Реферат за темою випускної роботи
Зміст h2>
- Вступ
- 1. Опис предметної області
- 2. Актуальність завдання
- 3. Теоретична частина реалізації
- 3.1 Основні поняття «Теорії графів»
- 3.2 Способи завдання графів
- 3.3 Основні вимоги до практичних завдань
- 4. Заплановані практичні результати
- Висновки
- Список джерел
Вступ
Найважливішою властивістю інформаційної моделі або керуючої системи є її структура, або, кажучи математичною мовою, сукупність бінарних відносин на наборах елементарних одиниць даних і дій. Ці структури даних і структури дій є єдиними іпостасями програм і оброблюваної ними інформації, в яких вони можуть існувати в уяві програміста та в утробі комп'ютера.
Минуле століття було свідком неухильного розвитку теорії графів, яка за останні десять - двадцять років вступила в новий період інтенсивних розробок. У цьому процесі явно помітно вплив запитів нових областей: теорії ігор і програмування, теорії передачі повідомлень, електричних мереж і контактних ланцюгів, а також проблем психології та біології.[ 1 ]
Опис предметної області
Теорія графів має велике значення в сучасному математичному та комп'ютерному світах, що робить важливим поліпшення якості підготовки фахівців в технічних областях. Також графи широко використовуються в інших сферах наукової діяльності, наприклад, психологи людей представляють вершинами, а ребра - це їх відносини один з одним. Такими відносинами є, наприклад, любов, ненависть, спілкування, підпорядкування. Фізики - теоретики для «внутрішніх» потреб своєї науки «відкривали» теорію графів не один раз. Займаючись статистичної механікою, Уленбек позначав крапками (вершинами) молекули, а сусідство вершин тлумачив як взаємодія найбільшої близькості (сусідства) деякого фізичного типу, наприклад магнітне тяжіння або відштовхування. У подібній інтерпретації вершинами служать малі куби, що лежать в евклідовому просторі, кожен куб може бути зайнятий чи ні молекулою. Дві вершини вважаються суміжними, якщо обидва відповідних куба зайняті молекулами. Інший аспект використання теорії графів у фізиці - як образотворчий засіб. Вчення про ланцюги Маркова в теорії ймовірностей пов'язано з орієнтованими графами в тому сенсі, що події представляються вершинами в іншу, вказує на те, що ймовірність прямого переходу від однієї події до іншої позитивна. Подібна інтерпретація орієнтованих графів виникає в розділах чисельного аналізу, присвячених зверненню матриць і обчисленню власних значень.
Теоретико-графовий підхід використовується також у швидко розвиваючихся розділах лінійного програмування і дослідження операцій при вивченні потоків у мережах. [ 2-3 ]
Актуальність завдання
Педагогічний досвід показує, що не можна на практичних заняттях обмежуватися виробленням тільки практичних навичок і умінь вирішення завдань, побудови графіків і т.п. Учні повинні завжди бачити провідну ідею курсу та його зв'язок з практикою. Мета занять повинна бути зрозуміла не тільки викладачеві, але й студентам. Це надає навчальній роботі актуальність, стверджує необхідність оволодіння досвідом професійної діяльності, пов'язує її з практикою життя. У таких умовах завдання викладача полягає в тому, щоб більше показувати учням практичну значимість провідних наукових ідей і принципових наукових концепцій і положень.
Об'єкт дослідження : інтелектуальні методи автоматичної генерації графів.
Предмет дослідження : практичні завдання з навчального курсу «Теорія графів».
Теоретична частина реалізації
Для того, щоб реалізувати автоматичний генератор практичних завдань з курсу «Теорія графів», необхідно вивчити будову навчального матеріалу, зміст основних розділів і виділити навички та вміння, яким повинен навчитися студент після кожного розділу.
Основні поняття «Теорії графів»
Нехай є деяка безліч V ≠ ∅ і нехай V - невпорядкована безліч всіх його двоелементною підмножин (V (2) = {(u, v): u, v ∈ V, невпорядкована пара}). Тоді, неорієнтованим графом G називається пара множин (V, E), де E ∈ V. Позначається: G = (V, E).
Безліч V називається множиною вершин графа, а безліч Е - множиною ребер графа. p> [ 4 ]
Число | V | вершин графа G називається його порядком. Якщо | V | = p, а | E | = q, то граф G = (V, E) називають p-графом, або (p, q)-графом, або Gp, q. Цей граф зображений на рис. 3.1.

Рисунок 1 - Граф Gp, q
Дві вершини графа називаються суміжними, якщо вони з'єднані ребром.
Два ребра графа називаються суміжними, якщо вони мають спільну вершину.
Позначимо ребро графа: e = (u, v), де u і v - кінцеві вершини ребра. Ребро e інцидентне вершині v, якщо вершина v є однією з кінцевих вершин ребра e.
Зауважимо, що сусідство є ставлення між однорідними елементами графа, тоді як інцидентність є відношенням між різнорідними елементами. p>
Якщо безліч V кінцева, те граф називають кінцевим. [ 6 ]
Способи завдання графів
Існують наступні основні способи завдання графів:
- Перерахування множин V (вершин) і E (ребер), які задають граф: G = (V, E);
- Графічний (безліч вершин V - це безліч точок площини, безліч ребер Е - безліч відрізків прямої на площині);
- Матричні способи опису.

Рисунок 2(анiмація - 81 кадрiв, 10 повторень) - Відображенния змiни вимог до графів для кожного розділу
Основні вимоги до практичних завдань
Виходячи із завдань до лабораторних, до генерованого графу сформуємо певні вимоги, для кожної окремої теми свої вимоги і занесемо їх у таблицю. Знак «+» позначає, що для цієї лабораторної роботи ця вимога обов'язкова, знак «-» позначає, це вимога не повинна бути присутня для графа теми, а знак «- \ +» позначає, що вимога необов'язкова.
Вимоги до графа | Лабораторна робота № 1 | Лабораторна робота № 2 | Лабораторна робота № 3 | Лабораторна робота № 4 |
Кількість вершин | 12-15 | 12-15 | 12-15 | 12-15 |
Кількість ребер | Не менше 20-ти | Не менше 20-ти | Не менше 20-ти | Не менше 20-ти |
Цикли | - \ + | - \ + | - \ + | + |
Петлі | - | - | + | + |
Замкнутий граф | - | + | - | - \ + |
Всі характеристики і рекомендації засновані на особливостях кожного розділу курсу «Теорії графів» і підібрані так, щоб студент першого (другого) курсу зміг виконати лабораторні і в той же час завдання не будуть надто легкими, тобто студент зможе застосувати всі навички з цієї теми і навчитися використовувати творчий підхід до всіх завдань у майбутньому.
Заплановані практичні результати
На сьогоднішній день існує декілька алгоритмів генерації випадкових графів за допомогою технологій і методів штучного інтелекту, наприклад, за допомогою генетичних алгоритмів. Але детального опису в джерелах масового доступу на даний момент немає. [ 9-11 ]
Своє дослідження і розробки в напрямку автоматичної генерації графів я планую таким чином:
1. Для кожного розділу дисципліни «Теорія графів» дослідити матриці суміжності та інцедентності
2. Виявити і зафіксувати для кожної матриці закономірність
3. На основі цих закономірностей розробити алгоритм генерації графів для кожного розділу
4. Проаналізувавши властивості матриць суміжності і інцедентності, створити можливість генерації універсального графу - графу, який відповідатиме вимогам відразу до декількох розділів «Теорії графів»
5. Після оптимізації всіх алгоритмів, розробити програму, яка дає можливість студенту чи викладачу згенерувати необхідний йому граф, який буде відображатися у вигляді матриць суміжності та інцедентності. Генерація відбуватиметься індивідуально, залежно від прізвища та імені студента, які він буде вводити у відповідні поля. При повторному введенні цих даних буде генеруватися такий же граф, як і при першому введенні.
Взагалі, проблема генерації графів відіграє важливу роль не тільки як розробка завдань для практичної частини курсу, але також значення для інших наук. Наприклад:
- У хімії (для опису структур, шляхів складних реакцій, правило фаз також може бути інтерпретоване як задача теорії графів);
- В інформатиці і програмуванні (граф-схема алгоритму);
- У комунікаційних і транспортних системах. Зокрема, для маршрутизації даних в Інтернеті;
- В економіці;
- У логістиці.
Також не обходяться такі напрямки без теорії графів як: проектування мікросхем - дуже багато теорії графів - найпростіший приклад - розводка планарних графів; теорія кодування інформації - оптимальні коди; календарне планування виробничих процесів і, зокрема, мережеве планування; побудова та аналіз моделей бізнес-процесів; в розрахунках складних мереж масового обслуговування (теорія телетрафіка - мереж передачі інформації і транспортних мереж); аналізі продуктових потоків (в економіці та біології); проектуванні та аналізі мов програмування.
Для кожного розділу курсу необхідний свій алгоритм генерації, так як окремо взятий розділ вимагає певних навичок для виконання лабораторних, і з цього виходить кожен алгоритм генерації графів.
Створення суворо індивідуальних варіантів в лабораторних виключає списування і примушує студентів до самостійної роботи. Тим самим збільшується відсоток засвоєння матеріалу серед групи, оскільки кожному доведеться розібратися в матеріалі перш ніж приступати до виконання завдань.
Я припускаю, що необхідно як ідентифікатор використовувати ПІБ студента, тобто номер кожної букви ПІБ означатиме кількість вершин і ребер в допустимих інтервалах і закономірність розташування ребер у графі.
Висновки
У результаті дослідження на тему «Розробка та дослідження методів автоматичної генерації практичних завдань з навчального курсу «Теорія графів» я з'ясувала, що цей курс дуже важливий для технічних спеціальностей (і не тільки для технічних), так як теорія графів дуже широко застосовується в різних областях, таких як програмування, проектування, фізика, хімія та ін. Також сам процес вивчення цього курсу сприяє розвитку логічного і абстрактного мислення, і вчить нестандартному підходу до вирішення різних завдань.
В даний час загальноприйнятого алгоритму генерації випадкового графа не існує. Тому я вважаю актуальним продумати такий алгоритм. Для кожного окремого розділу курсу потрібен свій алгоритм генерації, так як окремо взятий розділ вимагає певних навичок для виконання лабораторних, і з цього виходить кожен алгоритм генерації графів.
Якщо вважати, що продуктом діяльності будь-якого вузу є освіта, отримана студентами, то виробничою діяльністю слід визнати навчальний процес. Таким чином автоматизація навчального процесу ВНЗ є основним завданням, що стоїть перед сучасними навчальними закладами.
Магістерська робота присвячена актуальній задачі автоматичної генерації графів. У рамках проведених досліджень виконано:
- Структуризація основних розділів теорії графів.
- На підставі аналізу особливостей кожного розділу сформовані основні вимоги для практичних завдань.
- Розроблено покроковий план реалізації алгоритму генерації графів.
- Розглянуто можливості комплексної автоматизації розробленого підходу до генерації графів, оцінені вимоги до програмного забезпечення, виконан пошук функціонально подібних програмних продуктів генерації графів.
Подальші дослідження спрямовані на наступні аспекти:
- Якісне вдосконалення запропонованого підходу до генерації практичних завдань з курсу «Теорія графів».
- Визначення меж ефективності різних алгоритмів генерації графів.
- Розробка кроссплатформенної і функціональної системи автоматизованої генерації практичних завдань.
При написанні даного реферату магістерська робота ще не завершена. Остаточне завершення: грудень 2013 року. Повний текст роботи та матеріали по темі можуть бути отримані у автора або його керівника після зазначеної дати.
Список джерел
- Уилсон. Р. Введение в теорию графов / Г.П. Гаврилов. – Москва: Мир, 1957. – 450 с.
- Оре. А. Теория графов / А. Оре. – Москва: Наука, 1980. – 348 с.
- Берж. К. Теория графов и ее применение / К. Берж. – Москва: Иностранная литература, 1962. – 432 с.
- Андреев. В.В. Информационная система управления вузом / В.В. Андреев. – Рязань: Полиграфия, 2010. – 282 с.
- Харари. Ф. Теория графов / Ф. Харари. – Москва: Мир, 1973. – 380 с.
- Евстигнеев. В.А. Применение теории графов в программировании / В.А. Евстигнеев. – Москва: Наука, 1980. – 355 с.
- Информационные технологии в учебном процессе: сб. наук. пр. / сост.: М.И. Жолдак и др..; Юго-укр. гос. пед. ун-т им. К.Д. Ушинского. – Одесса: Астропринт, 2007. – 167 с.
- Щеголов. В.И. Этническое в психологическом поле студента: монография / В.И. Щеголов. – СПб.: Астерион, 2004. – 91 с.
- Исаенко А.А. Электронные научно-информационные ресурсы / А.А. Исаенко / / Документоведение: материалы IV Междунар. научно-практической. конф. – Киев, 2007. – С. 179-180.
- Гордукалова. Г.Ф. Информационный мониторинг / Г.Ф. Гордукалова, В.А. Минкина / / Стратегическое использование информационных систем: материалы Междунар. семинара. – СПб., 1992. – С. 52-54
- Дайнеко В. Интеллектуальные продукты / В.Г. Дайнеко / / Вестн. Воронеж. гос. техн. ун-та. Ср. Гуманитарные науки. – 2005. – Вып. 94. – С. 19-20.
- Simon. Н.А.Information-processingmodelsofcognition / / J. Amer. Soc. InformationScience. Sept. 1981. – 208 p.
- Линдсей П., Норман Д. Переработка информации у человека / Под ред. А.Р. Лурия. Москва: Мир, 1974. – 345 с.
- Грунский И.С. Об алгебре языков, представимых графами с отмеченными вершинами / И.С. Грунский, Е.А. Пряничникова // Труды Ин-та прикл. математики и механики НАН Украины. – 2009. – т.18. – С. 37-46.
- Пряничникова Е.А. Характеризация языков, представимых в графах с отмеченными вершинами / Е.А. Пряничникова // Труды Ин-та прикл. математики и механики НАН Украины. – 2010. – т.19. – С. 37-46.