Информационные системы в экономике

К. В. Балдин, В. Б. Уткин




            ИНФОРМАЦИОННЫЕ СИСТЕМЫ В ЭКОНОМИКЕ


        Учебник

10-е издание, стереотипное

Рекомендовано УМО по образованию в области прикладной информатики в качестве учебника для студентов высших учебных заведений





Москва Издательско-торговая корпорация «Дашков и Ко» 2022

УДК 334
ББК 65.29
      Б20
Рецензенты:
           Кафедра проектирования вычислительных комплексов “МАТИ” — РГТУ им. К. Э. Циолковского
(завкафедрой д. ф.-м. н., профессор В. А. Зотов);
В. И. Бусов — д. э. н., профессор.




       Балдин К. В.
Б20 Информационные системы в экономике: Учебник / К. В. Балдин, В. Б. Уткин. — 10-е изд., стер. — М.: Издательско-торговая корпорация «Дашков и Ко», 2022. — 394 с.
            ISBN 978-5-394-04783-1
            Учебник содержит систематизированное изложение теоретических основ современных информационных технологий в области экономики. Материалы учебника подготовлены авторами на основе лекций, прочитанных ими в течение ряда лет студентам различных форм обучения по дисциплинам: “Проектирование информационных систем”, “Базы данных”, “Имитационное моделирование экономических систем”, “Интеллектуальные информационные системы”, “Информационные технологии” и “Информационная безопасность”.
            В учебнике основное внимание уделено методологическим основам применения средств автоматизации профессиональной деятельности, теории и практике моделирования экономических информационных систем, а также основам построения и использования систем искусственного интеллекта.
            Для студентов высших учебных заведений, а также преподавателей и научных сотрудников, занимающихся решением перечисленных проблем.


                          Подписано в печать 20.09.2021. Формат 60x84 1/16.
     Печать офсетная. Бумага газетная. Печ. л. 24,75. Тираж 100 экз.

Издательско-торговая корпорация «Дашков и К°»
129347, Москва, Ярославское шоссе, д. 142, к. 732
     Тел.: 8 (495) 668-12-30, 8 (499) 182-01-58
    E-mail: sales@dashkov.ru — отдел продаж;

                     office@dashkov.ru — офис; http://www.dashkov.ru

ISBN 978-5-394-04783-1

© Балдин К В., Уткин В. Б., 2011

СОДЕРЖАНИЕ



СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ.....................................7
ВВЕДЕНИЕ..............................................9
1. МЕТОДОЛОГИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ И ПРИМЕНЕНИЯ ИНФОРМАЦИОННЫХ СИСТЕМ В ЭКОНОМИКЕ..........................................12
   1.1. Автоматизированные экономические информационные системы и их элементы.............................12
      1.1.1. Основные понятия и определения..........12
      1.1.2. Классификация автоматизированных информационных систем......................... 15
      1.1.3. Место информационных и расчетных задач в составе программного обеспечения ЭВМ.........25
      1.1.4. Классификация информационных и расчетных задач..............................33
   1.2. Основы проектирования элементов программного обеспечения информационных систем.................36
      1.2.1. Основные требования к информационным, расчетным задачам и их комплексам..............36
      1.2.2. Принципы разработки информационных, расчетных задач и их комплексов................41
      1.2.3. Содержание работ на этапах создания информационных, расчетных задач и их комплексов................................47
      1.2.4. Порядок внедрения информационных, расчетных задач и их комплексов................52
      1.2.5. Порядок использования информационных, расчетных задач и их комплексов в практике работы органа управления........................56
   1.3. Информационное обследование профессиональной деятельности........................................57

3

      1.3.1. Объекты автоматизации в системе организаций..58
      1.3.2. Характеристика подходов к автоматизации управленческой деятельности.......................63
      1.3.3. Порядок проведения информационного обследования управленческой деятельности...........67
      1.3.4. Информационные модели объектов автоматизации ... 70
   1.4. Оперативная постановка задачи.....................73
      1.4.1. Оперативная постановка математической модели.74
      1.4.2. Особенности оперативных постановок информационных, вычислительных задач и их комплексов...................................81
      1.4.3. Оперативное описание информационных и расчетных задач.................................84
   1.5. Информационная безопасность экономических систем.85
      1.5.1. Сравнительный анализ стандартов информационной безопасности.......................86
      1.5.2. Исследование причин нарушений безопасности.105
      1.5.3. Способы и средства защиты информации.......110
      1.5.4. Формальные модели безопасности.............117
      1.5.5. Шифрование — специфический способ защиты информации................................122
      1.5.6. Защита информации от компьютерных вирусов..131
   1.6. CASE-технологии проектирования автоматизированных информационных систем................................147
      1.6.1. Жизненный цикл программного обеспечения информационной системы.............................150
      1.6.2. RAK-технологии прототипного создания приложений................................154
      1.6.3. Структурный метод разработки программного обеспечения......................................159
      1.6.4. Методологии проектирования программного       обеспечения...................176
2. БАЗЫ ДАННЫХ..........................................197
   2.1. Принципы построения и этапы проектирования базы данных..........................................197
      2.1.1. Основные понятия и определения.............197
      2.1.2. Описательная модель предметной области.....205
      2.1.3. Концептуальные модели данных...............215

4

      2.1.4. Реляционная модель данных................226
      2.1.5. Операции реляционной алгебры.............230
   2.2. Нормализация файлов базы данных...............239
      2.2.1. Полная декомпозиция файла................239
      2.2.2. Проблема дублирования информации.........241
      2.2.3. Проблема присоединенных записей..........244
      2.2.4. Функциональная зависимость полей файла...247
      2.2.5. Нормальные формы файла...................250
3. ТЕХНОЛОГИЯ МОДЕЛИРОВАНИЯ ИНФОРМАЦИОННЫХ СИСТЕМ.................................254
   3.1. Методы моделирования систем...................254
      3.1.1. Математическая модель системы............256
      3.1.2. Классификация математических моделей.....258
   3.2. Имитационные модели экономических информационных систем..............................264
      3.2.1. Методологические основы применения метода имитационного моделирования.....................264
      3.2.2. Классификация имитационных моделей.......271
      3.2.3. Структура типовой имитационной модели с календарем событий............................281
   3.3. Технология моделирования случайных факторов...287
      3.3.1. Генерация псевдослучайных чисел..........287
      3.3.2. Моделирование случайных событий..........296
      3.3.3. Моделирование случайных величин..........302
      3.3.4. Моделирование случайных векторов.........311
   3.4. Основы организации имитационного моделирования.318
      3.4.1. Этапы имитационного моделирования........318
      3.4.2. Языки моделирования......................325
4. ОСНОВЫ ПОСТРОЕНИЯ
   И ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНЫХ ИНФОРМАЦИОННЫХ СИСТЕМ..............................330
   4.1. Методологические основы теории искусственного интеллекта.........................................330
      4.1.1. Краткая историческая справка.............330
      4.1.2. Основные понятия и определения теории интеллектуальных информационных       систем....333
      4.1.3. Классификация интеллектуальных информационных систем...........................339
   4.2. Методы представления знаний...................345

5

       4.2.1. Знания и их свойства.......................345
       4.2.2. Классификация методов представления знаний..350
   4.3. Этапы проектирования экспертных систем...........360
       4.3.1. Структура и назначение экспертных систем....360
       4.3.2. Классификация, этапы и средства разработки экспертных систем...................................367
4.4. Основы построения и использования механизмов логического вывода......................................373
      4.4.1. Механизм логического вывода в продукционных системах............................374
       4.4.2. Понятие о механизме логического вывода в сетевых системах..................................378
       4.4.3. Понятие о механизме логического вывода во фреймовых системах..............................380
       4.4.4. Механизм логического вывода в диагностических системах байесовского типа.........................384
ЛИТЕРАТУРА...............................................390

6

          СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ                          
АИВС -    автоматизированные информационно-          
          вычислительные системы                     
АИС    -  автоматизированная информационная система  
АИСС -    автоматизированная информационно-справочная
          система                                    
АСО    -  автоматизированная система обучения        
АСУ    -  автоматизированная система управления      
БД     -  база данных                                
БЗН    -  база знаний                                
БНД    -  банк данных                                
БТМ    -  банки типовых моделей                      
ДСВ    -  дискретные случайные величины              
ДСЧ    -  датчик случайных чисел                     
ИИ    -   искусственный интеллект                    
ИРЗ и К - информационные, расчетные задачи и их      
          комплексы                                  
ИРС    -  информационно-расчетная система            
ММ    -   математическая модель                      
МПО   -   математическое и программное обучение      
НСВ    -  непрерывная случайная величина             
НСД    -  несанкционированный доступ                 
ОПО    -  общее программное обеспечение              
ОППО  -   общее прикладное программное обеспечение   
ОС     -  операционная система                       
ОСПО   -  общее системное программное обеспечение    
ПОИС  -   проблемно-ориентированные имитационные     
          системы                                    
ППП   -   пакеты прикладных программ                 
ПСЧ    -  псевдослучайные числа                      
РБД    -  релякционная база данных                   
РПС    -  разрушающие программные средства           

7

САПР     — системы автоматизации, проектирования
СВ         —  случайная величина
СВТ        —  средства вычислительной техники
СППО       —  специальное прикладное программное обеспечение
СПО        —  специальное программное обеспечение
СППР       —  система поддержки принятия решения
ССПО     — специальное системное программное обеспечение
СУБД       —  система управления базами данных
ТЗ         —  техническое задание
ТП         —  техническое проектирование
ТСВ        —  телевизионная система видеоконтроля
УЗ         —  уязвимость защиты
УМ         —  управляющий модуль
ЭВТ        —  электронно-вычислительная техника
ЭИС        —  экономическая информационная система
ЭС         —  экспертная система
ЯИМ        —  язык имитационного моделирования
ЯОН        —  язык общего назначения

8

ВВЕДЕНИЕ


    Современный этап развития человеческой цивилизации характеризуется переходом к так называемому информационному обществу, в котором в результате процессов информатизации и компьютеризации информационные технологии во всех сферах деятельности играют более важную роль, нежели индустриальные, аграрные и др. Как отмечал академик А. П. Ершов, информатизация — всеобщий неизбежный период развития цивилизации, период освоения информационной картины мира, осознания единства законов функционирования информации в природе и обществе, практического их применения, создания индустрии производства и обработки информации.
    В связи с этим решение проблем рационального использования современных и перспективных методов и средств обработки информации в практической (профессиональной) деятельности людей приобретает первостепенное значение. Это обусловлено рядом причин. Во-первых, таковы актуальные потребности общества, связанные с необходимостью решения все более усложняющихся политических, экономических, военных и других проблем различного масштаба (глобальных, региональных, государственных, национальных и т. п.). Во-вторых, это единственный путь значительного (а в ряде случаев — кардинального) повышения эффективности профессиональной деятельности человека. В-третьих, широкое распространение получили технические и программные средства, позволяющие реализовать новые технологии при приемлемом расходовании ресурсов. Наконец, пользователями этих технологий становится все большее число людей (по

9

некоторым оценкам, к пользователям компьютерных технологий во многих странах может быть отнесено все трудоспособное население).
    Естественно, что такой сложный и многообразный процесс, как информатизация, нуждается в методологическом обосновании, являющемся результатом исследований в рамках научно-технического направления и науки, получивших название “информатика”.
    В широком смысле под информатикой понимается научно-техническое направление, охватывающее все аспекты разработки, проектирования, создания и функционирования систем обработки информации на базе ЭВМ, их применения и воздействия на различные области социальной практики.
    Под информатикой в узком смысле понимается научная дисциплина, изучающая цели, способы и средства автоматизации человеческой деятельности на базе современных средств ЭВТ и связи при решении практических задач, связанных с накоплением, передачей, обработкой и представлением информации.
    Предметом изучения информатики являются информационные технологии, которые реализуются на практике в автоматизированных информационных системах (АИС) различного назначения, выступающих в качестве объекта информатики. Таким образом, АИС позволяют автоматизировать ту или иную сферу профессиональной деятельности людей за счет использования компьютерных средств и технологий. Иными словами, в качестве основных средств (инструмента) автоматизации профессиональной деятельности людей сегодня выступают средства электронно-вычислительной техники и связи.
    В учебнике рассматриваются вопросы автоматизации таких важных видов профессиональной деятельности экономиста, как управленческая и научно-исследовательская. Возможность и необходимость применения именно в этих областях совершенных технических и программных средств, реализующих современные и перспективные математические методы, в том числе с использованием достижений теории искусственного интеллекта, позволяет в ряде случаев говорить об

10

интеллектуализации профессиональной деятельности как важнейшем этапе ее автоматизации.
    Содержание учебника составляют четыре главы. В первой главе изложены методологические основы создания и применения современных компьютерных систем и технологий в экономической практике: основные определения, классификация АИС, требования к специальному программному обеспечению и принципы его разработки, методика проведения информационного обследования объекта автоматизации, основы информационной безопасности экономических систем, современные технологии разработки АИС (в частности, CASE-технологии).
    Вторая глава посвящена вопросам автоматизации информационного обеспечения деятельности должностных лиц и содержит методические основы проектирования и использования баз (банков) данных и современных компьютерных сетей, а также организации процессов обработки данных в базе данных.
    В третьей главе изложены вопросы, связанные с теорией и практикой моделирования сложных экономических систем. Особое внимание уделено имитационным моделям экономических информационных систем и методам учета различных случайных факторов при исследовании эффективности экономических операций.
    Четвертая глава посвящена методическим основам построения и использования в деятельности специалистов систем искусственного интеллекта, прежде всего экспертных систем с различными методами представления знаний. Подробно рассмотрены механизмы логического вывода в продукционных экспертных системах и диагностических экспертных системах байесовского типа.
    Авторы исключительно признательны своим многолетним коллегам по научной и педагогической деятельности В. Ю. Мди-нарадзе и А. Н. Сазановичу, с которыми на различных этапах обсуждались материалы учебника, и своему учителю — вицепрезиденту, главному ученому секретарю Международной инженерной академии, доктору технических наук, профессору А. И. Яковлеву.

11

1.  МЕТОДОЛОГИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ И ПРИМЕНЕНИЯ ИНФОРМАЦИОННЫХ СИСТЕМ
В ЭКОНОМИКЕ

1.1. Автоматизированные экономические информационные системы и их элементы

1.1.1. Основные понятия и определения

   Будучи достаточно сложным процессом, автоматизация любой деятельности человека при решении практических задач должна иметь научное — прежде всего методологическое — обеспечение. Как уже было отмечено во введении, наукой, изучающей наиболее общие закономерности внедрения средств автоматизации (компьютеризации) во все сферы жизни общества и последствия этого, является информатика. В рамках этой научной дисциплины автоматизация профессиональной деятельности определяется как процесс создания, внедрения и использования технических, программных средств и математических методов, освобождающих человека от непосредственного участия в получении, преобразовании и передаче энергии, материалов и (или) информации в профессиональной деятельности. Основные виды автоматизируемой профессиональной деятельности: производственные процессы, проектирование, обучение, научные исследования, управление. Основу автоматизации профессиональной деятельности в современных условиях составляют средства электронно-вычислительной техники (ЭВТ) и связи.


12

    Весьма важными и особенно интересными для широкого круга специалистов в области организационного управления представляются особенности автоматизации управленческой деятельности как процесса создания, внедрения и использования технических, программных средств и математических методов, предназначенных для автоматизированного сбора, хранения, поиска, переработки и передачи информации, используемой при управлении эргатическими системами, в ходе реализации новых информационных технологий управления. Целью автоматизации управленческой деятельности является повышение эффективности управления (качества управленческих решений, оперативности, производительности управленческого труда и т. д.).
    Информатика является одной из отраслей общей (теоретической) информатики и изучает цели, способы и средства автоматизации деятельности должностных лиц на базе ЭВТ при управлении персоналом, разработке новых систем оружия, совершенствовании видов, форм и способов боевых действий, обучении личного состава.
    Как и всякая другая научная дисциплина, информатика имеет свой объект и предмет.
    В качестве объекта информатики выступает автоматизированная информационная система, представляющая собой совокупность технических программных средств и организационных мероприятий, предназначенных для автоматизации информационных процессов в профессиональной деятельности. Основным техническим средством АИС является ЭВМ.
    Объектом информатики является АИС, предназначенная для автоматизации военно-профессиональной деятельности должностных лиц и органов управления.
    Используя термин “информация”, мы, как правило, не задумываемся о том, что такое информация. Надо отметить, что вопрос этот является достаточно сложным (он будет подробнее рассмотрен в подразд. 2.1). До настоящего времени в науке не выработано строгого определения понятия информации. Говоря об информационных процессах в АИС, мы пока

13

будем понимать под информацией некоторую совокупность данных (текстовых, числовых, графических) и связей между ними.
    Под переработкой информации понимаются все возможные информационные процессы, сопровождающие профессиональную деятельность: сбор информации, хранение информации, поиск информации, представление информации на определенном носителе в определенном виде (визуальном, графическом, текстовом, звуковом), получение новой информации (например, в результате проведения расчетов), передача информации по каналам связи различным адресатам и др.
    Автоматизированная информационная система должна рассматриваться как инструмент в руках должностных лиц, реализующих переработку информации в процессе профессиональной деятельности. Можно сказать, что наличие этого инструмента фактически определяет новую технологию осуществления профессиональной деятельности.
    Понятие “технология” означает комплекс знаний о способах, приемах труда, наборах материально-технических факторов, способах их соединения для создания какого-либо продукта или услуги. Применительно к промышленному производству используется понятие “производственная индустриальная технология”.
    Применение понятия “технология” к информационным процессам привело к возникновению понятия “ информационная технология” — совокупность знаний о способах автоматизированной переработки информации с использованием ЭВМ для автоматизации управленческой деятельности.
    Создание новых информационных технологий и внедрение их в профессиональную деятельность является одной из основных задач информатики. Именно поэтому в качестве предмета информатики целесообразно рассматривать информационные технологии, определяющие рациональные способы разработки и применения АИС.
    Каждая АИС обеспечивает реализацию некоторой информационной технологии переработки информации в процессе 14