ПРОГНОЗИРОВАНИЕ СТРУКТУРЫ ПРЕПОДАВАТЕЛЬСКОГО СОСТАВА КАФЕДРЫ

Повышение качества математического образования в классическом университете и, в особенности, специальности «Прикладная математика» требует изучить структуру преподавательского состава и сделать ее оптимальной с точки зрения перспектив квалификации преподавателей. Построим математическую модель, основанную на теории вероятностей и статистике [1,2].
Штат преподавателей поделим на три категории: профессора, доценты, ассистенты. Центральное место среди количественных хаpaктеристик данной задачи занимают числа людей в каждом классе на данный момент времени; их мы называем запасы.
Обозначим запас людей в классе i в момент времени T. Объёмы запасов могут меняться в любое время, однако в данном случае при изучении учебного процесса наибольшее число изменений происходит в конце академического года или в начале следующего учебного года. Поэтому допустим, что интервал между изменениями составляет один год. T выражается в годах и является целым числом.
Размеры запасов изменяются за счёт наличия потоков, направленных как в систему, так и из системы (набор и увольнение), а также за счет внутренних перемещений при переходе сотрудников в класс с более высокой квалификацией. В результате соотношение между запасами и потоками записывается следующим образом
(1)
где число оставшихся в классе j сотрудников составляет
Потоки вызывают изменения в запасах, поэтому нужно сделать допущения относительно перемещений.
При построении математической модели прежде всего ставится цель отразить хаpaктеристики реальной системы, которую эта модель представляет. На первом этапе необходимо обратиться к данным о поведении рассматриваемой системы, чтобы изучить возможность введения оправданных допущений. Прежде чем делать научные прогнозы, нужно установить закономерности, имевшие место в прошлом, сделать дополнительные допущения о том, что эти закономерности сохранятся в будущем. Дальнейшее продвижение в решении задачи возможно после статистического исследования данных по запасам и потокам за прошлые годы.
Рассмотрим потоки, хаpaктеризующие повышение в должности. Они управляются некоторой совокупностью факторов, которые варьируются от одного вида найма к другому. Иногда количество повышений связано с числом образующихся вакансий. В других случаях повышения происходят автоматически по достижению преподавателем определённого вида квалификации. Эта возможность ближе к действительности, возьмём её за основу при установлении соотношения между потоками и запасами. Это соотношение оказывается простой пропорциональной зависимостью, поскольку отношения являются постоянными.
Будем прогнозировать размеры запасов исходя из пропорциональности между и (числа людей, перешедших в класс j ко времени T+1 и запаса людей ). Для кафедры высшей и прикладной математики Пензенского государственного университета отношение колeблется от 0,047 до 0, 071.
Рассмотрим модель как детерминированную. В действительности отношения могут не зависеть от T систематическим образом, тем не менее они будут меняться. Эти изменения могут быть весьма значительными при малых потоках . В нашем случае = 42 человека и уход из системы отдельных лиц становится непредсказуемым событием. Модель должна включать в себя не только регулярные явления, наблюдаемые в коллективе, но и неопределённости поведения индивидуумов. В связи с этим воспользуемся методами теории вероятностей. Допустим, что перемещения происходят независимо и что индивидуум в классе i хаpaктеризуется вероятностью pij перехода в класс j в течение года. Пусть вероятность его ухода составляет , тогда , очевидно,
(2)
поскольку индивидуум должен остаться в своём классе, переместиться в другой класс или выбыть совсем. При этом допущении число лиц, переходящих из класса i в класс j за год, будет случайной величиной с биномиальным распределением при заданном начальном запасе . Ожидаемый поток будет равен . Это соответствует допущению эмпирического хаpaктера относительно того, что потоки пропорциональны запасам.
Рассмотрим вопрос о наборе преподавателей на кафедру. Его удобнее рассмотреть с двух позиций. Первая - общее число набираемых в систему, вторая - способ распределения этих лиц по классам. В организации, общее число сотрудников которой фиксировано, общее число вновь нанимаемых должно быть равно общему числу выбывающих, то есть должно выполняться уравнение
(3)
Распределение нанимаемых лиц по классам вполне фиксировано, поскольку оно определяется потребностями организации. Допустим, что доля ri от общего числа нанимаемых на работу в системе зарезервирована для класса причём
Собирая все допущения, получаем, что модель хаpaктеризуется:
1) матрицей вероятностей переходов, управляющей перемещениями в системе
2) вектором вероятностей ухода связанным с pij уравнением (2);
3) вектором определяющим распределение нанимаемых по классам;
4) ограничением
В соответствии с моделью контингент преподавателей следующего года есть случайная величина. Поэтому значения запасов не могут быть предсказаны точно. В этих условиях используются ожидаемые значения случайной величины в качестве прогноза. Можно снабдить такое предсказание стандартной ошибкой, с помощью чего и задаётся статистический хаpaктер модели.
Определим математические ожидания в обеих частях уравнения (1) для запасов за год T. Известно, что
где черта означает математическое ожидание. Набор в класс j, можно записать как , так что необходимо найти математическое ожидание для , имеем
и из формулы (3)
Подставим всё это в формулу (1), получим
(4)
В матричной форме эти уравнения могут быть записаны в виде
(5)
Таким образом, если параметры модели известны, то запас следующего года T+1 может быть найден по запасу текущего года T путём простого перемножения матриц. Прогноз на следующий год можно использовать в качестве основания для прогноза ещё на один год вперёд, если взять
(6)
Матрица Q относится к особому классу матриц, называемых стохастическими, и представляет все возможные переходы от одного класса к другому. Она имеет неотрицательные элементы и суммы всех элементов каждой из строк равны единице. Подобные матрицы играют основную роль в теории Марковских цепей и можно применить эту теорию для исследования поведения модели.
Первый вопрос, который был поставлен относительно структуры преподавательского состава кафедры высшей и прикладной математики, состоит в том, имеется ли тенденция к продолжению роста квалификации преподавателей в рамках системы.
Допустим, что начальные запасы и величины параметров таковы:
- запасы;
- вектор ухода;
- вектор распределения по квалификации;
Вид матрицы P вполне типичен. Нули ниже диагонали означают, что движение из более высоких классов в более низкие отсутствует.
Построим матрицу : .
В нашем случае
.
Подсчет запаса в следующем году показывает: .
Если получить структуру классов на 5 или 10 лет вперёд, то выкладки показывают, что система приобретает признаки перегруженности высоких классов. Такое поведение зависит от системы P. Необходимо знать меру того, насколько всё может стать нeблагополучным. В математических терминах это означает - каково предельное состояние при ?
После T лет
(7)
В теории марковских цепей показывается при весьма общих условиях, которые будут выполняться в любой разумной постановке задачи о кадрах, что
(8)
где стохастическая матрица с одинаковыми строками.
Если через q обозначить общую строку этой матрицы, то устремляя T к бесконечности в формуле (7), получаем
(9)
где N - общий (фиксированный) размер системы. Следовательно, имеется предельная структура, которая не зависит от начальной структуры. Простейший способ подсчёта q связан с тем, что предельная структура должна удовлетворять условию
(10)
Эта система уравнений является вырожденной, однако если опустить одно из уравнений и использовать тот факт, что
то уравнения можно решить.
В применении к кафедре ВиПМ система имеет вид:
Решая эту систему, получаем Учитывая, что на кафедре работает 42 преподавателя, получаем предельную структуру: 4 ассистента, 11 доцентов и 27 докторов наук.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ:
- Barthlomew D.J. (1973). Stochastic models for social processes, 2nd, edn. Wiley; New York.
- Гмурман В.Е. Теория вероятностей и математическая статистика. М. «Высшая школа», 1999, 479с.
Статья в формате PDF
262 KB...
31 10 2026 13:43:26
Статья в формате PDF
270 KB...
30 10 2026 11:17:39
Плацентарную щелочную фосфатазу (ПЩФ) относят к белкам, ассоциированным с беременностью и опухолевым ростом. ПЩФ образуется в плаценте и фетальных тканях, в крови беременных женщин выявляется с 10–14 недель в количестве от 1,0 до 40,0 Ед/л, сохраняясь в кровотоке после родов в течение 10–14 дней.
ПЩФ является маркёром герминогенных опухолей, обнаруживается в биологических жидкостях, эпителиальных клетках, фибробластах стромы и эндотелии новообразующихся сосудов опухолевой ткани при paке лёгкого и других органов, что следует учитывать при назначении лечения.
...
29 10 2026 10:41:27
Статья в формате PDF
121 KB...
27 10 2026 21:11:33
Статья в формате PDF
178 KB...
26 10 2026 21:27:36
Статья в формате PDF
268 KB...
25 10 2026 12:15:11
Статья в формате PDF
115 KB...
24 10 2026 13:31:54
Обсуждены методика и некоторые результаты моделирования вероятных конфигураций межфазных границ на поверхности композиционных материалов, полученные методом итерации треугольных генераторов на определенных сетках Кеплера-Шубникова.
...
23 10 2026 7:56:53
Статья в формате PDF
344 KB...
22 10 2026 17:26:15
На основе введённых функций состояния для электромагнитного поля и зарядовой функции состояния для частиц выведена полная система уравнений Максвелла для электродинамики. Показано, что закон сохранения зарядов есть следствие существования этой функции. Показано также, что в вакууме электромагнитное поле отсутствует, что подтверждает справедливость теории дальнодействия.
...
21 10 2026 10:40:35
Статья в формате PDF
127 KB...
19 10 2026 14:50:49
Статья в формате PDF
119 KB...
18 10 2026 4:17:14
Статья в формате PDF
113 KB...
17 10 2026 23:36:38
16 10 2026 17:29:53
Цитомедины – это биологически активные соединения, продуцируемые органами и тканями, способные влиять на течение физиологических и биохимических процессов в организме для поддержания гомеостаза. Экспериментально выявлено, что пептиды (цитомедины), выделенные из тканей печени и сердца животных, влияют на адгезивные свойства клеток крови – увеличивают количество лейкоцитарно-эритроцитарных (ЛЭА), тромбоцитарнo-эритроцитарных (ТЭА) и лимфоцитарно-тромбоцитарных (ЛТА) агрегатов. Феномен лимфоцитарно-тромбоцитарной адгезии является ярким примером тесной взаимосвязи иммунитета и гемостаза, являющихся составными частями единой интегральной клеточно-гумopaльной системы защиты организма.
...
15 10 2026 10:31:27
Статья в формате PDF
112 KB...
13 10 2026 2:25:59
В статье изложены результаты исследования психофизиологии зрительного восприятия детей 5,5–6,5-летнего возраста с общим нарушением речи III степени. При изучении структуры зрительных вызванных потенциалов у детей с нарушением речи было показано значительное повышение латентных периодов ранних компонентов. Предположительно, у детей с общим нарушением речи происходит только грубая интегративная оценка зрительного стимула: с сетчатки стимулы передаются через магноцеллюлярную систему, а парвоцеллюлярная система остается функционально незрелой.
...
10 10 2026 19:21:32
Статья в формате PDF
124 KB...
09 10 2026 14:29:24
Статья в формате PDF
104 KB...
08 10 2026 13:29:10
Статья в формате PDF
303 KB...
06 10 2026 15:24:35
Статья в формате PDF
258 KB...
05 10 2026 5:34:17
Статья в формате PDF
577 KB...
04 10 2026 17:28:22
Статья в формате PDF
131 KB...
03 10 2026 16:53:52
Статья в формате PDF
104 KB...
02 10 2026 15:44:23
Статья в формате PDF
122 KB...
01 10 2026 23:37:46
Статья в формате PDF
120 KB...
30 09 2026 6:52:43
29 09 2026 13:47:31
Статья в формате PDF
275 KB...
28 09 2026 9:16:20
Статья в формате PDF
110 KB...
27 09 2026 2:18:40
Статья в формате PDF
312 KB...
26 09 2026 11:23:52
25 09 2026 6:43:25
Статья в формате PDF
116 KB...
24 09 2026 7:52:45
22 09 2026 22:50:16
Еще:
Поддержать себя -1 :: Поддержать себя -2 :: Поддержать себя -3 :: Поддержать себя -4 :: Поддержать себя -5 :: Поддержать себя -6 :: Поддержать себя -7 :: Поддержать себя -8 :: Поддержать себя -9 :: Поддержать себя -10 :: Поддержать себя -11 :: Поддержать себя -12 :: Поддержать себя -13 :: Поддержать себя -14 :: Поддержать себя -15 :: Поддержать себя -16 :: Поддержать себя -17 :: Поддержать себя -18 :: Поддержать себя -19 :: Поддержать себя -20 :: Поддержать себя -21 :: Поддержать себя -22 :: Поддержать себя -23 :: Поддержать себя -24 :: Поддержать себя -25 :: Поддержать себя -26 :: Поддержать себя -27 :: Поддержать себя -28 :: Поддержать себя -29 :: Поддержать себя -30 :: Поддержать себя -31 :: Поддержать себя -32 :: Поддержать себя -33 :: Поддержать себя -34 :: Поддержать себя -35 :: Поддержать себя -36 :: Поддержать себя -37 :: Поддержать себя -38 ::