ, посвященных формализации и моделированию сложных систем, а также исследованию процесса принятия решения в условиях неопределенности.
Для студентов МГТУ им. Н.Э. Баумана, обучающихся по специальности «Информационная безопасность автоматизированных систем». 
УДК 519.2
ББК 22.171
ISBN 978-5-7038-4801-2 
©	 МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2018
©	 Оформление. Издательство 
	
МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2018

Предисловие
Методические указания к лабораторным работам предназначены для студентов, обучающихся по специальности «Информационная безопасность автоматизированных систем», и магистрантов, обучающихся по направлению «Информационная 
безопасность». В учебных планах предусмотрено изучение дисциплины «Теория систем и системный анализ». Методические указания могут быть полезны для студентов и магистрантов других 
специальностей и направлений подготовки, изучающих вопросы, 
связанные с системным анализом и исследованием сложных систем.
Общей целью выполнения лабораторных работ является овладение методологией системного подхода, приобретение практических навыков в области теории систем, а также навыков применения методов системного анализа для решения практических 
задач исследования сложных систем.
Лабораторные работы включают теоретическую и практическую части. Теоретический материал дает необходимые знания 
для выполнения лабораторной работы. В практической части 
представлены задания и порядок выполнения работы. Каждая 
лабораторная работа включает также разделы «Содержание отчета о  лабораторной работе», «Контрольные вопросы и задания», 
а также приложения с примерами выполнения лабораторной работы (кроме работ № 1 и № 4)). 
Для проведения практических занятий необходимо наличие 
компьютерного класса, оборудованного современной вычислительной техникой, из расчета одно рабочее место на одного студента. При выполнении заданий предусмотрено освоение графического пакета (например, MS Visio) и системы моделирования 
MATLAB.

Введение
Сложные системы являются объектом исследования теории 
систем. Она выявляет общие принципы и законы функционирования систем, способы классификации систем, их роль в выборе 
методов моделирования конкретных объектов, а также свойства 
систем и общесистемные закономерности.
Теория систем изучает различные объекты, отвлекаясь от их 
конкретной природы, и основывается лишь на формальных взаимосвязях между различными составляющими элементов отчетов 
и на характере их изменений под влиянием внешних условий. 
При этом результаты всех наблюдений за сложными системами 
объясняются лишь взаимодействием их составляющих, без учета 
происхождения (физического, биологического, экологического, 
социологического или чисто концептуального).
Сущность системного подхода к исследованию сложных объектов различной природы заключается в том, что все элементы 
системы и все операции в ней должны рассматриваться как единое целое только в совокупности и во взаимосвязи друг с другом. 
При этом основная трудность системных исследований связана 
с нахождением адекватных понятийных средств представления 
исследуемых объектов как систем. Результатом применения системного подхода являются системные описания изучаемых или 
проекты создаваемых объектов.
При системном подходе обычно используют математический 
аппарат теории исследования операций, методы многомерной 
статистики и методы неформального анализа, такие как метод 
экспертиз, метод опроса, эвристические методы, компьютерное 
моделирование и др. Существенной частью исследования систем 
является выбор способа описания происходящих в них изменений и формализация такого описания. Сложность формализации 
определяется сочетанием разнотипных факторов, характеризующих систему, например сочетание производственных, экологических, экономических, социальных и других факторов.

Работа № 1
ФОРМАЛИЗАЦИЯ СЛОЖНЫХ СИСТЕМ
Цель работы — изучение способов формализованного представления систем.
Теоретическая часть
Объекты исследования целесообразно рассматривать с некоторых общих позиций как в концептуальном, так и в терминологическом смысле. В основе этой общности лежит понятие 
«система», которое не отличается формальностью, необходимой 
строгостью и универсальностью.
Основной общий признак, который присутствует практически во всех определениях системы, — это целостность совокупности элементов системы. Под целостностью понимают внутреннее 
единство системы и принципиальную несводимость ее свойств 
к сумме свойств ее элементов и, наоборот, несводимость свойств 
сумм элементов к свойствам системы.
Далее под системой будем 
понимать совокупность элементов, 
взаимодействующих 
друг с другом и с внешней средой, объединенных для достижения некоторой цели. Введем 
основные понятия, характеризующие систему (рис. 1.1).
Множество А элементов 
системы запишем в виде 
A = {ai}, i = 1, …, k,
где ai — i-й элемент системы; 
k — число элементов в системе.
Рис. 1.1. Концептуальная модель 
системы 
5