Моделі та методи аналізу об’єктів інформатизації

Мета дисципліни є формування у висококваліфікованих фахівців з кібербезпеки, формування компетентностей щодо математичного моделювання, аналізу стійкості і динамічних систем, сучасного рівня інформаційної та цифрової культури; набуття навичок застосування сучасних інформаційних технологій для аналізу та тестування інформаційних систем, оволодіння  здобувачами основних підходів і принципів побудови моделей та набуття навичок їх застосування для розв’язування задач моделювання, що виникають при розробці інформаційних систем. Формування основних понять та фундаментальних основ комп’ютерного моделювання та інформаційних технологій, а також вироблення відповідних умінь і навичок застосування математичних моделей та методів їх комп’ютерної реалізації для розв’язування прикладних задач.
Задачі дисципліни: використовувати основні поняття, принципи та методи технологій тестування програмних продуктів (ПП); використовувати стандарти якості при створенні ПП; розробляти технології забезпечення якості програмного забезпечення; обирати критерії вибору тестів; використовувати модульне, інтеграційне, системне, регресійне тестування; здійснювати планування тестування, розробку тестових сценаріїв та процедур, аналізувати особливості розробки і генерації тестів, здійснювати автоматизацію тестового циклу; розв’язувати задачі моделювання і дослідження динамічних систем, зокрема, використовувати сучасний математично-комп’ютерний інструментарій; побудова та дослідження сучасних математичних моделей складних динамічних систем засобами математичних та комп’ютерних технологій; засвоєння принципів і методів побудови математичних моделей руху систем різного призначення; оволодіння способами і методами практичного застосування за допомогою комп’ютерних систем;  отримання знань щодо математичних основ аналізу кількісних показників, які застосовуються в кібербезпеці.
 
Основні результати навчання
 
Застосовувати, інтегрувати, розробляти, впроваджувати та удосконалювати сучасні інформаційні технології, науково-технічні методи і моделі (фізичні та математичні), фундаментальні знання в галузі інформаційної безпеки та/або кібербезпеки.  Критично осмислювати проблеми інформаційної безпеки та/або кібербезпеки, у тому числі на міжгалузевому та міжпредметному рівні, зокрема, з використанням інженерно-технічних і математичних наук, а також напрямів технологій створення та використання спеціалізованого програмного забезпечення. Приймати обґрунтовані рішення з організаційно-технічних питань інформаційної безпеки та/або кібербезпеки у складних і непередбачуваних умовах, у тому числі із застосуванням сучасних методів та засобів оптимізації, прогнозування та прийняття рішень. Використовувати методи натурного, фізичного і комп’ютерного моделювання з метою детального вивчення і дослідження процесів, які стосуються інформаційної безпеки та/або кібербезпеки.
 
 
Форми організації освітнього процесу та види навчальних занять

Л – лекційні заняття; ЛЗ – лабораторні заняття; СРЗ – самостійна робота здобувача вищої освіти; К – консультації викладача; КР – курсова робота; МКР – модульна контрольна робота.
 
 
Тематика та види навчальних занять
 
1 тиждень
Л1. Основи теорії моделювання.
ЛЗ1. Інструментарій імітаційного моделювання Simulink (ч.1)
СРЗ, К

2 тиждень
Л2. Основні види моделювання. Формальні методи побудови моделей.
ЛЗ2. Інструментарій імітаційного моделювання Simulink (ч.2)
СРЗ, К., КР початок 1 етапу

3 тиждень
Л3. Ідентифікація в математичному моделюванні.
ЛЗ3. Системи лінійних та нелінійних алгебраїчних рівнянь (ч.1)
СРЗ, К

4 тиждень
Л4. Моделі для оцінювання інформаційної безпеки.
ЛЗ4. Системи лінійних та нелінійних алгебраїчних рівнянь (ч.2)
СРЗ, К., КР початок етапу 2

5 тиждень
Л5. Математичні моделі на основі звичайних диференціальних рівнянь.
ЛЗ5. Основні прийоми підготовки і редагування інформаційних моделей у кібербезпеці (ч.1)
СРЗ, К

6 тиждень
Л6. Математичні моделі на основі диференціальних рівнянь в частинних похідних.
ЛЗ6. Основні прийоми підготовки і редагування інформаційних моделей у кібербезпеці (ч.2)
СРЗ, К.

7 тиждень
Л7. Означення та загальні властивості моделей для систем захисту інформації в кіберпросторі.
ЛЗ7. Прагматичні моделі оцінювання стану інформаційної безпеки.
СРЗ, К, МКР1
 
8 тиждень
Л8. Лінійні динамічні моделі. Фазові портрети багатомірних лінійних систем.
ЛЗ8. Задача моделювання об’єкта ідентифікації і похибок вимірювань (ч.1)
СРЗ, К., КР початок етапу 3

9 тиждень
Л9. Нелінійні динамічні системи та різницеві моделі.
ЛЗ9. Задача моделювання об’єкта ідентифікації і похибок вимірювань (ч.2)
СРЗ, К
 
10 тиждень 
Л10. Ідентифікація нелінійних динамічних систем на основі моделей Вольтери.
ЛЗ10. Побудова стохастичних моделей та дерев ризику-відмов (ч.1)
СРЗ, К.

11 тиждень
Л11. Модифікований інтерполяційний і компенсаційний методи ідентифікації.
ЛЗ11. Побудова стохастичних моделей та дерев ризику-відмов (ч.2)
СРЗ, К
 
12 тиждень
Л12. Моделі розрахункових процесів і управління. Динамічні моделі, P-, Q-, F-, A- схеми. Мережні моделі.
ЛЗ12. Побудова прагматичних моделей для оцінювання стану інформаційної безпеки (ч.1)
СРЗ, К.

13 тиждень
Л13. Моделювання інформаційного забезпечення.
ЛЗ13. Побудова прагматичних моделей для оцінювання стану інформаційної безпеки (ч.2)
СРЗ, К, КР початок етапу 4    

14 тиждень
Л14. Застосування моделей для аналізу і оптимізації систем.
ЛЗ14. Застосування регуляризації для забезпечення завадостійкості оцінок вагових функцій (ч.1)
СРЗ, К. 

15 тиждень
Л15. Робочі моделі і критерії оптимальності робочих моделей.
ЛЗ15. Застосування регуляризації для забезпечення завадостійкості оцінок вагових функцій (ч.2)
СРЗ, К, МКР2

 
Індивідуальна робота
 
Метою КР є: не лише поглиблення, узагальнення і закріплення знань здобувачів вищої освіти з навчальної дисципліни, а і застосування їх при розв’язуванні конкретної задачі і вироблення вміння самостійно працювати з навчальною літературою, використовуючи сучасні інформаційні засоби. Тематика КР розрахована на самостійну творчу роботу здобувачів в основі якої полягає формування чіткого уявлення про основні методи моделювання і можливості системи GPSS для побудови комбінованих моделей (імітаційно-аналітичних) та для генерування послідовності випадкових чисел із заданими законами розподілу, моделювати на ЕОМ псевдовипадкові послідовності із заданою кореляцією і законом розподілу ймовірностей, що імітують випадкові значення параметрів при кожному випробуванні. Від здобувача вимагається самостійний вибір проблеми, її правильного розуміння, аналізу літературних джерел.  
Виконання курсової роботи складається з 4 етапів: 1 етап (2-3 тиждень) − вибір та затвердження теми, попередній огляд наукових джерел, складання плану дослідження; 2 етап (4-7 тиждень) − визначення стратегії дослідження (підходи, методи), підготовка чернетки КР; 3 етап (8-12 тиждень) − отримання відгуку від наукового керівника, виправлення помилок, редагування тексту та підготовка до захисту; 4 етап (13-15 тиждень) − публічний захист: доповідь, відповіді на запитання, дискусія. 
Тематика курсової роботи:
Застосування моделей в інтеграційному і системному тестуванні. Model-in-the-Loop. 
Технологія тестування UniTESK. Контрактні специфікації, часткове завдання автомата тесту. 
Тестування з використанням моделей: тестові покриття по моделям. 
Динамічний аналіз програм. Основні підходи. Використання Valgrind. 
Динамічний аналіз програм: Avalanche, KLEE. 
Тестування з використанням моделей (MBT). Види моделей для MBT. 
Програмування інструментів аналізу систем захисту інформації за допомогою моделювання.
Програмна імплементація моделей розмежування прав доступу.
Побудова ресурсних моделей для оцінювання стану інформаційної безпеки.
Метод навчання нейронних мереж на основі зворотного поширення похибки та його програмування.
Методологія захисту інформації як організація продуктивної діяльності людини.
Моделі у галузі захисту інформації. Модель інформаційної безпеки та кібербезпеки.
Методи захисту інформації від витоку оптичними та акустичними каналами.
Методи й засоби контролю, сигналізації, розмежування доступу на об'єкти інформаційної діяльності.
Моделювання об’єктів засобами програмного забезпечення INVENTOR.
Модель роботи Сall-центру. Системні числові атрибути. Задання функцій розподілу користувачем.
Моделювання термодинамічних процесів 
Моделювання гідродинамічних процесів. 
Моделювання механічних процесів та об’єктів. 
Похибка моделювання. Моделі типових ланок 
Моделювання електротехнічних об’єктів.
Моделі об’єктів із розподіленими параметрами. 
Методи числового диференціювання при цифровому моделюванні об’'єктів.
Цифрове моделювання об’єктів і систем управління.
Способи отримання математичних моделей об’єктів і систем управління.
Планування багатофакторного експерименту при моделювання систем.
Експериментально-статистичний метод моделювання систем.
Аналітичний метод моделювання систем.
Метод навчання нейронних мереж на основі зворотного поширення похибки та його програмування.

Самостійна робота

Самостійна робота становить 120 годин. Розподіл самостійної роботи за видами навчальних робіт: 1) підготовка до лекційних занять – 20 годин; 
2) підготовка до лабораторних занять – 40 година; 
3) підготовка курсової роботи – 30 годин; 
4) підготовка до іспиту – 30 годин.

Процедура оцінювання
 
Система оцінювання рівня навчальних досягнень ґрунтується на принципах ЄКТС та є накопичувальною. Для забезпечення оперативного контролю за успішністю та якістю рівня навчальних досягнень здобувачів вищої освіти дисципліна поділяється на два семестрові модулі. Здобувачі протягом семестру готуються до лекційних та практичних занять. Кожна з двох Модульних контрольних робіт (МКР№1 та МКР№2) складається з теоретичних та практичних частин. Теоретична частина оцінюється в 20 балів, по 5 балів кожне питання рівної складності, та практична частина, яка оцінюється в 10 балів. Загальна оцінка за кожну з модульних робіт може складати 30 балів. Кожний модуль оцінюється у максимально можливі 50 балів.
Семестровий модуль № 1
ЛЗ1 Оцінка за виконання – 5 балів. Термін надання – 2 тиждень.
ЛЗ2 Оцінка за виконання – 5 балів. Термін надання – 4 тиждень.
ЛЗ3 Оцінка за виконання – 5 балів. Термін надання – 6 тиждень.
ЛЗ4 Оцінка за виконання – 5 балів. Термін надання – 7 тиждень.
МК1. Модульна контрольна робота – 30 балів (7 тиждень). Перескладання можливе протягом 9–11 тижнів за розкладом консультацій.
Семестровий модуль № 2
ЛЗ5 Оцінка за виконання – 5 балів. Термін надання – 9 тиждень.
ЛЗ6 Оцінка за виконання – 5 балів. Термін надання – 11 тиждень.
ЛЗ7 Оцінка за виконання – 5 балів. Термін надання – 13 тиждень.
ЛЗ8 Оцінка за виконання – 5 балів. Термін надання – 15 тиждень.
МК2. Модульна контрольна робота – 30 балів (15 тиждень).
Максимальна оцінка за повний обсяг виконаних навчальних елементів дисципліни – 100 балів. Підсумковим контролем є відповідь на екзаменаційний білет, який складається з теоретичної та практичної частин. Максимальна оцінка за правильне виконання теоретичної частини, яка складається з двох питань рівної складності по 30 балів, може складати 60 балів. Максимальна оцінка за правильне виконання практичної частини становить 40 балів. Максимальна оцінка за правильні відповіді на всі питання екзаменаційного білету становить 100 балів.

Умови допуску до підсумкового контролю

До екзамену допускаються здобувачі вищої освіти, які виконали всі види навчальних елементів навчальної дисципліни на не менш, ніж на 60%. Складання/перескладання екзамену організується за встановленим деканатом розкладом.

Політика освітнього процесу

Здобувач зобов’язаний своєчасно та якісно виконувати всі отримані завдання; за необхідністю з метою з’ясування всіх не зрозумілих під час самостійної та індивідуальної роботи питань, відвідувати консультації викладача. Дотримуватись принципів академічної доброчесності. 

Робота, яка виконана після встановлених викладачем термінів, не приймається.

Відсутність здобувача на контрольній роботі або на екзамені відповідає оцінці «0».
 
Курсова робота оцінюється окремо (від 0 до 100 балів). Публічний захист КР є необхідною складовою її виконання.

Під час лекції здійснювати телефонні дзвінки забороняється.