Системний аналіз та теорія прийняття рішень

Сучасні умови ринку праці вимагають від фахівців спеціальності «Комп’ютерні науки» всебічного використання новітніх інформаційних технологій, комп’ютеризованих засобів збору, обробки та видачі необхідної інформації, створення на їх основі сучасного програм¬ного забезпечення (ПЗ) з метою значного підвищення якості та надійності програмного забезпечення, створеного для автоматизації різних напрямків людської діяльності.
Основна увага системного аналізу концентрується на структуруванні проблем і прийнятті багатокритеріальних рішень, як правило – з урахуванням невизначеностей і суб'єктивних факторів (переваг, експертних знань). При такому «структурно-операційному підході» системний аналіз виступає як розвиток і «розширення» дослідження операцій.
Особливе місце в межах дисципліни посідає теорія прийняття рішень, яка вивчає підходи, методи й моделі для вибору найкращої альтернативи серед множини можливих варіантів в умовах визначеності, ризику та невизначеності. Вивчення цієї теорії дає змогу майбутнім фахівцям аналізувати ситуації, виявляти ключові фактори, розробляти та застосовувати алгоритми оптимального вибору, приймати обґрунтовані рішення в різних сферах діяльності — від бізнесу до державного управління.
Теоретичним фундаментом для вивчення дисципліни є вища математика, дискретна математика, теорія ймовірності, ймовірнісні процеси та математична статистика, математичні методи дослідження операцій, теорія алгоритмів тощо. Технічними засобами системного аналізу є сучасна комп’ютерна техніка та інформаційні системи.
Знання, набуті при вивченні цієї дисципліни, використовуються при опануванні таких дисциплін: «Технології комп’ютерного проектування», «Комп’ютерне проектування», «Дизайн інтер’єру та ландшафту», «САПР в машинобудуванні», у дипломному проектуванні, а також у практичній самостійній діяльності здобувача у галузі накопичення, обробки та аналізу даних, представлених у різних формах та структурах, для розробки реальних інформаційних систем підтримки прийняття рішень в державних і приватних виробничих та управлінських структурах.
Програма побудована за вимогами кредитно-модульної системи організації навчального процесу у вищих навчальних закладах, яку рекомендовано Європейською Кредитно-Трансферною Системою (ЄКТС).
Дисципліна викладається протягом шостого семестру третього курсу, складається з лекційних, лабораторних занять та розрахунково-графічної роботи. У відповідності до навчального плану закінчується заліком.
Вивчення дисципліни дозволяє здобувачам оволодіти знаннями в галузі основ системного аналізу, системного аналізу бізнес-процесів об’єктів комп’ютеризації, системного управління складними об’єктами.
Мета вивчення дисципліни: сформувати теоретичні знання та практичні навички, які необхідні для використання системного підходу, його принципів та методів у дослідженні та проектуванні складних організаційно-технічних систем; навчити використовувати інструментарій підтримки прийняття рішень та обчислювальні засоби для вирішення практичних системних задач.
Практичне значення та використання отриманих знань: здобуті знання з системного аналізу та теорії прийняття рішень дозволяють аналізувати й моделювати складні об’єкти, приймати обґрунтовані рішення, розробляти та впроваджувати інформаційні системи підтримки прийняття рішень. Здобувачі можуть застосовувати багатокритеріальні методи вибору, організовувати експертні оцінювання, оптимізувати бізнес-процеси та вирішувати реальні завдання управління в умовах невизначеності.
Предмет дисципліни: проблеми, пов'язані з моделюванням, аналізом, проектуванням і модернізацією цілеспрямованих ергатичних систем (людино-машинні, організаційно-технічні, інформаційні).
Основні задачі дисципліни:
 сформувати практичні навички застосування системної методології для аналізу, моделювання та проектування складних об’єктів, побудови комп'ютерних інформаційних систем (КIС), розв’язування інформаційних проблем в них;
 розвинути навички використання практичних методологій системного аналізу (СА) для логіко-фізичного моделювання та проектування КIС;
 сформувати у здобувачів системне мислення.
Тематика та види навчальних занять
Для денної форми здобуття освіти
Лекційні заняття
Лекція 1. Основні завдання системного аналізу та системного підходу. Передумови появи системного аналізу. Історія виникнення системного аналізу.
Лекція 2. Системний аналіз у розв’язку задач. Головні поняття, мета та проблеми в системному аналізі.
Лекція 3. Методологія системного дослідження. Моделювання в системному аналізі. Методологічні аспекти моделювання із застосуванням системного підходу.
Лекція 4. Структурний системний аналіз: сутність і принципи. CASE-системи: поняття, функціональні можливості і види.
Лекція 5. Методи удосконалення систем. Аналіз процесів функціонування систем та процесів одержання інформації.
Лекція 6. Системний аналіз у життєвому циклі програмного забезпечення: від лінійних до гнучких методологій розробки.
Лекція 7. Підходи до проектування Комп’ютерно-Інформаційних Систем (КІС): від модульного до інтерфейсного дизайну та застосування UML.
Лекція 8. Методи оптимізації в системному аналізі. Лінійне та нелінійне програмування. Методи пошуку оптимальних рішень..
Лекція 9. Мережеві моделі та оптимізація процесів у системному аналізі, мережі Петрі.
Лекція 10. Розвиток системного мислення: інструменти, практики та ментальні моделі.
Лекція 11. Процес ухвалення управлінських рішень: структура, типологія та
методологічні підходи.
Лекція 12. Методи та моделі прийняття рішень. Етапи процесу ухвалення управлінських рішень. Методи генерації та оцінки альтернативних рішень.
Лекція 13. Прийняття рішень в умовах ризику. Сутність прийняття рішень в умовах ризику та невизначеності. Теорія ігор як метод прийняття рішень.
Лекція 14. Метод аналізу ієрархій: загальна характеристика та сфери застосування. Зовнішнє середовище та концепція BANI світу.
Лекція 15. Системний аналіз у складних соціотехнічних та кіберфізичних системах. Цифрові двійники та концепції складності.
Лабораторні роботи
Лабораторна робота №1. Основні елементи мови UML. Створення діаграм варіантів використання (usecase diagram)
Мета роботи: отримання навичок створення UML діаграм, ознайомитися з основними елементами діаграм варіантів використання та навчитися будувати їх.
Лабораторна робота №2. Створення діаграми класів (class diagram)
Мета роботи: розширення знань про елементи UML, присутні на діаграмах класів,
отримання навичок побудови діаграмах класів.
Лабораторна робота №3. Створення діаграм послідовності (sequence diagram)
Мета роботи: вивчення елементів UML, присутніх на діаграмах взаємодій, і їх
розширень, отримання навичок побудови діаграмах взаємодій.
Лабораторна робота №4. Створення діаграми станів (statechart diagram)
Мета роботи: отримання навичок створення UML діаграм станів.
Лабораторна робота №5. Створення діаграми діяльності (activity diagram)
Мета роботи: отримання навичок створення UML діаграм діяльності
Лабораторна робота №6. Створення діаграми компонентів (component diagram)
Мета роботи: вивчення елементів UML, присутніх на діаграмах компонентів і їх розширень, отримання навичок побудови діаграм компонентів.
Лабораторна робота №7. Створення діаграми розгортання (deployment diagram)
Мета роботи: вивчення елементів UML, присутніх на діаграмах розгортання і їх розширень, отримання навичок побудови діаграм розгортання.
Для заочної форми здобуття освіти
Лекційні заняття
Лекція 1. Основні завдання системного аналізу та системного підходу. Передумови появи системного аналізу. Історія виникнення системного аналізу.
Лекція 2. Підходи до проектування Комп’ютерно-Інформаційних Систем (КІС): від модульного до інтерфейсного дизайну та застосування UML.
Лабораторні роботи
Лабораторна робота №1. Основні елементи мови UML. Створення діаграм варіантів використання (usecase diagram)
Мета роботи: отримання навичок створення UML діаграм, ознайомитися з основними елементами діаграм варіантів використання та навчитися будувати їх.
Лабораторна робота №2. Створення діаграми класів (class diagram)
Мета роботи: розширення знань про елементи UML, присутні на діаграмах класів,
отримання навичок побудови діаграмах класів.
Консультації здійснюються впродовж семестру згідно встановленого розкладу.
Індивідуальна робота
Для денної та заочної форми здобуття освіти
Розрахунково-графічна робота
Метою даної РГР є закріплення теоретичних знань і практичних навичок із застосування об’єктно-орієнтованого підходу в системному аналізі. Зокрема, робота передбачає вивчення та використання нотації UML для моделювання основних аспектів обраної інформаційної системи. Завдання полягає у формуванні цілісної картини проєктування, що охоплює визначення ключових користувачів, сценаріїв їхньої взаємодії із системою, розроблення діаграм класів, послідовності, станів, діяльності та архітектурних діаграм, які відображають структуру і поведінку системи.
Обсяг роботи: 10-15 сторінок (без урахування додатків). Кількість розділів – 9. Змістовна послідовність виконання роботи:
1. Аналіз та опис предметної області. На цьому етапі потрібно сформувати загальне уявлення про інформаційну систему, яку належить проєктувати. Спочатку варто стисло описати її призначення та визначити найважливіші функції й потенційних користувачів (ролі), а також окреслити орієнтовну структуру або ключові компоненти системи, наприклад бази даних, інтерфейси чи зовнішні сервіси. Результатом є узагальнений огляд предметної області у текстовому чи табличному форматі (CRC-аналіз або інший), де викладено, як функціонуватиме розглядувана система.
2. Побудова діаграми варіантів використання (Use Case Diagram). На цьому кроці визначаються всі користувачі або зовнішні системи, які взаємодіють із розроблюваною системою, а також формується перелік прецедентів, що відображають функціональні вимоги. Діаграма варіантів використання ілюструє сценарії взаємодії акторів з системою та містить відношення «include», «extend» і «generalization», якщо такі необхідні для коректного відображення логіки процесів.
3. Побудова діаграми класів (Class Diagram). Під час цього етапу виділяються класи (сутності) системи та визначаються їхні атрибути й операції, що формують загальний словник проєкту. Тут також потрібно показати відносини між класами, зокрема асоціації (із зазначенням кратності), а за потреби — агрегації, композиції чи успадкування. Ця діаграма слугує відправною точкою для розуміння статичної структури системи й уточнює взаємозв’язки між ключовими елементами моделі.
4. Побудова діаграм послідовності (Sequence Diagram). На цьому кроці обирають кілька найважливіших сценаріїв функціонування системи та зображують у хронологічному порядку обмін повідомленнями між об’єктами. Діаграма показує, як об’єкти створюються, викликають методи один одного, передають дані й, за потреби, знищуються. Це дає змогу деталізувати динаміку процесів і продемонструвати реальний хід виконання операцій у системі.
5. Побудова діаграм станів (State Diagram). У цьому розділі визначаються найважливіші об’єкти, стан яких змінюється упродовж життєвого циклу, наприклад різні фази існування замовлення в інтернет-магазині чи документів в електронному деканаті. Потрібно описати послідовність можливих станів і переходів між ними, додавши події або дії, що провокують зміну стану, і пояснити логіку таких переходів відповідно до реальних бізнес-процесів.
6. Побудова діаграми діяльності (Activity Diagram). На цьому етапі відображається алгоритм чи послідовність дій у межах певного бізнес-процесу чи підпроцесу, який найчастіше є ключовим для системи (наприклад, обробка замовлення). Діаграма включає дії, переходи між ними, можливі розгалуження за умовами, а також початкові та кінцеві вузли процесу. Це дозволяє проілюструвати логіку виконання операцій і перевірити послідовність кроків у межах одного чи кількох функціональних модулів.
7. Побудова діаграми компонентів (Component Diagram). Цей крок призначений для відображення архітектурної побудови системи у вигляді компонентів (модулів, бібліотек, підсистем, веб-сервісів тощо) та їхніх взаємозв’язків. У діаграмі необхідно вказати, як саме компоненти взаємодіють між собою через інтерфейси та які залежності між ними існують. Така уява про структуру системи допомагає розподілити завдання між розробниками та чітко зрозуміти місце кожного компонента у загальній архітектурі.
8. Побудова діаграми розгортання (Deployment Diagram). На цьому етапі визначаються й описуються апаратні або віртуальні вузли, на яких працюватиме система, зокрема клієнтські станції, сервери, мережеві пристрої та інші елементи інфраструктури. Діаграма демонструє, як компоненти чи інші програмні сутності розміщуються на фізичних або віртуальних вузлах, що дає змогу зрозуміти реальні умови експлуатації та розробити оптимальну модель розгортання.
9. Узагальнення результатів та презентація. На завершення слід інтегрувати всі створені діаграми в єдину пояснювальну записку, забезпечивши кожну схемою та стислим описом її призначення й змісту. Варто висвітлити взаємозв’язки між діаграмами, а також підсумувати, наскільки досягнуто поставлену на початку мету та як виконано всі завдання. Такий узагальнений матеріал демонструє цілісну картину об’єктно-орієнтованого проєктування системи та фіксує результати роботи.
Захист розрахунково-графічної роботи – протягом останнього навчального тижня семестру.
Для заочної форми здобуття освіти
Контрольна робота для здобувачів заочної форми
Завдання для виконання контрольної роботи здобувач отримує на установчій лекції.
Робота містить 3 теоретичних питань та 4 практичних завдання. Обсяг відповіді на кожне теоретичне питання: не менше, ніж 1 сторінки машинописного тексту. Текст відповіді повинен бути виконаний самостійно, а не скопійованим з навчального посібника.
Практичне завдання №1. Створіть діаграму прецедентів для системи управління онлайн-магазином.
Практичне завдання №2. Створіть діаграму класів для системи управління онлайн-магазином.
Практичне завдання №3. Створіть діаграму послідовностей для системи управління онлайн-магазином.
Практичне завдання №4. Створіть діаграму компонентів для системи управління онлайн-магазином.
Термін надання виконаної контрольної роботи на перевірку – не пізніше, ніж за місяць до початку сесії.
Форми контрольних заходів та оцінювання результатів навчання
Для денної форми здобуття освіти
Поточний контроль полягає у виконанні:
1. 7 лабораторних робіт. Повне виконання та захист лабораторних робіт оцінюється у 7 балів за кожну.
2. Написанню двох модульних контрольних робіт. Модульні контрольні роботи складаються з теоретичних завдань та проводяться у письмовій формі. Бездоганне виконання кожної модульної контрольної роботи становить 20 балів.
3. Розрахунково-графічна роботи. Бездоганне виконання оцінюється у 11 балів.
Підсумковий контроль – залік, максимальна оцінка, яку може отримати здобувач – 100 балів, мінімальна оцінка, яка дозволяє отримати “зараховано” – 60 балів.
Для заочної форми здобуття освіти
Поточний контроль полягає у виконанні:
1. 2 лабораторних робіт. Повне виконання та захист лабораторних робіт оцінюється у 10 балів за кожну.
2. Розрахунково-графічна роботи. Бездоганне виконання оцінюється у 20 балів.
3. Контрольної роботи. Бездоганне виконання контрольної роботи оцінюється у 50 балів. При її захисті можна отримати додатково до 10 балів.
Підсумковий контроль – залік, максимальна оцінка, яку може отримати здобувач – 100 балів, мінімальна оцінка, яка дозволяє отримати “зараховано” – 60 балів.