Шаг в будущее. Развивающая программа “Черный ящик”. Принцип работы метода «черный ящик Модель «черного ящика»: системный анализ

Школьный тур олимпиады школьниковпо информатикеи ИКТ

2014-2015 учебный год

5-6 классы

(5 баллов) Найдите закономерность и продолжите ряд:

1, 2, 3, 4, 5, 6,…

а, б, в, г, д, е, …

1, 2, 4, 8, 16,…

1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 1, 0, 1, 1,…

о, д, т, ч, п, ш,…

(10 баллов)

В слове «ПАРУС» замени буквы по приведенному алгоритму.

Полученное слово обозначает:

1) файл, хранящий информацию о системе;

2) способ обработки информации;

3) скорость передачи данных в компьютере;

4) файл, мешающий работе компьютера.

Все люди в этом здании либо поднимаются на четвертый этаж, либо спускаются на первый. Сколько человек будет на четвертом этаже, а сколько на первом?

1) 8 и 7; 2) 7 и 8; 3) 1 и 3; 4) 1 и 0.

(5 баллов) В этой таблице спрятаны обрывки записок

Зайца (А2, Г6, Г1, А6, В3, Б1, Б4);

Волка (А3, Г2, Б3, Г5, Б2, Б6, В2, В6);

и записки для тебя (В5, А1, Г3, А4, В1).

Восстанови эти записки (не забудь разделить текст на слова).

(5 баллов) Используя шифр, найдите слова, которые скрываются за этими цифрами:

1 2 10 8 9 1 5 5 4 ШИФР

7 1 2 4 3 1 10 8 9

1 5 5 4 3 1 10 8 9

6.(5 баллов)Определи пословицу .Циферблат – ключ:

(15 баллов) Определите принцип преобразования информации в «черном ящике».

10.(30 баллов)Робот. Роджер Вилко хочет добыть ключ из лабиринта, в который сам попасть не может, однако может запустить туда маленького робота. Робот знает команды.

Чёрный ящик -- объект, внутренняя структура которого неизвестна или неважна в рамках решаемой задачи, но о функциях, которого можно судить по его реакциям на внешнее воздействие.

Полное описание функций «черного ящика» называется его каноническим представлением. «Чёрные ящики», характеризуемые одинаковыми каноническими представлениями, считаются эквивалентными.

В отличие от «черного ящика» «белый ящик» -- это объект, внутренняя структура которого нам полностью известна, например, какое-либо созданное нами техническое устройство или компьютерная программа.

Понятие «чёрный ящик» широко используется во многих научных дисциплинах, в первую очередь технических, при изучении и/или описании любых объектов, обладающих относительно устойчивым характером (без учёта развития или изменения самого объекта). Это обусловлено тем, что «чёрный ящик» является наглядной формой представления результата основного процесса человеческого мышления -- абстрагирования, и использование «чёрного ящика» при описании объекта значительно облегчает понимание смысла. Философский словарь / Под ред. И. Т. Фролова. -- 4-е изд. -- М.: Политиздат, 1981. -- 445 с.

Кибернетика, как уже отмечалось выше, занимается, главным образом, исследованием механизмов управления и передачи информации в сложных стохастических системах. Для изучения процесса управления кибернетики используют понятия обратной связи и гомеостаза; для анализа вероятностных характеристик систем они применяют статистическую теорию информации; наконец, исследование комплексности систем они осуществляют с помощью понятия черного ящика. Представляя систему в качестве черного ящика, кибернетики по умолчанию соглашаются с когнитивными ограничениями своего понимания огромного числа возможных состояний, доступных сложной системе в любой момент времени. Однако при этом они признают возможности манипулирования некоторыми входными сигналами и наблюдения некоторых результатов работы системы на выходе. Если выходные сигналы непрерывно сравниваются с конкретными желаемыми величинами, то некоторые реакции системы могут быть определены с точки зрения их влияния на входные сигналы черного ящика с тем, чтобы сохранить систему «в управляемом состоянии».

При моделировании системы в виде черного ящика идентифицируются четыре набора переменных: набор возможных состояний системы (S); набор возмущений, способных повлиять на текущее ее состояние (Р); набор реакций на эти возмущения (R); набор целей, определяющих приемлемые состояния в соответствии с установленными критериями (Т). Считается, что система находится в “управляемом состоянии” если в любой момент времени ее состояние соответствует состоянию из набора Т. С помощью этой модели устанавливается чрезвычайно важный кибернетический принцип: если система находится в управляемом состоянии, то необходимо, чтобы для любого возмущения, стремящегося вывести систему из допустимых состояний, существовала такая ее реакция, которая после своего осуществления приводила бы систему в одно из состояний из совокупности Т. Данный принцип был разработан английским кибернетиком Россом Эшби и получил название «закона необходимого многообразия», обычно формулируемого следующим образом: «только многообразие способно поглотить многообразие». Уильям Росс Эшби, Введение в кибернетику, «Иностранная литература», Москва, 1959

Теоретический тур школьного этапа

по информатике и ИКТ

2015-2016учебный год

5-6-7 классы

1. 1. (5 баллов) Найдите закономерность и продолжите ряд:
   1. 1) 1, 2, 3, 4, 5, 6,…
   2. 2) а, б, в, г, д, е, …
   3. 3) 1, 2, 4, 8, 16,…
   4. 4) 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 1, 0, 1, 1,…
   5. 5) о, д, т, ч, п, ш,…
2. 2. (24 балла) Вставьте вместо точек слово из трех букв, которое будет окончанием одного слова и началом другого.

Пример: У(…)ЕСО – У(КОЛ)ЕСО.

1. 3. (10 баллов) Впишите в скобки слева такое слово чтобы можно было решить эти уравнения.

Б+(ЖИВОТНОЕ)=(ДЕФЕКТ)
АР+(НОТА)=(МУЗЫКАЛЬНЫЙ ИНСТРУМЕНТ)
В+(ИМЯ)=(СВОБОДА)
Н+(ДЕРЕВО)=(ПОЛЕ)
И+(ЗЛАК)=(ЦВЕТОК)
ПА+(КРЕСЛО)=(ПУЛЯ В ГИЛЬЗЕ)
Б+(РАСТИТЕЛЬНОСТЬ НА ЛИЦЕ)=УКРАШЕНИЕ
С+(ЦВЕТОК)=(ПРИЯТНОЕ ВКУСОВОЕ ОЩУЩЕНИЕ)
З+(КРАСКА ДЛЯ НОГТЕЙ)=(РАСТЕНИЕ С КОЛОСЬЯМИ)
У+(АТМОСФЕРНОЕ ЯВЛЕНИЕ)=(ЗАПУГИВАНИЕ)

1. 4. (6 баллов) В этой таблице спрятаны обрывки записок

• Зайца (А2, Г6, Г1, А6, В3, Б1, Г4, Б4);
• Волка (А3, Г2, Б3, Г5, Б2, Б6, В2, В6);
• и записки для тебя (В5, А1, Г3, А4, В1).

Восстанови эти записки (не забудь разделить текст на слова).

1. 5. (5 баллов) Используя шифр, найдите слова, которые скрываются за этими цифрами:
2. 1) 6 8 7 4 10 8

1. 2) 1 2 10 8 9 1 5 5ШИФР
2. 3) 7 1 2 4 3 1 10 8 9
3. 4) 1 9 4 11
4. 5) 1 5 5 4 3 1 10 8 9

6. (5 баллов) Определи пословицу . Циферблат – ключ:

1. 7. (5 баллов) Определите принцип преобразования информации в «черном ящике».

1. (20 баллов) Робот. Роджер Вилко хочет добыть ключ из лабиринта, в который сам попасть не может, однако может запустить туда маленького робота. Робот знает команды:

• Вверх (передвинуться на одну клетку вверх)
• Вниз (передвинуться на одну клетку вниз)
• Влево (передвинуться на одну клетку влево)
• Вправо (передвинуться на одну клетку вправо)

Команду, которую робот не может выполнить, он просто пропускает и переходит к следующей. У робота ограниченный объем памяти, поэтому Роджер может написать программу, состоящую только из четырех команд. Когда робот доходит до конца своей программы, он начинает ее заново. Когда робот оказывается в клетке, где лежит ключ, выполнение программы немедленно завершается.

Как Роджеру запрограммировать робота так, чтобы он попал из клетки S в клетку F , где лежит ключ?

2. (20 баллов) Водолей. Имеется два пустых сосуда объемом 8 и 5 литров. Используя программную среду Водолей, составь программу получения 4 литров воды в любом из сосудов.

«Процессы информации» - Древние мудрецы о получении информации человеком и другими разумными существами. Поиск пищи животными в незнакомой местности. Именно изучать информационные процессы в природе –моя цель. Ребенка ничего не интересует, кроме игрушек и материнской ласки. Затем круг увеличивается, и круг интересов, следовательно, расширяется.

«Правовая информация» - Нормативы и стандарты. Федеральный закон от 10 января 2002 г. N 1-ФЗ "Об электронной цифровой подписи". Реквизиты идентификации документа. Правовая база. Указ Президента от 4 августа 1995 г. "О президентских программах по правовой информатизации". МИЭМП-НН Кафедра информатики и математики Ст. преподаватель Барашкин С.А.

Уголовная ответственность. Ответственность за раскрытие тайны источника информации. Примечание. Попытки улучшения ситуации в области защиты источников информации на законодательном уровне в РК. На обсуждение. Статья 353. Какие средства защиты есть у журналиста? Международные стандарты. Упк рк. Что понимается под «требованием суда»?

«Информация и компьютер» - Язык - как способ выражения информации. Гипертекст-. Вернуться к пану. Устройство компьютерной сети. Система счисления-. Образная информация-. Информатика-. Язык-. Модель-.

«Информация 5 класс урок» - Катушечный магнитофон. Свой домашний адрес. Архитектурные произведения. Другие знания, полученные в школе. Получать. 5 класс Учитель информатики Елена Геннадьевна Лопатина. Оперативная память. Хранить. Изобретение кинематографа 1895 год. Другие внешние хранилища информации. Изобретение фотографии 1839 год.

«Хранение информации» - Наконец, был изобретен типографский станок, и появились книги. Человеческий разум является самым совершенным инструментом познания окружающего мира. Презентация по информатике на тему: МОУ «Спасская основная общеобразовательная школа». А память человека - великолепным устройством для хранения полученной информации.

Всего в теме 11 презентаций

Модель «черного ящика», примеры которой будут приведены далее, представляет собой иллюстрацию объекта, для которого заданы выход и вход. При этом его содержимое неизвестно. Рассмотрим далее, как построить модель «черного ящика».

Первый этап

В качестве исходного действия, необходимого для составления модели абсолютно любой системы, выступает отделение объекта от окружающей его среды. Эта простейшая операция отражает два важнейших свойства: обособленность и целостность предмета. Объектом исследования является некий объект, содержимое которого неизвестно.

Взаимодействия со средой

Любая модель состава системы не является полностью изолированной. Она поддерживает с окружающей средой определенные связи. С их помощью происходит взаимное воздействие объекта и условий, в которых он находится. Соответственно, при выстраивании модели «черного ящика» на следующем этапе связи изображаются стрелками и описываются словами. Те, которые направлены в среду, являются выходами. Соответственно, обратные стрелки будут входами.

На этом уровне представления системы исследователь имеет дело с декларативной моделью. То есть выходы и входы определяются по шкале наименований. Как правило, достаточно такого отображения. Однако в ряде случаев необходимо дать количественное описание некоторых либо всех выходов и входов.

Множества

Они задаются для того, чтобы модель «черного ящика» была максимально формализована. В результате исследователь приходит к заданию 2 множеств Y и Х выходных и входных переменных. При этом никакие отношения между ними на данном этапе не фиксируются. В противном случае получится модель прозрачного, а не «черного ящика». Так, для телевизора множеством Х могут являться предельные диапазоны сетевого напряжения и радиоволн трансляции.

Модель «черного ящика»: системный анализ

На заключительном этапе исследуются и отражаются изменения объекта. К примеру, они могут происходить в течение определенного времени. То есть исследователь иллюстрирует состояние объекта в динамике. Описание модели «черного ящика» должно показывать соответствия, во-первых, компонентов множества Х вероятных величин входных параметров и элементов упорядоченного Т-множества временных отрезков. Кроме этого, должно быть отображено аналогичное соотношение для выходных показателей.

Специфика

Ключевым достоинством рассматриваемого объекта выступает его простота. Между тем, она во многих случаях весьма обманчива. Достаточно часто перечисление выходов и входов представляет собой довольно сложную задачу. Если рассмотреть автомобиль как модель типа «черный ящик», то этот вывод подтвердится. при исследовании этого объекта превысит два десятка. При этом перечень параметров будет далеко не полным.

Такая множественность выходов и входов обуславливается неограниченностью вариантов взаимодействия рассматриваемого предмета со средой.

Нюансы

Структурная модель системы применяется в тех случаях, когда нужно иллюстрировать сложный объект, в котором содержится несколько элементов. В простейших ситуациях в ней присутствует набор компонентов. Все они включены в сам объект. В этих случаях применяется понятие «модель состава системы».

Между тем, существует ряд вопросов, которые нельзя решить с ее помощью. В частности, чтобы собрать велосипед, недостаточно наличия ящика со всеми его элементами. Нужно знать, как правильно их соединить друг с другом. Очевидно, что только лишь модель состава системы в этом случае не поможет. Более того, в ряде случаев необходимо установить между компонентами определенные связи. Их характер показывает Она дает возможность решить больше задач. Структурная схема отвечает на вопросы: «Что входит в объект и каковы связи между его элементами?»

Пояснения

Особое значение для человека имеют наглядные визуальные образы. Используемое на практике определение системы не характеризует ее внутреннее устройство. Это позволяет выделить ее из среды. При этом она будет изображаться как модель «черного ящика» - целостный и относительно обособленный предмет. Достигнутая цель представляет собой заранее запланированные изменения в среде, определенные продукты работы объекта, предназначенные для потребления вне его. Другими словами, модель черного ящика устанавливает определенные связи и влияет на внешние условия. Как выше было сказано, они являются выходами.

Вместе с этим система выступает как средство. Поэтому необходимы возможности для ее применения, воздействия на нее. Соответственно, устанавливаются связи из среды в объект - входы. Использование модели «черный ящик» позволяет изучить только взаимодействие предмета и среды. В ней отображаются только входные и выходные параметры. При этом в ней даже отсутствуют границы между средой и объектом (стенки ящика). Они только подразумеваются, считаются существующими.

Модель «черного ящика»: примеры

Как говорилось выше, иногда достаточно словесного содержательного отображения выходов и входов. В этом случае модель черного ящика будет являться их перечнем. Так, для телевизора отображение связей будет следующим:

1. Входы - кабель питания, антенна, элементы настройки и управления.
2. Выходы - экран и динамики.

В других ситуациях может потребоваться количественное отображение связей.

Возьмем другую систему - наручные часы. Следует принять во внимание, что выходы направлены на конкретизацию цели. Соответственно, в качестве одного из них можно зафиксировать показание времени в какой-либо произвольный момент. Далее следует учесть, что выраженная цель относится в целом ко всем часам, а не только к взятым наручным. Для их дифференциации можно внести следующее добавление - удобство ношения на запястье. Оно будет выступать в качестве входа. С этим добавлением возникает необходимость браслета или ремешка. С ним, в свою очередь, появляется обязательность удовлетворения правилам гигиены (выход), поскольку не каждое крепление допустимо на руке. Затем, если представить условия, в которых эксплуатируются часы, можно ввести еще несколько параметров: пылевлагонепроницаемость, прочность. Дополнительно можно применить еще два выхода. Ими будут точность, необходимая в повседневной жизни, а также доступность информации на циферблате для прочтения при беглом взгляде. В процессе исследования можно добавить еще несколько требований к часам. Например, вводятся такие выходы, как соответствие моде, соотношение цены с покупательской способностью потребителя.

Вполне очевидно, что этот перечень можно продолжать. В него допустимо включить требование о прочтении информации с циферблата в темноте. Реализация его приведет к значительному изменению конструкции. В ней могут предусматриваться, например, разные варианты самосвечения, считывания на ощупь, подсветки, подачи сигналов и пр.

Характеристика хозяйствующего общества

Рассмотрим специфику построения модели на примере предприятия. Стоит сразу сказать, что ее создание базируется на выделении из бесконечного множества взаимодействий такого их набора, который адекватно отражал бы цель исследования. Безусловно, такую модель не следует сводить к моносистеме. То есть к такому объекту, у которого есть только по одному входу и выходу.

Модель «черный ящик» рассматривает организацию как систему связей предприятия с окружающей средой. При анализе для обоснования достаточного и необходимого набора параметров множеств выходов и входов широко применяются приемы математической статистики. Зачастую к процессу привлекаются и опытные эксперты.

Что касается отношений компании и окружающей среды, то здесь следует дать несколько пояснений. В первую очередь для ведения производственной деятельности необходим капитал. Он может быть представлен в форме заемных средств или собственных акций фирмы. За счет ликвидных активов предприятие получает возможность задействовать в процессе производственные факторы. Ими, как известно, являются материалы, оборудование и прочие ресурсы, которые преобразуются в готовую продукцию.

Еще одна связь с окружающей средой выражена в процессе сбыта изделий. Реализация продукции дает предприятию средства, которые, в свою очередь, направляются на погашение задолженностей, оплату труда и так далее. На заемные средства начисляются проценты. Они уплачиваются кредитной организации. Кроме этого, компания отчисляет обязательные платежи в бюджет. Вместе с этим, государство предоставляет фирме дотации.

Практическое значение

Зачастую модель «черного ящика» является не только весьма полезной, но и единственно доступной для использования при исследовании. К примеру, при анализе психических процессов в организме человека либо влияния медикаментов на пациента специалисты могут вмешиваться во внутренние процессы только через входы. Соответственно, выводы делаются на основании исследования выходов.

В целом данное положение относится к таким наблюдениям, в результате которых необходимо получить в привычных для нее условиях, в обстановке, где нужно особенно заботиться о том, чтобы процесс измерения оказывал минимальное на нее воздействие.

Применение такого «непрозрачного» объекта обуславливается также тем, что у исследователя нет информации о внутреннем его устройстве. В частности, неизвестно, как устроен электрон. Но установлено, как он взаимодействует с магнитным, гравитационным, электрическим полями. Такая характеристика и есть описание электрона по принципу модели «черного ящика».

Дополнительно

Необходимо отметить еще одно важное явление. Рассматриваемая модель уже структурирована. В ней известно, относится ли связь к категории выходов или входов. Между тем, на начальных этапах исследования и эти сведения могут отсутствовать. Исследователь имеет возможность выделить определенную связь объекта со средой, наблюдать и измерять какой-либо параметр, по которому она характеризуется. Однако при этом не будет достаточно оснований безусловно установить ее направленность.

В таких ситуациях целесообразно исследовать два конкурирующих черных ящика. В одном связь будет рассматриваться как вход, в другом, соответственно, как выход. В качестве примера может выступать исследование процессов, для которых не установлено, какой является следствием, а какой - причиной, или вообще относится ли их связь к категории причинно-следственных.

Критерии выбора

Множественность выходов и входов обуславливается неограниченным количеством взаимодействий между объектом и средой. При выстраивании модели выбирается определенный набор связей, которые будут включены в перечень выходов и входов. В качестве критерия в таком случае выступает целевое назначение объекта, существенность взаимодействия относительно цели.

Соответственно, выбор делается следующим образом. Все, что существенно, включается в модель, а все, что таковым не является, - исключается из нее. Однако именно на этом этапе могут быть допущены ошибки. Тот факт, что в модели не учитывается определенный набор связей, не делает их нереальными. Они в любом случае существуют и действуют вне зависимости от воли исследователя, делающего выбор.

Зачастую оказывается, что представлявшиеся ранее неизвестными или несущественными условия на самом деле очень важны и должны быть учтены. Особое значение данный момент имеет при определении цели системы. При установлении выходов объекта основную задачу приходится дополнять вспомогательными проблемами. Следует подчеркнуть, что исполнения только ключевой цели будет недостаточно. При этом нереализация дополнительных задач может сделать в одних случаях ненужным, в других - опасным - решение основной проблемы.

На данный момент необходимо обратить особое внимание, поскольку на практике зачастую обнаруживается непонимание, незнание либо недооценка значения этого положения. В действительности же оно выступает в качестве одной из центральных идей системологии.

Заключение

Модель непрозрачного считается самой простой в системологии. Между тем, при ее создании зачастую возникают разнообразные сложности. Они обуславливаются главным образом многообразием возможных вариантов установления связей между объектом и средой, в которой он расположен. При использовании модели необходимо учитывать разнообразные факторы, четко определять конечные и дополнительные цели. Исполнение последних зачастую крайне важно для получения запланированных результатов наблюдения.