Линейная оптимизация в МS Excel

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Введение

Информатика как наука занимается изучением информационных процессов и методов их автоматизации на основе программно-аппаратных средств вычислительной техники и средств связи. На современном этапе человечество осознало информацию как ресурс развития общества, а информатику - как науку, развитие которой позволит обеспечить полное использование этого ресурса. С информатикой связывают решение принципиально новых проблем человечества: создание информационной модели мира, расширение творческого аспекта деятельности человека, переход к безбумажной информатике, доступность информационного ресурса каждому члену общества.

В настоящее время информатика приобрела многоаспектный характер. В ней соединены глобальность и конкретность применения, методы формализации и физической реализации.

При изучении информатики используют трехуровневый подход, при котором можно выделить следующие уровни: физический, логический и прикладной (или пользовательский).

На физическом уровне изучаются аппаратно-программные средства вычислительной техники и средства связи, которые составляют фундамент информатики и позволяют физически реализовать ее логический и прикладной уровни.

На логическом уровне изучается технология переработки информационного ресурса в целях получения новой информации на базе средств ВТ и связи, другими словами, логический уровень - это информационная технология.

На третьем, прикладном уровне рассматриваются вопросы использования информационной технологии при создании и эксплуатации систем, в которых преобладающими процессами являются информационные.

Таким образом, предметом курса «Информационные технологии в экономике» являются логический и прикладной уровни информатики. Физический же уровень изучается в курсе «Информатика», который посвящен аппаратным средствам электронной вычислительной техники и базовому программному обеспечению.

Информационная технология (ИТ) имеет свою цель, методы и средства реализации.

Целью информационной технологии является создание из информационного ресурса качественного информационного продукта, удовлетворяющего требованиям пользователя.

Методами ИТ являются методы обработки и передачи данных.

Средства ИТ - это математические, программные, информационные, технические и др.

Практическое приложение методов и средств обработки данных может быть различным, поэтому целесообразно выделить глобальную, базовую и конкретную ИТ.

Глобальная информационная технология включает модели, методы и средства, формализующие и позволяющие использовать информационные ресурсы общества. Базовая информационная технология предназначена для определенной области применения (производство, научные исследования, обучение и т.д.). Конкретные информационные технологии реализуют обработку данных при решении функциональных задач пользователей (например задачи учета, планирования, анализа).

1. Теоретическая часть

1.1 Декомпозиция ЭИС

Декомпозиция ИС - научный метод, использующий структуру задачи и позволяющий заменить решение одной большой задачи решением серии меньших задач.

Метод декомпозиции используется на каждой стадии проектирования ИС для:

- снижения степени неопределенности и выделения многих проектных заданий;

- последовательной структуризации процесса решения этих заданий;

- описание удерживаемых структур в виде иерархически связанных информационных совокупностей.

Декомпозиция предусматривает существование не одного, а нескольких способов разделения проектируемой системы. При этом договор об окончании декомпозиции основан на том, что в процессе разделения создаются элементы, которые принимались как неделимые объекты.

Декомпозиция ИС на подсистемы дает следующие преимущества для их создания и эксплуатации:

- упрощения разработки и модернизации ИС вследствие специализации групп проектировщиков по подсистемам;

- упрощения поставки готовых подсистем относительно к последовательности выполнения работ;

- упрощение эксплуатации ИС вследствие эксплуатации работников предметной области.

При декомпозиции ИС используются структуры, отличающиеся типами элементов и связями между ними.

Таблица 1.1. Элементы систем и связи между ними

№ п/п	Типы элементов	Элементы	Связи между элементами
1	Функциональные	Компоненты, функции, задания	Информационные
2	Технические	Компоненты, комплексы	Линии и каналы связей
3	Организационные	Коллективы людей и отдельные работники	Информационные, субподрядные и взаимодействия
4	Программные	Программные модули и продукты	Управляющие
5	Информационные	Формы существования и предоставления информации в системы	Операции превращения информации в системы
6	Алгоритмические	Алгоритмы	Информационные
7	Документальные	Документы, нераздельные составляющие	Взаимодействие, вхождение и субподрядность

Конечно, при декомпозиции ИС на первом уровне выделяют функциональные обеспечивающие и организационные компоненты. К функциональным компонентам относятся функциональные подсистемы, модули; функциональные задания; модели и алгоритмы. К обеспечивающим компонентам относятся информационное обеспечение, техническое, программное, лингвистическое и технологическое. К организационным компонентам относятся: организационная структура предприятий и персонал.

Структуру информационной системы составляет совокупность отдельных ее частей, называемых подсистемами.

Автоматизированная информационная система имеет обеспечивающую и функциональную части, состоящие из подсистем (рис. 1.1).



Рис. 1.1. Автоматизированная информационная система

Подсистема - это часть системы, выделенная по какому-либо признаку.

1.2 Функциональные подсистемы

Функциональная часть информационной системы обеспечивает выполнение задач и назначение информационной системы. Фактически здесь содержится модель системы управления организацией. В рамках этой части происходит трансформация целей управления в функции, функций - в подсистемы информационной системы. Подсистемы реализуют задачи. Обычно в информационной системе функциональная часть разбивается на подсистемы по функциональным признакам:

· уровень управления (высший, средний, низший);

· вид управляемого ресурса (материальные, трудовые, финансовые и т.п.);

· сфера применения (банковская, фондового рынка и т.п.);

· функции управления и период управления.

Например, информационная система управления технологическими процессами - компьютерная информационная система, обеспечивающая поддержку принятия решений по управлению технологическими процессами с заданной дискретностью и в рамках определенного периода управления.

В табл. 1.1 указаны некоторые из возможных информационных систем, однако их достаточно для иллюстрации связи функций систем и функций управления.

Функциональный признак определяет назначение подсистемы, а также ее основные цели, задачи и функции. Структура информационной системы может быть представлена как совокупность ее функциональных подсистем, а функциональный признак может быть использован при классификации информационных систем.

Например, информационная система производственной фирмы имеет следующие подсистемы: управление запасами, управление производственным процессом и др.

В хозяйственной практике производственных и коммерческих объектов типовыми видами деятельности, которые определяют функциональный признак классификации информационных систем, являются: производственная, маркетинговая, финансовая, кадровая.

Таблица 1.1. Функции информационных систем

Информационная система маркетинга	Производственные информационные системы	Финансовые и учетные информационные системы	Кадровые (человеческих ресурсов) информационные системы	Прочие системы, например информационная система руководства

Таким образом, «функциональные компоненты» составляют содержательную основу ИС, базирующуюся на моделях, методах и алгоритмах получения управляющей информации.

Функциональная структура ИС - совокупность функциональных подсистем, комплексов задач и процедур обработки информации, реализующих функции системы управления. В системе управления крупных предприятий-корпораций выделяются самостоятельные подсистемы (контуры) функционального и организационного уровня управления:

1. Стратегический анализ и управление. Это высший уровень управления, обеспечивает централизацию управления всего предприятия, ориентирован на высшее звено управления.

2. Управление персоналом.

3. Логистика - управление материальными потоками (заготовка материалов и комплектующих изделий), управление производством, управление сбытом готовой продукции. Все компоненты логистики тесно интегрированы с финансовой бухгалтерией и функционируют на единой информационной базе.

4. Управление производством.

5. Бухгалтерский учет. Информационно связан с управленческим учетом затрат в производстве, финансовым менеджментом, складским учетом.

Развитые ERP-системы зарубежного производства имеют устоявшуюся структуру базовых компонентов системы управления предприятием:

1. Бухгалтерский учет и финансы.

2. Управление материалами (логистика).

3. Производственный менеджмент.

4. Обеспечение производства.

5. Управление перевозками, удаленными складами.

6. Управление персоналом.

7. Зарплата.

8. Моделирование бизнес-процессов.

9. Системы поддержки принятия решений (DSS).

1.3 Обеспечивающие подсистемы

Обеспечивающие подсистемы состоят из типического набора подсистем, к которым относят программное, техническое, информационное и лингвистическое. методическое, правовое обеспечение.

1.4 Информационное обеспечение

Назначение подсистемы информационного обеспечения состоит в своевременном формировании и выдаче достоверной информации для принятия управленческих решений.

Информационное обеспечение - совокупность проектных решений по объемам, размещению, формам организации информации (единой системы классификации и кодирования информации унифицированных систем документации, схем информационных потоков), циркулирующей в организации, а также методология построения баз данных.

Включает в себя показатели, справочные данные, классификаторы и кодификаторы информации, унифицированные системы документации, информацию на носителях и т.д.

Унифицированные системы документации создаются на государственном, республиканском, отраслевом и региональном уровнях. Главная цель - это обеспечение сопоставимости показателей различных сфер общественного производства. Разработаны стандарты, где устанавливаются требования:

· к унифицированным системам документации;

· к унифицированным формам документов различных уровней управления;

· к составу и структуре реквизитов и показателей;

· к порядку внедрения, ведения и регистрации унифицированных форм документов.

Построение схем информационных потоков, позволяющих выявить объемы информации и провести ее детальный анализ, обеспечивает:

· исключение дублирующей и неиспользуемой информации;

· классификацию и рациональное представление информации.

При этом подробно должны рассматриваться вопросы взаимосвязи движения информации по уровням управления. Следует выявить, какие показатели необходимы для принятия управленческих решений, а какие нет. К каждому исполнителю должна поступать только та информация, которая используется.

Для создания информационного обеспечения необходимо:

· ясное понимание целей, задач, функций всей системы управления организацией;

· выявление движения информации (представленной для анализа в виде схем информационных потоков) от момента возникновения и до ее использования на различных уровнях управления;

· совершенствование системы документооборота;

· наличие и использование системы классификации и кодирования;

· владение методологией создания концептуальных информационно-логических моделей, отражающих взаимосвязь информации;

· создание массивов информации на машинных носителях, что требует наличия современного технического обеспечения.

В рамках информационного обеспечения различают внемашинное и внутримашинное информационное обеспечение. Внемашинная информационная база воспринимается человеком без технических средств - наряды, акты, накладные и т.п.

Внемашинное информационное обеспечение (ИО) включает показатели, необходимые для решения управленческих задач; их объемно-временные характеристики и информационные связи; различные классификаторы и коды; унифицированную систему документации для отражения показателей; формы вывода результатов обработки.

Внутримашинное информационное обеспечение включает в себя все виды специально организованной информации, представленной в форме воспринимаемой техническими средствами компьютерной информационной системы управления. По содержанию внутримашинное информационное обеспечение являет собой совокупность сведений, представленных формализованно и используемых при решении задач в управлении.

Внутримашинная информационная база содержится на носителях и состоит из файлов. Она может быть создана как совокупность отдельных файлов, каждый из которых отражает некоторое множество однородных управленческих документов (нарядов, накладных и т.п.), или как база данных (БД). В последнем случае файлы будут зависимыми и структура одних файлов будет зависеть от структуры других, а структуры файлов базы данных не будут соответствовать структуре управленческих документов.

Математическое обеспечение

Все методы формализации задач управления, в том числе и те, на основе которых строится рациональная эксплуатация технического обеспечения информационных систем, принято называть математическим обеспечением.

Математическое обеспечение - совокупность математических методов, моделей, алгоритмов обработки информации, используемых при решении задач в информационной системе (функциональных и автоматизации проектирования информационных систем). К средствам математического обеспечения относятся:

· средства моделирования процессов управления;

· типовые задачи управления;

· методы математического программирования, математической статистики, теории массового обслуживания и др.

Математическое обеспечение является составной частью программного обеспечения ИС. Прикладные и обеспечивающие программы формируются, прежде всего, на базе математических методов. В тех случаях, когда для решения той или иной актуальной задачи не удается подобрать математический метод, используются эвристические алгоритмы.

При этом следует помнить, что каждый из методов может быть применен для решения различных по специфике задач пользователей. И наоборот: одна и та же задача может решаться с помощью различных методов. Весь набор математических алгоритмов, использующихся для решения экономических задач, принято называть экономико-математическими методами.

Важнейшие экономико-математические методы представлены в виде некоторых укрупненных группировок:

Линейное программирование - линейное преобразование переменных в системах линейных уравнений. Сюда следует отнести: симплекс-метод, распределительный метод, метод разрешающих множителей, статический матричный метод решения материальных балансов.

Дискретное программирование представлено двумя классами методов: локализационные и комбинаторные методы. К локализационным относятся методы линейного целочисленного программирования. К комбинаторным - метод ветвей и границ, который используется для построения графиков производства и т.п.

Математическая статистика применяется для корреляционного, регрессионного и дисперсионного анализов экономических явлений и процессов. Корреляционный анализ применяется для установления тесноты связи между двумя или более стохастически независимыми явлениями или процессами.

Регрессионный анализ устанавливает зависимость случайной величины от неслучайного аргумента. Дисперсионный анализ используется для установления зависимости результатов наблюдений от одного или нескольких факторов в целях выявления важнейших. Методы математической статистики используются также для прогностических экономических расчетов.

Динамическое программирование применяется для планирования и анализа экономических процессов во времени. Динамическое программирование представляется в виде многошагового вычислительного процесса с последовательной оптимизацией целевой функции. Сюда следует отнести и имитационное моделирование.

Теория игр представляется рядом методов, использующихся для определения стратегии поведения конфликтующих сторон. Известные методы можно разделить на два класса - точные и приближенные (итеративные). Условно точная игра может, например, реализовываться на основе линейного программирования путем определенного упорядоченного перебора матрицы-игры. Реализация игры на основе приближенных методов имеет несколько вариантов, но каждый из методов основан на аналитическом осмыслении стратегии на каждом шаге (в каждой партии) с целью совершенствования поведения на последующих шагах (в следующих партиях).

Теория массового обслуживания (и родственное ей направление - теория управления запасами) включает большой класс экономических задач, где на основе теории вероятностей оценивается, например, мощность или количество агрегатов, обслуживающих какой-либо производственный процесс, численность ремонтных рабочих, запасы ресурсов и т.п. в зависимости от характера спроса на них. При этом многие задачи управления запасами формализуются как задачи массового обслуживания и алгоритмически представляются как эвристические модели.

Параметрическое программирование является разновидностью линейного программирования, где коэффициенты при переменных линейного функционала, или коэффициенты при переменных системы линейных уравнений, или те и другие коэффициенты зависят от некоторого параметра. К этому направлению может быть отнесен динамический матричный метод решения материальных балансов.

Стохастическое программирование делится на статистическое и динамическое. В статистических задачах исследуемые параметры являются случайными величинами на определенном этапе. В динамических задачах имеют дело со случайными последовательностями. Большинство статистических задач сводится к задачам линейного программирования. Динамические задачи являются предметом так называемого Марковского программирования.

Нелинейное программирование относится к наименее изученному (применительно к экономическим явлениям и процессам) математическому направлению. Большинство изученных численных методов нелинейного программирования посвящено решению задач квадратичного программирования на основе симплекс-метода.

Теория графов - направление математики, где на основе определенной символики представляется формальное (схематическое) описание взаимосвязанности и взаимообусловленности множества работ, ресурсов, затрат и т.п. Набольшее практическое применение получил так называемый сетевой график (сетевой метод). На основе этой формализации с помощью эвристических или математических методов осуществляется исследование выделенного множества на предмет установления оптимального времени производства работ, оптимального распределения запасов и т.п. Одним из методов формализованного исследования являются эвристические алгоритмы систем ПЕРТ и ДЕРЕВО, а также линейное и нелинейное программирование на базе симплекс-метода.

Организационное обеспечение - совокупность методов и средств, регламентирующих взаимодействие работников с техническими средствами, а также между собой в процессе разработки и эксплуатации информационной системы.

Организационное обеспечение реализует следующие функции:

· анализ существующей системы управления организацией, где будет использоваться ИС, и выявление задач, подлежащих автоматизации;

· подготовку задач к решению на компьютере, включая техническое задание на проектирование ИС и технико-экономическое обоснование ее эффективности;

· разработку управленческих решений по составу и структуре организации, методологии решения задач, направленных на повышение эффективности системы управления.

Организационное обеспечение создается по результатам предпроектного обследования на 1-м этапе построения баз данных, с целями которого вы познакомились при рассмотрении информационного обеспечения.

Правовое обеспечение - совокупность правовых норм, определяющих создание, юридический статус и функционирование информационных систем, регламентирующих порядок получения, преобразования и использования информации.

Главной целью правового обеспечения является укрепление законности.

В состав правового обеспечения входят законы, указы, постановления государственных органов власти, приказы, инструкции и другие нормативные документы министерств, ведомств, организаций, местных органов власти. В правовом обеспечении можно выделить общую часть, регулирующую функционирование любой информационной системы, и локальную часть, регулирующую функционирование конкретной системы.

Правовое обеспечение этапов разработки информационной системы включает нормативные акты, связанные с договорными отношениями разработчика и заказчика и правовым регулированием отклонений от договора.

Правовое обеспечение этапов функционирования информационной системы включает: статус информационной системы; права, обязанности и ответственность персонала; правовые положения отдельных видов процесса управления; порядок создания и использования информации и др.

Лингвистическое обеспечение - это совокупность языковых средств, используемых на различных стадиях создания и эксплуатации информационной системы для повышения эффективности разработки и обеспечения общения человека с ЭВМ. Лингвистическое обеспечение - это совокупность языков общения (языковых средств) персонала информационной системы и пользователей с программным, техническим и информационным обеспечением, а также совокупность терминов, используемых в информационной системе.

Лингвистическое обеспечение включает в себя:

· информационные языки для описания структурных единиц информационной базы;

· языки управления и манипулирования данными;

· языковые средства информационно-поисковых систем, систем автоматизации проектирования;

· систему терминов и определений, используемых в процессе разработки и функционирования информационной системы, и т.п.

1.5 Техническое обеспечение ЭИС

Совокупность технических средств, компьютерной техники, средств передачи информации, используемых в автоматизированных системах управления и в информационных системах.

Техническое обеспечение - комплекс технических средств, предназначенных для работы информационной системы, а также соответствующая документация на эти средства и технологические процессы.

Комплекс технических средств составляют:

· компьютеры любых моделей;

· устройства сбора, накопления, обработки, передачи и вывода информации;

· устройства передачи данных и линий связи;

· оргтехника и устройства автоматического съема информации;

· эксплуатационные материалы и др.

Предварительный выбор технических средств, организация их эксплуатации, технологический процесс обработки данных, технологическое оснащение оформляются документацией.

Документацию можно условно разделить на три группы:

· общесистемную, включающую государственные и отраслевые стандарты по техническому обеспечению;

· специализированную, содержащую комплекс методик по всем этапам разработки технического обеспечения;

· нормативно-справочную, используемую при выполнении расчетов по техническому обеспечению.

Технические средства для информационных технологий ИС делятся на классы:

1. Средства сбора и регистрации информации:

· Персональные компьютеры для ввода информации документов и записи на машинный носитель. При вводе информации применяются аппаратные и программные методы контроля достоверности, в том числе контроль диапазона значений, контроль формата значений и др.;

· Сканеры для автоматического считывания информации документов в виде графических символов; распознавания графических образов и преобразования в текст;

· Автоматические датчики информации для формирования сигналов наступления контролируемых событий и их преобразования в цифровое представление.

2. Комплекс средств передачи информации (технические и программные средства компьютерных сетей):

· Локальные вычислительные сети (ЛВС) ограниченного масштаба. С большими скоростями передачи данных, ограничением количества и местоположения пользователей;

· Региональные вычислительные сети (РВС) расширенного масштаба, специализированного назначения, с относительно высокими скоростями передачи данных, расширением количества пользователей сети;

· Глобальные вычислительные сети (ГВС), в том числе сеть Интернет, для всемирных коммуникаций и создания информационных сообществ (например пользователей информационных ресурсов Web, участников электронной коммерции, пользователей электронной почты, IP-телефонии и др.), с неограниченным кругом пользователей;

· Intranet (интранет) - сети корпораций, предназначенные для использования в масштабе предприятий эффективных ИТ Интернета.

3. Средства хранения данных. БД ИС хранятся на серверах БД, файловых серверах, локальных компьютерах. В качестве носителей информации используются магнитные диски (съемные, стационарные, переносные диски большой емкости), оптические диски (лазерные), магнитооптические диски, диски DVD (цифровые видеодиски).

4. Средства обработки данных. Обработка информации в ИС выполняется с помощью компьютеров, которые делятся на классы:

· Микрокомпьютеры - используются автономно в виде персональных компьютеров в сети в качестве рабочих станций, оснащены современными микропроцессорами (Intel, AMD, Cyrix и др.). В эту же группу входят портативные компьютеры, которые приближаются по своим техническим характеристикам к «настольным» персональным компьютерам;

· Мини-компьютеры - машины среднего уровня по производительности и серверным возможностям (ряд машин PDP и др.);

· Большие сверхбольшие компьютеры - машины специального применения в крупномасштабных ИС (ряд SUN и др.).

5. Средства вывода информации. Используются видеомониторы, принтеры, графопостроители (плоттеры).

К настоящему времени сложились две основные формы организации технического обеспечения (формы использования технических средств): централизованная и частично или полностью децентрализованная.

Централизованное техническое обеспечение базируется на использовании в информационной системе больших ЭВМ и вычислительных центров.

Децентрализация технических средств предполагает реализацию функциональных подсистем на персональных компьютерах непосредственно на рабочих местах.

Перспективным подходом следует считать, по-видимому, частично децентрализованный подход - организацию технического обеспечения на базе распределенных сетей, состоящих из персональных компьютеров и большой ЭВМ для хранения баз данных, общих для любых функциональных подсистем.

1.6 Программное обеспечение ЭИС

Программное обеспечение - совокупность программ для реализации целей и задач информационной системы, а также нормального функционирования комплекса технических средств.

В состав программного обеспечения входят общесистемные, специальные программные продукты и техническая документация, такие как операционная система, системы программирования, инструментальные средства программиста, тестовые и диагностические программы, программные средства телекоммуникации, защиты информации, функциональное программное обеспечение (автоматизированные рабочие места, системы управления базами данных и т.п.).

1.7 Классификация программного обеспечения

информационный аппроксимация линейный программный

В зависимости от функций, выполняемых программным обеспечением, можно выделить общесистемное (базовое) программное обеспечение и прикладное (специальное) программное обеспечение.

К общесистемному (базовому) программному обеспечению относятся комплексы программ, ориентированные на пользователей и предназначенные для решения типовых задач обработки информации. Они служат для расширения функциональных возможностей компьютеров, контроля и управления процессом обработки данных.

Прикладное (специальное) программное обеспечение представляет собой совокупность программ, разработанных при создании конкретной информационной системы. В его состав входят пакеты прикладных программ (ППП), реализующие разработанные модели разной степени адекватности, отражающие функционирование реального объекта.

Техническая документация на разработку программных средств должна содержать описание задач, задание на алгоритмизацию, экономико-математическую модель задачи, контрольные примеры.

Общесистемное (базовое) программное обеспечение (ПО) (рис. 1.2) организует процесс обработки информации в компьютере и обеспечивает нормальную рабочую среду для прикладных программ. Базовое ПО настолько тесно связано с аппаратными средствами, что его иногда считают частью компьютера.



Рис. 1.2. Общесистемное (Базовое) ПО

В состав базового (общесистемного) ПО входят:

· операционные системы;

· сервисные программы;

· трансляторы языков программирования;

· программы технического обслуживания.

Операционные системы (ОС) обеспечивают управление процессом обработки информации и взаимодействие между аппаратными средствами и пользователем. Одной из важнейших функций ОС является автоматизация процессов ввода-вывода информации, управления выполнением прикладных задач, решаемых пользователем. ОС загружает нужную программу в память ЭВМ и следит за ходом ее выполнения: анализирует ситуации, препятствующие нормальным вычислениям, и дает указания, что необходимо сделать, если возникли затруднения.

Исходя из выполняемых функций ОС можно разбить на три группы:

· однозадачные (однопользовательские);

· многозадачные (многопользовательские);

· сетевые.

Однозадачные ОС предназначены для работы одного пользователя в каждый конкретный момент одной конкретной задачи. Типичным представителем таких операционных систем является MS-DOS (разработанная фирмой Microsoft).

Многозадачные ОС обеспечивают коллективное использование ЭВМ в мультипрограммном режиме разделения времени (в памяти ЭВМ находится несколько программ (задач), и процессор распределяет ресурсы компьютера между задачами). Типичными представителями подобного класса ОС являются; UNIX, OS/2 корпорации IBM, Microsoft Windows 95/98/2000, Microsoft Windows NT и некотоpые другие.

Сетевые операционные системы связаны с появлением локальныx и глобальных cетей и предназначены для обеспечения доступа пользователя ко всем ресурсам вычислительной сети. Типичными представителями ceтевыx ОС являются: Novell NetWare, Microsoft Windows NT, Banyan Vines, IBM LAN, UNIX, Solaris фирмы Sun, Linux.

Сервисное программное обеспечение - это совокупность программных продуктов, предоставляющих пользователю дополнительные услуги в работе с компьютером и расширяющих возможности операционных систем.

По функциональным возможностям сервисные средства можно подразделять на:

· улучшающие пользовательский интерфейс:

· защищающие данные от разрушения и несанкционированного доступа;

· восстанавливающие данные;

· ускоряющие обмен данными между диском и ОЗУ;

· архивации-разархивации;

· антивирусные средства.

По способу организации и реализации сервисные средства могут быть представлены: оболочками, утилитами и автономными программами. Разница между оболочками и утилитами зачастую выражается лишь в универсальности первых и специализации вторых.

Оболочки предоставляют пользователю качественно новый интерфейс и освобождают его от детального знания операции и команд ОС. Функции большинства оболочек, например семейства MS-DOS, направлены на работу с файлами и каталогами и обеспечивают быстрый поиск файлов; создание, просмотр и редактирование текстовых файлов; выдачу сведений о размещении файлов на дисках, о степени занятости дискового пространства и ОЗУ.

Все оболочки обеспечивают ту или иную степень защиты от ошибок пользователя, что уменьшает вероятность случайного уничтожения файлов.

Среди имеющихся оболочек для семейства MS-DOS наиболее популярна оболочка Norton Commander.

Утилиты предоставляют пользователю дополнительные услуги (не требующие разработки специальных программ) в основном по обслуживанию дисков и файловой системы. Утилиты чаще всего позволяют выполнять следующие функции:

· обслуживание дисков (форматирование, обеспечение сохранности информации, возможности ее восстановления в случае сбоя и т.д.);

· обслуживание файлов и каталогов (аналогично оболочкам);

· создание и обновление архивов;

· предоставление информации о ресурсах компьютера, о дисковом пространстве, о распределении ОЗУ между программами;

· печать текстовых и других файлов в различных режимах и форматах;

· защита от компьютерных вирусов.

Из утилит, получивших наибольшую известность, можно назвать многофункциональный комплекс Norton Utilities.

Программные средства антивирусной защиты обеспечивают диагностику (обнаружение) и лечение (нейтрализацию) вирусов. Термином «вирус» обозначается программа, способная размножаться, внедряясь в другие программы, совершая при этом различные нежелательные действия. К числу наиболее популярных в настоящее время антивирусных программ относятся: DoctorWeb, AVP (антивирус Касперского), Norton Antivirus и др.

Архиваторы обеспечивают компактное представление файлов и дисков для целей передачи данных на другие компьютеры, создания страховых копий. Наиболее популярны архиваторы: WinZip, WinRAR, WinARJ.

Транслятором языка программирования называется программа, осуществляющая перевод текста программы с языка программирования, как правило, в машинный код.

Комплекс средств, включающий в себя входной язык программирования, транслятор, машинный язык, библиотеки стандартных программ, средства отладки оттранслированных программ и компоновки их в единое целое, называется системой программирования. В системе программирования транслятор переводит программу, написанную на входном языке программирования, на язык машинных команд конкретной ЭВМ. В зависимости от способа перевода с входного языка (языка программирования) трансляторы подразделяются на компиляторы и интерпретаторы.

В компиляции процессы трансляции и выполнения программы разделены во времени. Сначала компилируемая программа преобразуется в набор объектных модулей на машинном языке, которые затем собираются (компонуются) в единую машинную программу, готовую к выполнению и сохраняемую в виде файла на магнитном диске. Эта программа может быть выполнена многократно без повторной трансляции.

Интерпретатор осуществляет пошаговую трансляцию и немедленное выполнение операторов исходной программы: каждый оператор входного языка программирования транслируется в одну или несколько команд машинного языка, которые тут же выполняются без сохранения на диске. Таким образом, при интерпретации программа на машинном языке не сохраняется и поэтому при каждом запуске исходной программы на выполнение ее нужно (пошагово) транслировать заново. Главным достоинством интерпретатора по сравнению с компилятором является простота.

Входной язык программирования называется языком высокого уровня по отношению к машинному языку, называемому языком низкого уровня.

Особое место в системе программирования занимают ассемблеры, представляющие собой комплекс, состоящий из входного языка программирования ассемблера и ассемблер-компилятора. Ассемблер представляет собой мнемоническую (условную) запись машинных команд и позволяет получить высокоэффективные программы на машинном языке. Однако его использование требует высокой квалификации программиста и больших затрат времени на составление и отладку программ.

Наиболее распространенными языками программирования являются: Basic, C++, Fortran и др. Тенденции развития - появление языков четвертого поколения типа Visual Basic.

Под программами технического обслуживания понимается совокупность программно-аппаратных средств для диагностики и обнаружения ошибок в процессе работы компьютера или вычислительной системы в целом.

Они включают в себя:

· средства диагностики и тестового контроля правильности работы ЭВМ и ее отдельных частей, в том числе автоматического поиска ошибок и неисправностей с определенной локализацией их в ЭВМ;

· специальные программы диагностики и контроля вычислительной среды информационной системы в целом, в том числе программно-аппаратный контроль, осуществляющий автоматическую проверку работоспособности системы обработки данных перед началом работы вычислительной системы в очередную производственную смену.

Прикладное программное обеспечение

Прикладное (специальное) программное обеспечение представляет собой совокупность программ, разработанных при создании конкретной информационной системы. Предназначено для решения конкретных задач пользователя и организации вычислительного процесса информационной системы в целом. В его состав входят пакеты прикладных программ (ППП), реализующие разработанные модели разной степени адекватности, отражающие функционирование реального объекта.

Пакеты прикладных программ

Пакеты прикладных программ (ППП) являются мощным инструментом автоматизации решаемых пользователем задач, практически полностью освобождая его от необходимости знать, как выполняет компьютер те или иные функции и процедуры по обработке информации.

В настоящее время имеется широкий спектр ППП, различающихся по своим функциональным возможностям и способам реализации.

Пакет прикладных программ - это комплекс программ, предназначенный для решения задач определенного класса (функциональная подсистема, бизнес-приложение).

Различают следующие типы ППП:

· общего назначения (универсальные);

· метод-ориентированные;

· проблемно-ориентированные;

· глобальных сетей;

· организации (администрирования) вычислительного процесса.

ППП общего назначения - универсальные программные продукты, предназначенные для автоматизации разработки и эксплуатации функциональных задач пользователя и информационных систем в целом. К этому классу ППП относятся:

· редакторы текстовые (текстовые процессоры) и графические;

· электронные таблицы;

· системы управления базами данных (СУБД);

· интегрированные пакеты;

· Case-технологии;

· оболочки экспертных систем и систем искусственного интеллекта.

ППП, предназначенный для создания и изменения текстов, документов, графических данных и иллюстраций, называется редактором.

В основном он необходим для автоматизации документооборота в фирме.

Редакторы по своим функциональным возможностям можно подразделить на текстовые, графические и издательские системы.

Текстовые редакторы предназначены для обработки текстовой информации и выполняют, в основном, следующие функции:

· запись текста в файл;

· вставка, удаление, замена символов, строк, фрагментов текста;

· проверка орфографии;

· оформление текста различными шрифтами;

· выравнивание текста;

· подготовка оглавлений, разбиение текста на страницы;

· поиск и замена слов и выражений;

· включение в текст несложных иллюстраций;

· печать текста.

Наибольшее распространение получили текстовые редакторы Microsoft Word, Word Perfect (в настоящее время принадлежат фирме Corel), ChiWriter, Multi-Edit (American Cybernetics) и др.

Графические редакторы предназначены для обработки графических документов, включая диаграммы, иллюстрации, чертежи, таблицы. Допускается управление размером фигур и шрифтов, перемещение фигур и букв, формирование любых изображений. Из наиболее известных графических редакторов можно назвать пакеты Corel DRAW, Adobe PhotoShop и Adobe Illustrator.

Издательские системы соединяют в себе возможности текстовых и графических редакторов, обладают развитыми возможностями по форматированию полос с графическими материалами и последующим выводом на печать. Эти системы ориентированы на использование в издательском деле и называются системами верстки. Из таких систем можно назвать продукты PageMaker фирмы Adobe и Ventura Publisher корпорации Corel.

Электронные таблицы. Электронной таблицей называется ППП, предназначенный для обработки таблиц.

Данные в таблице хранятся в ячейках, находящихся на пересечении столбцов и строк. В ячейках могут храниться числа, символьные данные и формулы. Формулы задают зависимость значения одних ячеек от содержимого других ячеек. Изменение содержимого ячейки приводит к изменению значений в зависящих от нее ячейках.

К наиболее популярным ППП этого класса относятся такие продукты, как Microsoft Excel, Lotus 1-2-3, Quattro Pro и др.

Системы управления базами данных. Для создания БД внутри машинного информационного обеспечения используются специальные ППП - системы управления базами данных.

База данных - это совокупность специальным образом организованных наборов данных, хранящихся на диске.

Управление базой данных включает в себя ввод данных, их коррекцию и манипулирование данными, то есть добавление, удаление, извлечение, обновление и т.д. Развитые СУБД обеспечивают независимость прикладных программ, работающих с ними, от конкретной организации информации в базах данных. В зависимости от способа организации данных различают: сетевые, иерархические, распределенные, реляционные СУБД.

Из имеющихся СУБД наибольшее распространение получили Microsoft Access, Microsoft FoxPro, Paradox (корпорации Borland), а также СУБД компаний Oracle, Informix, Sybase и др.

Интегрированные пакеты. Интегрированными пакетами называются ППП, объединяющие в себе функционально различные программные компоненты ППП общего назначения.

Современные интегрированные ППП могут включать в себя:

· текстовый редактор;

· электронную таблицу;

· графический редактор;

· СУБД;

· коммуникационный модуль.

В качестве дополнительных модулей в интегрированный пакет могут включаться такие компоненты, как система экспорта-импорта файлов, калькулятор, календарь, система программирования.

Информационная связь между компонентами обеспечивается путем унификации форматов представления различных данных. Интеграция различных компонентов в единую систему предоставляет пользователю неоспоримые преимущества в интерфейсе, но неизбежно проигрывает в части повышенных требований к оперативной памяти.

Из имеющихся пакетов можно выделить следующие: Microsoft Office, Framework, Startnave.

CASE-технологии применяются при создании сложных информационных систем, обычно требующих коллективной реализации проекта, в котором участвуют различные специалисты: системные аналитики, проектировщики и программисты.

Под CASE-технологией понимается совокупность средств автоматизации разработки информационной системы, включающей в себя методологию анализа предметной области, проектирования, программирования и эксплуатации ИС (инструментальные средства).

ИС CASE-технологии применяются на всех этапах жизненного цикла системы (от анализа и проектирования до внедрения и сопровождения), значительно упрощая решение возникающих задач.

CASE-технология позволяет отделить проектирование информационной системы от собственно программирования и отладки: разработчик системы занимается проектированием на более высоком уровне, не отвлекаясь на детали. Это позволяет не допустить ошибок уже на стадии проектирования и получить более совершенные программные продукты. Эта технология изменяет все стадии разработки ИС, более всего отражаясь на этапах анализа и проектирования.

Нередко применение CASE-технологий выходит за рамки проектирования и разработки ИС. Технология дает возможность оптимизировать модели организационных и управленческих структур компаний и позволяет им лучше решать такие задачи, как планирование, финансирование, обучение. Таким образом, CASE-технология позволяет произвести радикальное преобразование деятельности компании, направленное на оптимальную реализацию того или иного проекта или повышение общей эффективности бизнеса.

Коллективная работа над проектом предполагает обмен информацией, контроль выполнения задач, отслеживание изменений и версий, планирование, взаимодействие и управление. Фундаментом реализации подобных функций чаще всего служит общая база данных проекта, которую обычно называют репозитарием. По существу, репозитарий - это информационный архив, где хранятся сведения о процессах, данных и связях объектов в разрабатываемом приложении.

В различных CASE-технологиях репозитарий реализуется по-разному и может содержать описания и модели данных, а также правила их обработки. Репозитарий является важнейшим компонентом набора инструментальных средств CASE и служит источником информации, необходимой для автоматизации построения проектируемых систем и генераций приложений. Кроме того, CASE-продукты на базе репозитария позволяют разработчикам использовать в работе над проектом и другие инструментальные средства, например пакеты быстрой разработки программ.

В настоящее время CASE-технологии - одна из наиболее динамично развивающихся отраслей информатики, объединяющая сотни компаний. Из имеющихся на рынке CASE-технологии можно выделить: Application Development Workbench (ADW) фирмы Knowledge Ware, BPwin (Logic Works), CDEZ Tods (Oracle), Clear Case (Alria Software), Composer (Texas Instrument), Discover Development Information System (Software Emancipation Technology), Rational Rose.

Современные CASE-технологии успешно применяются для создания ИС различного класса: банков, финансовых корпораций, крупных фирм. Они обычно имеют достаточно высокую стоимость и требуют длительного обучения и кардинальной реорганизации всего процесса создания ИС. Тем не менее экономический эффект применения CASE-технологии весьма значителен, и большинство современных серьезных программных проектов осуществляется именно с их помощью.

Экспертные системы (ЭС). Постоянно возрастающие требования к средствам обработки информации в экономике и социальной сфере стимулировали компьютеризацию процессов решения эвристических (неформализованных) задач типа «что будет, если», основанных на логике и опыте специалистов. Основная идея при этом заключается в переходе от строго формализованных алгоритмов, предписывающих, как решать задачу, к логическому программированию с указанием, что нужно решать на базе знаний, накопленных специалистами предметных областей.

Основу экспертных систем составляет база знаний, в которую закладывается информация о данной предметной области. Имеются две основные формы представления знаний в ЭС: факты и правила. Факты фиксируют количественные и качественные показатели явлений и процессов. Правила описывают соотношения между фактами обычно в виде логических условий, связывающих причины и следствия.

Для решения задач подобного класса используются так называемые экспертные системы.

Экспертные системы - это системы обработки знаний в узкоспециализированной области подготовки решений пользователей на уровне профессиональных экспертов.

Экспертные системы используются для целей:

· интерпретации состояния систем;

· прогноза ситуаций в системах;

· диагностики состояния систем;

· целевого планирования;

· устранения нарушений функционирования системы;

· управления процессом функционирования и т.д.

В качестве средств реализации экспертных систем на ЭВМ используют так называемые оболочки экспертных систем. Примерами оболочек экспертных систем, применяемых в экономике, являются Шэдл (Диалог), Expert-Ease и др.

2. Практическая часть

2.1 Аппроксимация экспериментальных данных

Аппроксимацией называется подбор аналитической формулы y = f(x) для установленной из опыта функциональной зависимости y = ц(x).

Аппроксимируемая функция y может зависеть от одной или нескольких переменных.

2.1.1. Одна независимая переменная

В задании 1 имеются данные, полученные опытным путем, которые представлены в виде таблицы значений.

На основе этих данных требуется подобрать такую функцию y = f(x), которая с точки зрения некоторого критерия оптимальности наилучшим образом описывала бы экспериментальную зависимость.

Задача аппроксимации распадается на две части. Сначала необходимо установить вид зависимости y = f(x) и соответственно вид эмпирической формулы, то есть определить, является ли она линейной, квадратичной, логарифмической или какой либо другой. После этого определяются численные значения неизвестных параметров выбранной формулы, для которых приближение к заданной функции оказывается наилучшим. Для сглаживания экспериментальных зависимостей в МS Excel используются различные функции y = f(x): линейная, полиномиальная, логарифмическая, степенная, экспоненциальная.

Степень точности аппроксимации данных в МS Excel оценивается коэффициентом детерминации (R²). Чем ближе этот коэффициент к значению 1, тем точнее приближение.

Задание 1

Вложенные в производство средства дают прибыль:

Средства	3000	4000	5000	6000	7000	8000
Прибыль	850	900	1000	1300	2000	4000

1. Определить зависимость прибыли от вложенных средств

2. Вычислить прибыль для вложений, равных:

Вариант	Сумма вложенных средств
4	18900

Решение:

1. На основе данных таблицы строим точечную диаграмму со значениями, соединенными сглаживающими линиями.

Рис. 1. Зависимость прибыли от вложенных средств

Наводим курсор на одну из точек полученного графика и из контекстного меню выбираем команду: Добавить линию тренда (рис. 2).

Линия тренда типа Логарифмическая

Линия тренда типа Линейная

Линия тренда типа Степенная

Линия тренда типа Экспоненциальная

Рис. 2. Аппроксимации экспериментальных данных

В данном случае результат не является удовлетворительным. Наилучшей в данном задании является полиномиальная функция, которая дает показатель достоверности R² = 0,9618, тогда как для логарифмической функции этот показатель равен 0,6057, для линейной функции этот показатель равен 0,7239, для степенной функции этот показатель равен 0,7566, для экспоненциальной функции этот показатель равен 0,8627 (рис. 3).

Рис. 3. Полиномиальная аппроксимация

Таким образом, искомая аналитическая формула y = f(x) для установленной из опыта функциональной зависимости y = ц(x) примет вид:

y = 0,0002x² - 1,8338x + 4564,6

2. Чтобы вычислить прибыль для вложений, равных 18900, необходимо данное значение подставить в формулу вместо х. Подставив, получим следующее значение прибыли:

y = 0,0002x² - 1,8338x + 4564,6 = 71442 - 34658,82 + 4564,6 = 41347,78

Для вложений 18900 прибыль составит 41347,78.

Несколько независимых переменных

В тех случаях, когда аппроксимируемая переменная y зависит от нескольких независимых переменных y = f(x₁, x₂,…, x_n) используются следующие специальные функции МS Excel:

ЛИНЕЙН и ТЕНДЕНЦИЯ для аппроксимации линейных функций вида:

...