СДЕЛАЙТЕ СВОИ УРОКИ ЕЩЁ ЭФФЕКТИВНЕЕ, А ЖИЗНЬ СВОБОДНЕЕ

Благодаря готовым учебным материалам для работы в классе и дистанционно

Скидки до 50 % на комплекты
только до 20.05.2025

Готовые ключевые этапы урока всегда будут у вас под рукой

Организационный момент

Проверка знаний

Объяснение материала

Закрепление изученного

Итоги урока

Моделирование виды моделей

Категория: Информатика

Нажмите, чтобы узнать подробности

Для человека же характерно стремление систематизировать большой объем данных, чтобы “навести порядок” в  разнообразии, вернее в своем восприятии этого разнообразия. Наиболее распространенным способом научной систематизации является классификация, то есть распределение изучаемых объектов по классам (разрядам, отделам) в зависимости от их общих признаков. Подходы к выделению классов моделей могут быть самыми различными. 

Просмотр содержимого документа
«Моделирование виды моделей»

125



ВИДЫ МОДЕЛЕЙ


ПОНЯТЬ


В предыдущих параграфах вы познакомились с примерами различных моделей. Надеемся, что даже эти примеры позволили вам представить многообразие мира моделей. Модели встречаются буквально везде. Их огромное количество. Одни из них стареют, забываются, исчезают.


ПРИМЕР

Вряд ли вы сохранили все ваши детские рисунки или помните модель мира, построенную Птолемеем.


Но на смену одним моделям приходит множество других. Даже для одного объекта может быть построенно много различных моделей.


ПРИМЕР

Существуют целых три различных аксиоматических теории геометрии: геометрия Евклида (в одной плоскости через точку вне прямой можно провести только одну прямую, не пересекающую данную); геометрия Лобачевского (в одной плоскости через точку вне прямой можно провести ровно две прямые, не пересекающие данную); геометрия Римана (в одной плоскости через точку вне прямой нельзя провести ни одной прямуой, не пересекающую данную).


ПРИМЕР

Существует много моделей нашей планеты: географические карты и описания путешественников, фотографии из космоса и перечень стран, народностей, языков, теории о строении Земли и гипотезы об образовании гор и морей.


Итак, мир моделей многообразен. Для человека же характерно стремление систематизировать большой объем данных, чтобы “навести порядок” в разнообразии, вернее в своем восприятии этого разнообразия. Наиболее распространенным способом научной систематизации является классификация, то есть распределение изучаемых объектов по классам (разрядам, отделам) в зависимости от их общих признаков. Подходы к выделению классов моделей могут быть самыми различными. Рассмотрим некоторые из них.

Вы уже знаете, что основой моделирования является взаимодействие субъекта и объекта при решении субъектом некоторой задачи и отражение этого взаимодействия в модели. Поэтому для каждой модели можно попробовать определить ее место в пространстве “субъект - объект - сущность” (под сущностью здесь понимается основные сущности нашего мира - вещество, энергия, информация).

Рис. 1. Пространство “субъект - объект - сущность”


ПРИМЕР

Игрушечная машинка - это вещественная модель внешнего вида автомобиля, применяемая в процессе общения. Алгоритм решения квадратного уравнения - это информационная модель “поведения” ученика в процессе познания или “поведения” инженера в практической деятельности. Периодическая система элементов Д.И.Менделеева - это информационная модель, отражающая структуру вещества (как сущности нашего мира), используемая в процессе познания. Программное средство Norton Commander - информационная модель поведения пользователя ЭВМ в процессе практической деятельности.


ЗАМЕЧАНИЕ. Пространство “субъект - объект - сущность” является не дискретным, а непрерывным. Оно непрервно по измерению “деятельность субъекта” потому, что познание часто неотъемлемо от общения, а общение сопровождает практическую деятельность. Оно непрерывно по измерению “объект”, поскольку его внешний вид тоже имеет свою структуру, а поведение сопровождается изменением во внешнем виде и структуре. Оно непрерывно и по измерению “сущность”, что можно увидеть из следующего примера.


ПРИМЕР

Рассмотрим компьютерную программу, хранящуюся в оперативной памяти. Это, несомненно информационная модель “деятельности” таких устройств компьютера, как процессор, системная шина, дисплей и т.д. Но в ячейках оперативной памяти она представлена в виде различного уровня напряженности электрического поля. Какова же сущность этой модели - информационная, энергетическая или, может быть, все же вещественная, ведь в конце концов все сводится к расположению и перемещению электронов, ионов, атомов в пространстве?


Вернемся к рассмотрению информационных моделей. Каждую из них можно характеризовать тем, насколько формален выбранный язык представления. То есть каждой информационной модели можно попробовать поставить в соответствии точку в пространстве “субъект - объект - степень формализации”. (Рис. 2)

Рис. 2. Пространство “субъект - объект - степень формализации”


ПРИМЕР

Кулинарный рецепт - информационная, частично формализованная модель, предназначенная для практической деятельности повара.

Программа для ЭВМ - формализованная информационная модель деятельности.

Карточка из каталога библиотеки - формализованная информационная модель хранения и поиска книги.

Описание внешности героя литературного произведения - неформализованная информационная модель сферы общения писателя с читателем.


Если отвлечься от субъекта моделирования, но учитывать, включен или нет параметр времени в модель, то пространством “размещения” информационных моделей будет “объект - степень формализации - динамичность”. (Рис. 3)

Рис. 3. Пространство “объект - степень формализации - динамичность”


ПРИМЕР

Детская фотография - статическая неформализованная информационная модель внешнего вида ребенка. Галерея фотографий, отражающая взросление этого ребенка - динамическая неформализованная модель.

Компьютерная модель полета мяча, брошенного вертикально вверх - динамическая формализованная модель поведения физического объекта.

Бухгалтерский отчет - статическая формализованная информационная модель деятельности предприятия. Таблица основных показателей деятельности предприятия за несколько лет - тоже статическая формализованная информационная модель деятельности предприятия, но анализ этой таблицы может рассматриваться как динамическая модель.


Каждый из перечисленных параметров можно детализировать и далее. Так динамические модели могут быть классиицированы в зависимости от того, насколько учитывается в них фактор случайности внешних воздействий. В этом случае можно говорить о вероятностных (стохастических) или детерминированных моделях.

Информационные модели также целесообразно классифицировать по языку описания модели. И тогда уже следует выделять, например, математические модели, табличные модели, алгоритмы как модели деятельности и пр. Сфера практической деятельности субъекта также может быть конкретизирована по “участию” модели в процессе управления объектом моделирования. В этом случае можно выделить следующие виды моделей: регистрирующие, эталонные, прогностические, оптимизационные имитационные.


ПРИМЕР

Сборочный чертеж - модель внешнего вида и структуры будущего изделия, предназначенная для практической деятельности по преобразованию (сырья и материалов в изделие), описанная на языке представления, формализованная, статическая.

График ожидаемого изменения суточной температуры (рис.4) - динамическая формализованная модель поведения этого показателя погоды, предназначенная для краткосрочного прогнозирования.

Рис.4. График Изменения суточной температуры


Вероятно, можно выбрать и другие основания деления при классификации моделей, которые позволят раскрыть дополнительные грани такого явления как моделирование.

В информатике нас, прежде всего интересуют модели, которые можно создавать и исследовать с помощью компьютера. Дает ли это основание выделять такие модели в особый класс информационных моделей – компьютерные? С помощью компьютера можно создавать и исследовать множество объектов: текстов, графиков, таблиц, диаграмм и пр. Однако все эти объекты можно построить и исследовать с помощью других средств. Вообще, все то, что делается с помощью компьютера, может быть в принципе сделано и без него. Вопрос только в различии затраченного времени, ресурсов и используемых технологий. В целом же «компьютерные модели» качественно не отличаются от моделей информационных. Однако поскольку компьютерные технологии накладывают все больший отпечаток на процесс моделирования, вполне можно вести речь о компьютерном моделировании как особом виде информационного моделирования.


Исторически случилось так, что первые работы по компьютерному моделированию были связаны с физикой, где с его помощью решался целый ряд задач гидравлики, теплопереноса и теплообмена, механики твердого тела и т.д. Моделирование представлямо собой в основном численное решение сложных систем уравнений и по существу было адаптацией математических моделей к принципам работы и возможностям ЭВМ. Успехи компьютерного моделирования в физике способствовали распрространению его на задачи химии, электроэнергетики, биологии и т.п., причем схемы моделирования не слишком отличались друг от друга. Сложность решаемых на основе компьютерного моделирования задач всегда ограничивалась лишь мощностью имеющихся ЭВМ.

Подобный вид моделирования распространен и в настоящее время. Накоплены целые библиотеки подпрограмм и функций по методам численной математики, облегчающих применение и расширяющих возможности компьютерного моделирования. И все же в настоящее время понятие «компьютерное моделирование» обычно связывают с системным анализом – направлением кибернетики, впервые завившем о себе в начале 50-х годов при исследовании сложных систем в биологии, макроэкономике, при создании автоматизированных экономико-организационных систем управления.

Прежде всего компьютерное моделирование при анализе сложных систем – это имитационное моделирование, при котором логико-математическая модель поведения исследуемого объекта переводится в алгоритм функционирования объекта, реализованный в виде программного комплекса для компьютера.

Имитировать, конечно же, можно поведение любого объекта, но имитаионное моделирование предусматривает прежде всего исследование сложных систем с прогнозированием их будущих состояний в зависимости от выбираемых стратегий управления.

Благодаря развитию графического интерфейса и графических пакетов прикладных программ, широкое распространение получило и компьютерное моделирование внешнего вида и структуры объектов.


В настоящее время под компьютерной моделью понимают:

  • условный образ объекта, описанный с помощью взаимосвязаных компьютерных рисунков, таблиц, схем, диаграмм, графиков, анимационных фрагментов, гипертекстов и т.д. Компьютерные модели такого вида иногда называют структурно-функциональными;

  • отдельную программу или коплекс программ, позволяющий с помощью последовательности вычислений и графического отображения их результатов воспроизводить (имитировать) процессы функционирования объекта при условии воздействия на объект различных, как правило случайных, факторов (задаваемых чаще всего пользователем программы). Такие модели называют имитационными компьютерными моделями.


Суть имитационного компьютерного моделирования заключена в получении количественных и качественных результатов функционирования моделируемой системы по имеющейся модели. Качественные выводы, получаемые по результатам анализа модели, позволяют обнаружить неизвестные ранее свойства сложной системы: ее структуру, динамику развития, устойчивость, целостность и пр. Количественные выводы в основном носят характер прогноза некоторых будущих или объяснение прошлых значений параметров, характеризующих систему.

Предметом компьютерного моделирования могут быть: экономическая деятельность фирмы или банка, промышленное предприятие, информационно-вычислительная сеть, технологический процесс, процесс инфляции и т.д.

Цели компьютерного моделирования могут быть разные, но чаще всего – получение данных, которые могут быть использованы для подготовки и принятия решений экономического, социального, организационного или технического характера.



ЗНАТЬ


(файл klassif.doc 1 схема)

Рис. 1.5.5.Классификация моделей.


(файл klassif.doc 2 схема)

Рис. 1.5.6. Виды информационных моделей


УМЕТЬ


ЗАДАНИЕ 1

Определите вид модели, представленной на рисунке 1.6.5, по всем известным вам основаниям деления.


ЗАДАНИЕ 2

Определите виды моделей, данных в качестве примеров в предыдущих параграфах, по всем известным вам основаниям деления.


ЗАДАНИЕ 3

Если вам известны основные операторы какого-либо языка программирования, то какие из них, на ваш взгляд, позволяют построить динамическую компьютерную модель? Ответ обоснуйте.


ЗАДАНИЕ 4

Алгоритм - это модель деятельности исполнителя алгоритма. Но алгоритмы бывают самые разнообразные. Определите, можно ли следующие алгоритмы отнести к моделям одного и того же вида:

  • алгоритм перехода через улицу;

  • алгоритм сложения многозначных чисел;

  • алгоритм копирования файла с винчестера на дискету на вашем компьютере;

  • алгоритм преобразования нажатой клавиши в двоичный код и отображения соответствующего символа на экране дисплея.


ЗАДАНИЕ 5

Напечатанная в газете программа телепередач - это статическая или динамическая модель телевещения? Является ли она детерминированной или вероятностной моделью?


ЗАДАНИЕ 6

Приведите примеры:

а) динамической, вероятностной, оптимизационной модели;

б) прогностической неформализованной модели;

в) табличной, статической, формализованной модели;

г) математической, частично формализованной модели, описывающей структуру объекта;

д) статической, вероятностной модели;

е) воображаемой статической модели.


ЗАДАНИЕ 7

Правильно ли определен вид следующих моделей?

а) математическая точка - статическая воображаемая модель;

б) идеальный газ в физике - динамическая воображаемая модель;

в) график функции - наглядная, информационная, формализованная, статическая модель;

г) план выпуска продукции - прогностическая, табличная, частично формализованная, статическая модель.


ЗАДАНИЕ 8

Может ли быть фотография человека частично формализованной моделью?


ОТВЕТ. (в конец книги) Поскольку есть определенные требования к фотографиям на некоторые документы (например, отсутствие очков, темная одежда, определенное положение головы по отношению к объективу и т.п.), то такие фотографии можно рассматривать как частично формализованные модели. То же можно сказать и о фотографиях задержанных преступников, хранящихся в документах по уголовным делам.



ВОПРОСЫ - ПРОБЛЕМЫ


1. Имеет ли смысл классифицировать модели по возрасту или профессии построившего их субъекта (например, модели подросткового возраста - модели зрелого возраста, врачебные модели - писательские модели)?


2. Можно ли неформализованную модель преобразовать в формализованную, выраженную на том же самом языке моделирования (например, набросок изделия перевести в его чертеж)? Если нет, то почему? Если да, то какие процедуры придется выполнить при этом?


3. Поскольку воображаемые модели - именно воображаемые, как бы не существующие в реальности, то может быть их рассмотрение как одного из видов информационных моделей совершенно необосновано?


РАСШИРЬ СВОЙ КРУГОЗОР


Следующие определения, возможно, помогут вам уточнить свои представления о моделях различного вида и их отличительных особенностях.


Натурное (физическое, вещественно-энергетическое) моделирование – моделирование, при котором модель и моделируемый объект представляют собой реальные объекты или процессы единой или различной физической природы причем между процессами в объекте-оригинале и в модели выполняются некоторые соотношения подобия, вытекающие из схожести физических явлений.


Информационная (абстрактная) модель - это описание объета на каком-либо языке. Абстрактность модели проявляется в том, что ее компонентами являются сигналы и знаки (вернее, заложенный в них смысл), а не физические тела.


Дескриптивная (от англ. descriptive - описательная) модель - словесное описание объекта, выраженное средствами того или иного языка.



Математическая модель:

это совокупность записанных на языке математики соотношений (формул, неравенств, уравнений, логических соотношений), определяющих характеристики состояния объекта в зависимости от его элементов, свойств, параметров, внешних воздействий.

приближенное описание объекта, выраженное с помощью математической символики


Статические модели отображают объект в какой-то момент времени, без учета происходящих с ним изменений, как находящийся в состоянии покоя и равновесия. Модель, в которой отсутствует временной параметр.


Динамические модели описывают поведение объекта во времени.

Модель, отображающая процессы, происходящие с объектом со временем, в частности, модели функционирования и развития.


Детерминированные модели отображают процессы, в которых отсутствуют случайные воздействия.


Вероятностные (стохастические от греч. stochasis- догадка) модели - описание объекта, поведение которого определяется случайными воздействиями (внешними и внутренними); описание вероятностных процессов и событий, характер изменения которых во времени точно предсказать невозможно.


Имитационная компьютерная модель - отдельная программа, совокупность программ, программный комплекс, позволяющий с помощью последовательности вычислений и графического отображения их результатов, воспроизводить (имитировать) процессы функционирования объекта, системы объектов при условии воздействия на объект различных, как правило случайных, факторов


Имитационная алгоритмическая модель - содержательное описание объекта в форме алгоритма, отражающее структуру и процессы функционирования объекта во времени, учитывающее воздействие случайных факторов.


Гносеологические модели направлены на изучении объективных законов природы (модели солнечной системы, развития биосферы, шаровой молнии).


Концептуальная модель - описывает выявленные причинно-следственные связи и закономерности, присущие исследуемому объекту и существенные в рамках определенного исследования.


Сенсуальные модели (лат. sensualis - основанный на чувствах, ощущениях) - модели каких-то чувств, эмоций, либо модели, оказывающие воздействие на чувства человека (музыка, поэзия, живопись).


Аналоговая модель - аналог объекта, который ведет себя как реальный объект, но не выглядит как таковой.



Скачать

Рекомендуем курсы ПК и ППК для учителей

Вебинар для учителей

Свидетельство об участии БЕСПЛАТНО!