Mathematical models of complex systems: theory, algorithms, applications
Description: Mathematical schemes for modeling systems. Planning simulation experiments with system models. Formalization and algorithmization of systems functioning processes. Statistical modeling of computer systems. Assessing the accuracy and reliability of modeling results. Analysis and interpretation of computer system modeling results. Modeling in research and system design. Prospects for the development of machine modeling of complex systems.
Amount of credits: 6
Пререквизиты:
- Computer modeling in Matlab
Course Workload:
Types of classes | hours |
---|---|
Lectures | 30 |
Practical works | |
Laboratory works | 30 |
SAWTG (Student Autonomous Work under Teacher Guidance) | 30 |
SAW (Student autonomous work) | 90 |
Form of final control | Exam |
Final assessment method |
Component: Component by selection
Cycle: Profiling disciplines
Goal
- Formation of theoretical knowledge on general methods and approaches to constructing mathematical models of complex systems and processes
Objective
- Developing skills and practical abilities in constructing and analyzing mathematical models of problems in various fields of knowledge
- Training in the principles of selecting methods for modeling specific problems, algorithms for detailing and synthesizing systems;
Learning outcome: knowledge and understanding
- general concepts of modeling;
- concepts and structure of an object-oriented modeling system;
Learning outcome: applying knowledge and understanding
- formulate a task, make scientifically sound decisions based on systems analysis methods and carry out experiments to verify their correctness and effectiveness;
- carry out modeling of complex technical and dynamic systems;
Learning outcome: formation of judgments
- understand the advantages and disadvantages of simulation modeling;
Learning outcome: communicative abilities
- Be proficient in the language of object-oriented modeling of dynamic systems;
Learning outcome: learning skills or learning abilities
- be able to develop methods of modeling, analysis and technology of synthesis of systems develop methods of modeling, analysis and technology of synthesis of systems in the field of engineering, technology and organizational structures.
Teaching methods
Лекции и онлайн-лекции, практические занятия с применением слайдов и других средств мультимедиа, в частности, использование платформы Open edX.
поисково-исследовательская (собственная исследовательская деятельность студентов в процессе обучения).
Assessment of the student's knowledge
Teacher oversees various tasks related to ongoing assessment and determines students' current performance twice during each academic period. Ratings 1 and 2 are formulated based on the outcomes of this ongoing assessment. The student's learning achievements are assessed using a 100-point scale, and the final grades P1 and P2 are calculated as the average of their ongoing performance evaluations. The teacher evaluates the student's work throughout the academic period in alignment with the assignment submission schedule for the discipline. The assessment system may incorporate a mix of written and oral, group and individual formats.
Period | Type of task | Total |
---|---|---|
1 rating | Oral survey | 0-100 |
Individual Homework | ||
Individual Homework | ||
2 rating | Oral survey | 0-100 |
Individual Homework | ||
Individual Homework | ||
Semester assignment | ||
Total control | Exam | 0-100 |
The evaluating policy of learning outcomes by work type
Type of task | 90-100 | 70-89 | 50-69 | 0-49 |
---|---|---|---|---|
Excellent | Good | Satisfactory | Unsatisfactory | |
Коллоквиум | Демонстрирует системные теоретические знания, владеет терминологией, логично и последовательно объясняет сущность явлений и процессов, делает аргументированные выводы и обобщения, приводит примеры, показывает свободное владение монологической речью и способность быстро реагировать на уточняющие вопросы | Демонстрирует прочные теоретические знания, владеет терминологией, логично и последовательно объясняет сущность, явлений и процессов, делает аргументированные выводы и обобщения, приводит примеры, показывает свободное владение монологической речью, но при этом делает несущественные ошибки, которые исправляет самостоятельно или при незначительной коррекции преподавателем | Демонстрирует неглубокие теоретические знания, проявляет слабо сформированные навыки анализа явлений и процессов, недостаточное умение делать аргументированные выводы и приводить примеры, показывает недостаточно свободное владение монологической речью, терминологией, логичностью и последовательностью изложения, делает ошибки которые может исправить только при коррекции преподавателем. | Демонстрирует незнание теоретических основ предмета, несформированные навыки анализа явлений и процессов, не умеет делать аргументированные выводы и приводить примеры, показывает слабое владение монологической речью, не владеет терминологией, проявляет отсутствие логичности и последовательности изложения, делает ошибки, которые не может исправить даже при коррекции преподавателем, отказывается отвечать на занятии |
Письменная работа/экзамен | Выполнить практическую работу в полном объеме с соблюдением необходимой последовательности действий; в ответе правильно и аккуратно выполняет все записи, таблицы, рисунки, чертежи, графики, вычисления; правильно выполняет анализ ошибок. При ответе на вопросы правильно понимает сущность вопроса, дает точное определение и истолкование основных понятий; сопровождает ответ новыми примерами, умеет применить знания в новой ситуации; может установить связь между изучаемым и ранее изученным материалом, а также с материалом, усвоенным при изучении других дисциплин. | Выполнить требования к оценке «4», но допущены 2-3 недочета. Ответ обучающегося на вопросы удовлетворяет основным требованиям к ответу на 5, но дан без применения знаний в новой ситуации, без использования связей с ранее изученным материалом и материалом, усвоенным при изучении других дисциплин; допущены одна ошибка или не более двух недочетов, обучающийся может их исправить самостоятельно или с небольшой помощью преподавателя. | Выполнить работу не полностью, но не менее 50% объема практической работы, что позволяет получить правильные результаты и выводы; в ходе проведения работы были допущены ошибки. При ответе на вопросы обучающийся правильно понимает сущность вопроса, но в ответе имеются отдельные проблемы в усвоении вопросов курса, не препятствующие дальнейшему усвоению программного материала; допущено не более одной грубой ошибки и двух недочетов. | Выполнить работу не полностью или объем выполненной части работ не позволяет сделать правильных выводов. При ответе на вопросы демонстрирует не владение основными знаниями и умениями в соответствии с требованиями программы; допущены больше ошибок и недочетов, чем необходимо для оценки 3 или не может ответить ни на один из поставленных вопросов. |
Evaluation form
The student's final grade in the course is calculated on a 100 point grading scale, it includes:
- 40% of the examination result;
- 60% of current control result.
The final grade is calculated by the formula:
FG = 0,6 | MT1+MT2 | +0,4E |
2 |
Where Midterm 1, Midterm 2are digital equivalents of the grades of Midterm 1 and 2;
E is a digital equivalent of the exam grade.
Final alphabetical grade and its equivalent in points:
The letter grading system for students' academic achievements, corresponding to the numerical equivalent on a four-point scale:
Alphabetical grade | Numerical value | Points (%) | Traditional grade |
---|---|---|---|
A | 4.0 | 95-100 | Excellent |
A- | 3.67 | 90-94 | |
B+ | 3.33 | 85-89 | Good |
B | 3.0 | 80-84 | |
B- | 2.67 | 75-79 | |
C+ | 2.33 | 70-74 | |
C | 2.0 | 65-69 | Satisfactory |
C- | 1.67 | 60-64 | |
D+ | 1.33 | 55-59 | |
D | 1.0 | 50-54 | |
FX | 0.5 | 25-49 | Unsatisfactory |
F | 0 | 0-24 |
Topics of lectures
- Предварительные определения
- Понятие имитационного моделирования
- Концепция универсальной системы имитационного моделирования
- Моделирование случайных величин: датчики псевдослучайных чисел
- Предпосылки и ограничения
- Разработка концептуальных и блочных моделей систем
- Концепция объектно-ориентированной системы моделирования
- Математические методы моделирования систем
- Дискретно-стохастические модели
- Статистическая обработка результатов эксперимента
- Прогнозирование параметров системы
- Сложные динамические системы и их модели
- Анализ существующих подходов
- Математические модели сложной динамической системы Математические модели непрерывной системы
- Математические модели гибридного автомата
Key reading
- С. В. Звонарев. Основы математического моделирования: учебное посо бие — Екатеринбург : Изд-во Урал. ун-та, 2019. — 112 с.
- Умнов А.Е. Методы математического моделирования: Учебное пособие. – М.: МФТИ, 2022. 295 с.
- Самарский А. А., Михайлов А.П. Математическое моделирование: Идеи. Методы. Примеры. — 4-е изд., испр. — М.: Физматлит, 2021. — 320 с.
Further reading
- Бусленко, Н. П. Моделирование сложных систем -2-е изд., перераб. - М. : Наука, 1978. - 400 с.
- Павловский, Ю. Н. Имитационные модели и системы. -М. : Фазис, 2000. - 131 с
- Введение в математическое моделирование : уч. пособие / под ред. П. В. Трусова. — Москва : Университетская книга, Логос, 2007. — 440 с.