Введение 3
1 Использование методов машинного обучения для решения задач
математического моделирования 5
1.1 Общие сведения О математическом моделировании 5
1.2 Общие сведения О машинном обучении 8
1.3 Метод обучения С подкреплением 9
1.4 Задачи математического моделирования 18
2 Средства языка программирования Python для решения задач методом обучения с подкреплением 23
2.1 Специфика языка Python В машинном обучении 23
2.2 Математические операции В среде Python 25
2.3 Средства языка Python ДЛЯ визуализации результатов математического
моделирования 26
3 Разработка курса «Решение задач математического моделирования методом обучения с подкреплением» 29
3.1 Цели и задачи курса 29
3.2 ОСНОВЫ машинного обучения и математического моделирования. ЯЗЫК
программирования Python 30
3.3 ОСНОВЫ машинного обучения С подкреплением и его методы 36
3.4 Задачи математического моделирования, решаемые методом машинного обучения С подкреплением 39
Заключение 56
Библиографический список 57
Приложение
Математическое моделирование играет немаловажную роль В обучении студентов, изучающих информационные системы. Благодаря ему происходит изучение ОСНОВ программирования, моделирования, формируются навыки аналитического мышления, структурирования, а также практического применения теоретических знаний.
Существует множество методов решения задач математического моделирования, например, аналитические и приближенные - эти методы помогают решить задачу, если ВОЗМОЖНО установить взаимосвязь между ВХОДНЫМИ параметрами. Не менее интересным является метод машинного обучения, который ориентирован на решение поставленной задачи принятием искусственного интеллекта самостоятельных решений, ТО есть иными, ОТЛИЧНЫМИ ОТ традиционных, способами.
В настоящее время машинное обучение широко используется В различных средах человеческой жизни, например, при автоматизации процессов производства, распознавании образов, В робототехнике. Сегодня роботы заменяют человека в образовании, медицине, науке и в других сферах деятельности.
ОДНИМ ИЗ наиболее часто используемых В решении подобных задач ЯЗЫКОМ программирования является ЯЗЫК Python. Он представляет собой интерпретируемый ЯЗЫК программирования ВЫСОКОГО уровня, который ориентирован на облегчение читаемости кода, и, следовательно, повышение производительности разработчика. Сегодня Python широко используется во многих сферах программирования, поскольку ДЛЯ каждой из них создаются библиотеки С открытым ИСХОДНЫМ КОДОМ.
В данной работе предполагается продемонстрировать решение задач математического моделирования методом машинного обучения С подкреплением, а также разработать материалы ДЛЯ элективного курса, позволяющего студентам не ТОЛЬКО получить ознакомительные сведения О данном виде машинного обучения, НО и научиться самостоятельно применять теоретические знания.
Целью данной работы является создание курса ДЛЯ студентов «Решение задач математического моделирования методом обучения С подкреплением».
ОСНОВНЫМИ задачами данной работы ЯВЛЯЮТСЯ:
1. рассмотреть основные задачи математического моделирования, применить алгоритмы машинного обучения С подкреплением К решению данных задач;
2. изучить ВОЗМОЖНОСТИ языка python для реализации машинного обучения С подкреплением;
3. применить знания теории и методики обучения информационным технологиям ДЛЯ создания курса.
Решение задач математического моделирования и их визуализация создается С ПОМОЩЬЮ программного комплекса, состоящего из языка программирования Python, а также его библиотек Gym и Pygame.
Работа СОСТОИТ ИЗ введения, трех глав и заключения.
В первой главе приводится теоретический материал ПО теме: общие сведения О машинном обучении, методе машинного обучения С подкреплением и математическом моделировании.
Во второй главе производится обзор возможностей языка python, а также используемых библиотек данного языка и описание программного комплекса для моделирования.
В третьей главе описывается обучающий курс по теме исследования, направленный ДЛЯ изучения студентами, которые изучают информационные технологии, программирование.
В ходе выполнения ВЫПУСКНОЙ квалификационной работы был разработан курс ДЛЯ студентов, изучающих информационные технологии и математическое моделирование ПО решению задач математического моделирования методом машинного обучения С подкреплением.
Курс может быть использован преподавателями В рамках преподавания машинного обучения, а также самостоятельно студентами, которые желают углубить СВОИ знания В данной сфере.
В ходе разработки курса методом машинного обучения С подкреплением были решены такие задачи математического моделирования, как стабилизация перевернутого маятника, перемещение объекта В небольшом замкнутом пространстве С целью получения награды.
Данный курс способствует формированию базовых знаний и умений, которые касаются решению задач машинного обучения, усовершенствованию навыков программирования и математического моделирования.
