Моделирование процесса обучения с помощью вложенных сетей Петри — КиберПедия 

Типы сооружений для обработки осадков: Септиками называются сооружения, в которых одновременно происходят осветление сточной жидкости...

Адаптации растений и животных к жизни в горах: Большое значение для жизни организмов в горах имеют степень расчленения, крутизна и экспозиционные различия склонов...

Моделирование процесса обучения с помощью вложенных сетей Петри

2019-08-04 174
Моделирование процесса обучения с помощью вложенных сетей Петри 0.00 из 5.00 0 оценок
Заказать работу

 

Вложенные сети Петри (Nested Petri Nets - NPN) - один из современных инструментов моделирования и исследования параллельно работающих систем, обладающих определенной независимостью и собственной активностью. Эти черты делают привлекательным их использование при моделировании учебного процесса, проводимого группой обучаемых как в традиционном учебном процессе, так и при интерактивном компьютерном обучении. В данной работе впервые предлагается двухуровневая модель обучения, состоящая из центральной системы и набора систем-сателлитов, моделирующих индивидуальное поведение учащихся.

Интерактивное, т.е. в значительной мере самостоятельное обучение с использованием современных информационных технологий одно из важнейших направлений совершенствования системы образования, в том числе я в России. Быстрое развитие телекоммуникаций, и в особенности сети Интернет создало технологическую основу для обмена информацией между организациями и отдельными лицами, вне зависимости от их социального статуса, государственной принадлежности, географического положения, и явилось мощным стимулом развития дистанционного образования.

В настоящее время, несмотря на значительные успехи интерактивного обучения, существует немало нерешенных проблем. К ним мы в первую очередь относим разработку инженерных методов создания систем компьютерного обучения как своеобразных информационных систем с использованием современных методологий и технологий разработки, в частности, САSЕ - технологий. Кроме того, актуально создание методов априорной оценки дидактических и эксплуатационных характеристик разрабатываемых обучающих систем. Решение указанных проблем предполагает наличие моделей, адекватно описывающих все стороны процесса обучения - функциональных, информационных, динамических. Для описания динамики процесса обучения были предложены модели, основанные на формализме сетей Петри и на тесно связанной с ним теории цепей Маркова. Однако предложенные ранее модели описывали только взаимодействие отдельного учащегося с обучающей системой. В то же время в современном образовании важную роль играет умение учащихся работать в коллективе, взаимодействовать при выполнении проектов. Один из возможных путей к моделированию процессов коллективной работы учащихся связан, на наш взгляд, с применением сравнительно нового класса сетевых моделей - вложенных сетей Петри.

Данная работа посвящена изложению основных принципов моделирования распределенных систем с помощью указанного формализма. В первой части работы приведены краткие сведения по теории таких сетей. Во второй части предложена простая модель взаимодействия учащегося с обучающей системой и другими учащимися.

Вложенные сети Петри.

Рассмотрим расширение сетей Петри, которое оказывается полезным при моделирования учебного процесса. Речь идет о так называемых вложенных сетях Петри (Nested Petri Nets - NPN).

Появление указанной разновидности сетей Петри связано с желанием исследователей иметь инструмент для адекватного и удобного представления систем со сложной иерархической и мультиагентной структурой.

Вложенные сети Петри представляют собой расширение стандартного формализма сетей Петри, в котором фишки, представляющие локальные ресурсы в позициях системной сети, сами могут быть сложными объектами с сетевой структурой и моделироваться сетями Петри нижнего уровня - их мы будем называть сателлитными сетями.

Структурно такая сеть состоит из системной сети SN и набором сетей-фишек (сателлитов) ЕNi, i= 1,…, n. При этом между некоторыми переходами системной сети, и переходами сетей-фишек может быть установлена связь, разрешающая только их совместное срабатывание. Такие переходы называются помеченными.

Функционирование сетей, входящих в NPN, в значительной мере совпадает с функционированием традиционных сетей Петри. Отличие составляют механизмы синхронизации работы сетей Петри различного уровня. В связи с этим в NPN различают следующие четыре вида шагов срабатывания.

Системно-автономный шаг, который соответствует срабатыванию непомеченного перехода в системной сети;

Сателлитно-автономный шаг, который соответствует срабатыванию непомеченного перехода в сети - фишке ЕNi;

Шаг горизонтальной синхронизации, при котором одновременно срабатывают переходы в сетях - фишках ЕNi, помеченные одинаковыми метками;

Шаг вертикальной синхронизации, при котором одновременно срабатывают переходы в системной сети SN и сетях - фишках ЕNi, имеющие одинаковые метки.

Разумеется, при этом предполагается, что во всех сетях все участвующие в работе переходы являются активными, т.е. в их входных позициях имеются необходимые для срабатывания ресурсы.

Пример вложенной сети Петри рассмотрен ниже.

Модель процесса интерактивного обучения с использованием вложенных сетей Петра.

Проиллюстрируем возможности вложенных сетей Петри для получения модели процесса обучения с подсистемами различного уровня. Рассмотрим модель процесса интерактивного обучения показанная на рис.7. В этой модели каждый обучаемый моделируется одной фишкой, обозначаемой переменной var s: STUDENT, которая соответствует целочисленному коду обучаемого. При этом информация об истории прохождении курса конкретным студентом теряется после того, как процесс обучения завершен. Кроме того, в модели на рис.7 отсутствует возможность дифференцированного оценивания успешности обучения. Также не предусмотрена возможность неудачного завершения курса, поскольку число попыток изучения материала и тестирования не ограничено. И, наконец, нет возможности моделировать взаимодействие учащихся.

 

Подготовка Обучение     Тестирование   Оценивание    Принятие решения

Рис.7. Системная сеть SN - раскрашенная сеть Петри с временным и вероятностным механизмами, моделирующая прохождение учебного курса

 

Функциональность системы можно повысить, если моделировать поведение каждого обучаемого с помощью отдельной сети Петри. Тогда фишка, обозначаемая переменной s, станет сетью ЕNs, где s - код обучаемого, как принято на рис.7.

При этом получится вложенная сеть Петри, которая состоит из системной сети SN (она изображена на рис.7) и набора сателлитных сетей ЕNs, (s=1,2,..). Один из возможных вариантов сети ЕNs представлен на рис.8.

Кратко поясним работу вложенной сети. На рис.8 позиции обозначены буквами qi, i = 1,…,10. Смысл позиций q1,…,q6совпадает со смыслом позиций p11,…,p16на рис.7, остальные позиции относятся к оценке успешности обучения. Переходы t1,t11,…,t17 на обоих рисунках имеют один и тот же смысл. При этом черта над обозначением перехода на рис.8 означает наличие вертикальной синхронизации: одноименные переходы могут сработать только одновременно. Это означает синхронизацию следующих действий:

приход обучаемого в систему (срабатывание перехода t1), создание в системной сети SN сателлитной сети ЕNs, в виде фишки s; в свою очередь, в сателлитной сети переменная s относится к цветовому множеству STUDENT;

выбор учебного модуля и начало процесса обучения срабатывание переходов t11;

завершение процесса обучения и выбор тестов срабатывание переходов t13;

завершение процесса тестирования и переход к оцениванию - срабатывание переходов t14;

принятие решения по результатам тестирования - срабатывание переходов: t15 - изучение дополнительного материала, t16 - завершение изучения модуля, t17 - повторное изучение всего материала.

Кроме описанных событий сеть ЕNs, позволяет оценить количество баллов, набранных учащимся в процессе изучения модуля. Для этого введены дополнительные ресурсы, задаваемые цветовыми множествами:

Color BALL = integer;

Color FAILURE = Вооlеаn;

и соответствующие переменные:

var β: BALL, var γ: FAILURE.

 

Рис.8. Вложенная сеть Еs

 

Переменная β означает количество баллов, набранных учащимся при выполнении модуля. Первоначально в позиции q9 находится 100 баллов, а затем при каждой неудаче маркировка этой позиции уменьшается: при необходимости изучения дополнительного материала - на b1 баллов, а при необходимости повторного изучения всего курса - на b2 баллов. При успешном завершении процесса обучения срабатывает переход t5, и в позицию с передается набранное учащимся количество баллов - число b.

Минимальное число баллов, при котором возможна положительная оценка, составляет b0 баллов. Если текущее значение величины β окажется меньше b0, то процесс обучения признается неудачным, и переменная γ принимает значение true,которое передается в позицию q10 при срабатывании перехода t5. Все остальные переходы при этом оказываются заблокированными.

В рассмотренном примере показана только вертикальная синхронизация, которая заключается в требовании одновременного срабатывания переходов в сетях SN и Еs. Возможно предусмотреть и горизонтальную синхронизацию между сетями Еs, что позволило бы моделировать совместную работу учащихся, например при выполнении коллективного проекта.

Итак, мы видим, что использование вложенных сетей Петри расширяет возможность моделирования обучающих систем и позволяет проводить ранее недоступные исследования.

Разумеется, практическое использование предложенной модели возможно только при наличии соответствующего программного обеспечения, которое в настоящий момент разрабатывается. [13]


Заключение

 

Итогом курсовой работы стали математические модели с использованием сетей Петри, построение динамических моделей на основе сетей Петри, применение сетевых моделей с использованием сетей Петри. Сети Петри являются эффективным инструментом дискретных процессов, в частности, функционирования станочных систем. Разработаны теории моделирования с помощью сетей Петри. В данной работе приведены примеры моделей, программа. Было рассмотрено сетевое планирование как метод управления, основанный на использовании математического аппарата теории графов и системного подхода для отображения и алгоритмизации комплексов взаимосвязанных работ, действий или мероприятий для достижения четко поставленной цели. Информацию по теме можно использовать из Интернета, а информацию по "математической части" в пособиях и учебниках по данной теме.

В ходе курсовой работы была изучена литература по теме (Интернет - источники). Было установлено, что некоторые виды сетей можно реализовать с помощью пакета MATLAB.


Список используемой литературы

 

1. <http://mathmod. narod.ru/> (октябрь, 2008);

2. <http://matlab. exponenta.ru/ml/book1/matlab/index_book. php> (октябрь, 2008);

3. <http://www.rgc. su/material/998/0/index. shtml > (декабрь, 2008);

4. <http://www.vismat.ru/osnovy-tehnologii-imitacionnogo-modelirovaniya/primenenie-setevyh-modeley-dlya-opisaniya-paralle> (ноябрь, 2008);

5. <http://revolution. /mathematics/00003923_0.html> (ноябрь, 2008);

6. <http://orion.netlab. cctpu.edu.ru/TPU/soft/10. htm> (декабрь, 2008);

7. <http://www.miracle.ru/pub/512/512. htm> (декабрь, 2008);

8. <http://orion.netlab. cctpu.edu.ru/TPU/soft/10. htm> (октябрь, 2008);

9. <http://www.netspetri. h17.ru/theor.html> (октябрь, 2008);

10. 10) <http://ru. wikipedia.org/wiki/%D0%A1%D0%B5%D1%82%D0%B8_%D0%9F%D0%B5%D1%82%D1%80%D0%B8> (декабрь, 2008);

11. 11) <http://www.gpss.ru/paper/ryzhikov1/9.html> (октябрь, 2008);

12. <http://www.mipt.ru/nauka/f_228ed/a_3l9ed.html> (декабрь, 2008);

13. <http://lib. krasu.ru/resources. php3? menu1=socvest&menu2=2006-4> (декабрь, 2008).

 


Поделиться с друзьями:

Общие условия выбора системы дренажа: Система дренажа выбирается в зависимости от характера защищаемого...

Организация стока поверхностных вод: Наибольшее количество влаги на земном шаре испаряется с поверхности морей и океанов (88‰)...

Типы оградительных сооружений в морском порту: По расположению оградительных сооружений в плане различают волноломы, обе оконечности...

Адаптации растений и животных к жизни в горах: Большое значение для жизни организмов в горах имеют степень расчленения, крутизна и экспозиционные различия склонов...



© cyberpedia.su 2017-2024 - Не является автором материалов. Исключительное право сохранено за автором текста.
Если вы не хотите, чтобы данный материал был у нас на сайте, перейдите по ссылке: Нарушение авторских прав. Мы поможем в написании вашей работы!

0.03 с.