Впровадження наукових та інформаційних підходів для навчання студентів на кафедрі комп’ютерних технологій

Angular і React. У чому відмінність?
04.12.2019
Використання Web workers для розпаралелювання JavaScript
04.12.2019
Показати всі

Впровадження наукових та інформаційних підходів для навчання студентів на кафедрі комп’ютерних технологій

Традиційні  аналітичні  методи  дослідження  природничих, економічних, фінансових та соціальних систем все частіше наштовхуються на проблеми, що не мають ефективного вирішення в рамках відомих класичних теорій. Класичні підходи були розроблені для опису стійкого світу, якій поволі еволюціонує. По самій своїй суті ці методи і підходи не були призначені для опису та моделювання швидких змін, непередбачуваних стрибків і складних взаємодій окремих складових сучасного розвитку людської цивілізації.

Ще в середині минулого сторіччя в процесі становлення системної наукової  парадигми було усвідомлено, що складні  системи різноманітної природи проявляють  універсальні властивості, дослідження яких вимагає розробки принципово нових моделей і методів, які сформувались у такі міждисциплінарні підходи, як загальна теорія систем, системний аналіз, кібернетика та програмування. Згідно з цими підходами оптимальне функціонування складних систем відбувається за умови, коли система знаходиться в стійкому стані рівноваги. У цьому стані система досягає максимуму своєї ефективності та найбільш продуктивного режиму свого функціонування.

Проте, сучасні міждисциплінарні дослідження свідчать, що визначальною умовою для забезпечення оптимальної поведінки складних систем (фізичних біологічних, екологічних, соціальних, економічних ) є саме наявність нерівноважних (або нестійких) станів. Закони, що визначають поведінку складних адаптивних систем принципово відрізняються від тих, за якими функціонують рівноважні системи і які є основою традиційних класичних методів їх аналізу. Нерівновага дозволяє здійснювати вільний вибір варіантів подальшого розвитку з цілого спектру можливих напрямків. Якщо рівноважний стан є необхідною умовою для стаціонарного існування системи, то нерівноважий стан являє собою момент переходу в точках біфуркації в якісно новий стан, в якому система може здобути як більш високий рівень організації та продуктивності, так і може деградувати та зруйнуватись. Окрім цього було усвідомлено, що складні системи є принципово нелінійними, навіть незначні зміни зовнішніх або внутрішніх параметрів можуть суттєво змінити закон функціонування таких систем.

Останнім часом відбулись суттєві зміни в парадигмі математичного моделювання погодних, соціальних та фінансово-економічних систем. Вони пов’язані з відмовою від так званої „ лінійної парадигми” і переходу до нелінійних моделей. Це пояснюється тим, що нелінійні моделі дозволяють принципово на іншому якісному рівні інтерпретувати весь спектр неочікуваної, на перший погляд, поведінки складних систем, можуть враховувати дуже складні патерни у вхідних даних. У той же час, як тепер добре усвідомлено, лінійний підхід не дозволяє врахувати нерегулярну поведінку, яка може бути притаманна багатьом явищам навколишнього світу.

В останні роки значно зросла увага як науковців, так і фахівців з прикладних наук до пошуку моделей нелінійної поведінки соціальних та фінансово-економічних систем, зокрема, фондових, валютних, товарних ринків тощо. Для аналізу різних типів нелінійностей, які можуть спостерігатися, існує декілька альтернативних підходів. Традиційні моделі є стохастичними. Проте, ті обмеження, які накладаються в процесі побудови моделей, приводять до неадекватного спрощення опису досліджуваних систем. В цьому підході вихідна „складність” і пов’язана з нею специфіка нелінійних процесів — втрачаються.

Альтернативний підхід до аналізу нелінійностей та їхньої складності полягає в застосуванні сучасного міждисциплінарного напрямку, що акцентує увагу на дослідженні властивостей складних систем різноманітної природи та ґрунтується на системно-синергетичних концепціях. На засадах цих концепцій пропонується пояснення нерегулярної поведінки і аномалій в системах, які не є стохастичними, розроблено нові методи дослідження структурних властивостей, динаміки та еволюції складних систем, зокрема, породжуваних ними часових рядів.

Серед різноманітних процесів у складних системах особливе місце займають процеси самоорганізації та фазові переходи від упорядкованого до хаотичного режиму функціонування. Складні системи функціонують у режимі так званої „ динамічної рівноваги”, або існування „ на краю хаосу”. З метою підкреслити особливу роль колективних, кооперативних ефектів в процесах самоорганізації  було введено новий термін „ синергетика” для нового міждисциплінарного напряму  в науці, головне завдання якого полягає у виявленні спільних закономірностей у процесах самоорганізації в системах різноманітної фізичної природи, пошуку ідей та універсальних методів дослідження цих процесів.

Саме моделюванню критичних явищ присвячено декілька спеціальних курсів, які викладаються на кафедрі комп’ютерних технологій.  Серед цих курсів слід відзначити наступні: «Стійкість неперервних та дискретних моделей», «Елементи хаотичної динаміки», «Нелінійний рекурентний аналіз», «Теорія керування», «Синергетичні методи дослідження екологічних та фінансово-економічних систем». В цих курсах значна увага приділена питанням пошуку та конструюванню індикаторів передкризових станів за допомогою мультифрактального та вейвлет аналізу, ентропійних методів та рекурентних діаграм тощо.

Слід відзначити, що без широкого застосування IT- технологій описаний вище науковий підхід до прогнозування процесів оточуючого нас світу вряд чи був би можливий. Тому на кафедрі комп’ютерних технологій читається низка комп’ютерних дисциплін, а саме: «Теорія програмування», «Теорія алгоритмів та мов», «Теорія інтелектуальних систем»,  «Архітектура ЕОМ»,  «WEB-програмування» та інші. Таким чином, відбувається поєднання математичних та комп’ютерних дисциплін, яке дає ґрунтовну підготовку майбутнім фахівцям у царині прикладної математики та  IT- технологій.

 

Василь Белозьоров,

професор кафедри

комп’ютерних технологій

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *