В началния етап на моделиране се идентифицират основните характеристики на обекта, който се изследва, и се дава подробно смислено описание на връзката между тях (системен анализ), т.е. се извършва неформално изложение на проблема. Следващият важен етап от моделирането е формализирането на смислено описание на връзките между избраните характеристики с помощта на някакъв език за кодиране: езикът на схемите, езикът на математиката и т.н. ("превод" на получената структура в някаква предварително зададена форма).

Естествените езици се използват за създаване на текстови описателни информационни модели. Например, такъв литературен жанр като басня или притча е пряко свързан с концепцията за модел, тъй като смисълът на този жанр е да прехвърли отношенията между хората към отношенията между животни, между измислени хора и т.н.

С помощта на формалните езици се изграждат информационни модели от определен тип – формално логически модели. Например, използвайки алгебрата на логиката, можете да изградите логически модели на основните компоненти на компютъра.

Формализация - етапът на преход от смислено описание на връзките между избраните характеристики на обекта (словесно или под формата на текст) към описание, използващо някакъв език за кодиране (език на схемата, език на математиката и др.).

Формализация - процесът на изграждане на информационни модели с помощта на формални езици.

Един от най-често срещаните формални езици е алгебричният език формули по математика , което позволява да се опишат функционални зависимости между величините. Наричат ​​се модели, изградени с помощта на математически концепции и формули математически модели.

Моделирането на всяка система е невъзможно без предварителна формализация. Всъщност формализирането е първата и много важна стъпка в процеса на моделиране.

Пример за неофициално описание на модел е кулинарна рецепта или устно описание на модел на платноходка, или устна формулировка на втория закон на Нютон.

В случаите, когато моделирането е фокусирано върху изучаването на модели с помощта на компютър, резултатът от формализирането на моделите трябва да бъде софтуерен инструмент. Следователно принципите на формализацията могат да бъдат формулирани по следния начин:

разработване на неформално описание на модела (устно описание на характеристиките на обекта на изследване и връзките между тях, които са от съществено значение за разглежданата задача);

изготвяне на формализирано описание на някакъв език за кодиране (с помощта на математически отношения и текстове);

реализация на формализирано описание под формата на програма на някакъв език за програмиране.

Например формулата F=m*a е формализирано описание на втория закон на Нютон.

Модел - някакво опростено подобие на реален обект, което отразява съществените признаци (свойства) на изучавания реален обект, явление или процес.

Моделиране - метод на познание, състоящ се в създаването и изучаването на модели. Тези. изследване на обекти чрез изграждане и изследване на модели.

Формализация – процесът на изграждане на информационни модели с помощта на формални езици.

Предмет - някаква част от околния свят, разглеждана от човек като цяло. Всеки обект има име и има параметри.

Параметър - знак или количество, което характеризира някакво свойство на обект и приема различни стойности.

сряда е условието за съществуването на даден обект.

Операция – действие, което променя свойството на обект.

Система - набор от взаимосвързани обекти, възприемани като единно цяло.

Структура - съставът на системата, свойствата на нейните елементи, техните взаимоотношения и връзки помежду си.

Стъпки за моделиране:

Формулиране на проблема : описание на задачата, цел на моделиране, формализация на задачата

Разработка на модел : информационен модел, компютърен модел

компютърен експеримент – експериментален план, изследване

Анализ на резултатите от симулацията

Дайте класификация на информационните модели.

Цялото разнообразие от модели е разделено на три класа:

Материални (естествени) модели (някои реални обекти - модели, манекени, стандарти) - умалени или увеличени копия, които възпроизвеждат външен видобектът, който се моделира, неговата структура или поведение;

въображаеми модели (геометрична точка, математическо махало, идеален газ, безкрайност);

информационни модели - описания на моделирания обект на един от езиците за кодиране на информация (вербално описание, диаграми, чертежи, карти, рисунки, научни формули, програми и др.).

Пълна класификация на информационните модели:

Информационен (абстрактен) модел- описание на обекта на произволен език. Абстрактността на модела се проявява във факта, че неговите компоненти са сигнали и знаци (или по-скоро значението, присъщо на тях), а не физически тела.

Описателен модел- словесно описание на обект, изразено с помощта на определен език.

Математически модел- 1) набор от отношения (формули, неравенства, уравнения, логически отношения), написани на езика на математиката, които определят характеристиките на състоянието на обект в зависимост от неговите елементи, свойства, параметри, външни влияния, 2) приблизително описание на обекта, изразен с помощта на математически символи.

Статични моделипоказване на обект в някакъв момент от време, без да се вземат предвид промените, които се случват с него, като в покой или равновесие (няма времеви параметър).

Динамични моделиописват поведението на даден обект във времето.

Детерминистични моделипоказват процеси, в които няма случайни влияния.

Вероятностни (стохастични) модели– описание на обекти, чието поведение се определя от случайни въздействия (външни или вътрешни); описания на вероятностни процеси и събития, естеството на тяхната промяна във времето не може да бъде точно предвидено.

Симулационен компютърен модел– отделна програма, набор от програми, софтуерен пакет, което позволява, използвайки последователност от изчисления и графично показване на техните резултати, да възпроизвежда (симулира) процесите на функциониране на обект, система от обекти, подложени на влиянието на различни фактори върху обекта.

Имитация алгоритмичен модел - съдържателно описание на обекта под формата на алгоритъм, отразяващ структурата и процесите на функциониране на обекта във времето, като се отчита въздействието на случайни фактори.

Гносеологичен модел- описание на обективните закони на природата.

концептуален моделописва идентифицираните причинно-следствени връзки и модели, присъщи на обекта на изследване и значими в рамките на конкретно изследване.

Чувствени модели- модели на чувства, емоции или модели, които засягат човешките чувства (музика, поезия, живопис, танц).

аналогов модел- аналог на обект, който се държи като истински обект, но не изглежда като такъв.

15. Какво е моделиране? Назовете неговите етапи.

Моделиране- Това:

изграждане на модели на обекти от реалния живот (обекти, явления, процеси);

подмяна на реален обект с негово подходящо копие;

изучаване на обекти на познание върху техните модели.

Стъпки на моделиране:

1. Поставяне на цели за моделиране.

2. Анализ на моделирането на обекта и избор на всички негови известни свойства.

3. Анализ на избрани свойства и определяне на съществени.

4. Избор на модел на презентационна форма.

5. Формализация.

6. Анализ на получения модел за несъответствие.

7. Анализ на адекватността на получения модел спрямо обекта и целта на моделирането.

16. Каква е същността на формализацията?

Формализация- това е намаляване на съществените свойства и характеристики на моделиращия обект до избраната форма.

За да изградите модел, трябва да придадете на обекта форма. същност формализиранесе състои в фундаменталната възможност за разделяне на обекта и неговото обозначение. За да обозначите обект, трябва да въведете определен набор от знаци.

За да обозначите обект, трябва да въведете определен набор от знаци.

Знаке елемент от краен набор от отделни елементи. Трябва да се отбележи, че понятието знак е едно от основните понятия на науката. Невъзможно е да се даде точно определение. Затова си струва да се ограничим до посочване на основните характеристики на знака:

1. Способността на знака да действа като заместващо обозначение (обект).

2. Неидентичността на знака и денотата - знакът никога не може напълно да замести означаемото.

3. Полисемия на съответствие "знак - денотат".

език- знакова система, използвана с цел познание и комуникация. Той трябва да вземе предвид характеристиките на езика и да посочи, че езиците могат да бъдат естествени и изкуствени. Правилата на изкуствения език са строго и еднозначно дефинирани, така че такъв език се нарича формализиран.

процес на формализиране текстова информация(представяне на информация под формата на графика, чертеж, диаграма и др.) се извършва с цел нейното недвусмислено разбиране, улесняване и ускоряване на нейната обработка. Можете също така да формализирате оформлението на текста. Този процес се състои в използването на формуляри, формуляри, шаблони на предварително определена и често законно одобрена форма.

маси- форма на представяне на информация в удобна за анализ и обработка форма. Таблиците са от типа "обект - обект", "обект - свойство", "обекти - свойства - обекти". Таблицата се характеризира с името, броя на колоните и техните имена, броя на редовете и техните имена, съдържанието на клетките.

Графика- колекция от точки, свързани с линии. Тези точки се наричат ​​върхове на графиката. Линиите, свързващи върховете, се наричат ​​дъги, ако посоката е от един връх към друг, или ръбове, ако посоката е двупосочна.

18. Дефинирайте понятието "информационен процес".

Информацията не съществува сама по себе си, тя се проявява в информационните процеси. В най-много общ изглединформационният процес се определя като набор от последователни действия (операции), извършвани върху информация (под формата на данни, информация, факти, идеи, хипотези, теории и т.н.), за да се получи някакъв резултат (постигане на целта). Информационните процеси могат да бъдат целенасочени или спонтанни, организирани или хаотични, детерминистични или вероятностни. Трябва да се отбележи, че информационният процес винаги протича в някои информационна система- биологични, социални, технически, социотехнически.

В зависимост от това каква информация е обект на информационния процес и кой е негов субект ( техническо средство, човек, екип, общество като цяло), можем да говорим за глобални информационни процеси, или макропроцеси, и локални информационни процеси, или микропроцеси.

19. Какви видове информационни процеси познавате?

Най-често срещаните информационни процеси са три процеса: колекция, трансформация, използванеинформация. Всеки от тези процеси, от своя страна, се разпада на редица процеси, като някои от последните могат да бъдат включени във всеки от разграничените обобщени процеси.

По този начин събирането на информация се състои от процеси ТърсенеИ селекция. В същото време търсенето на информация се извършва в резултат на изпълнение на процедури поставяне на целии използване на специфични методи за търсене.

Методите за търсене са "ръчни" или автоматизирани. Те включват процедури като формиране на изображение за търсене (в явна или скрита форма), преглед на входящата информация, за да се сравни с изображението за търсене.

Подборът на информация се извършва въз основа на нейния анализ и оценка на нейните свойства в съответствие с избрания критерий за оценка. Избраната информация се запазва.

Съхранениеинформацията е нейното разпределение във времето. Съхраняването на информация е невъзможно без изпълнение на процеси кодиране, формализация, структуриране, поставяне,свързани с общия процес на трансформация на информацията.

От своя страна, кодирането, формализацията, структурирането могат разумно да бъдат приписани на процесите обработкаинформация. Наред с горното процесите на обработка на информацията включват и моделиране на информацията, изчисления по формули (числови изчисления), обобщаване, систематизиране, класифициране, схематизиране и др.

Обработката на информация е в основата на процеса на трансформация на информацията.

Информацията може да се прехвърля (разпределя в пространството) за нейното последващо използване, обработка или съхранение. Процесът на пренос на информация включва процеси кодиране, възприятие, декодиранеи т.н.

Най-важният процес използванепредметът на информация е процесът подготовка и вземане на решения.Заедно с това използването на информация често се свежда до процесите на генериране на документирана информация с цел подготовка на информация или контрол на въздействието.

В реалната практика процедурите, включени в процеса, се използват широко. защитаинформация. Защитата на информацията е важен компонент на процесите на съхранение, обработка, предаване на информация в системи от всякакъв тип, особено в социални и технически. Включва разработване на код (шифър), кодиране (криптиране), сравнение, анализ, защита с паролаи така нататък.

От древни времена формирането на човешката цивилизация е неразривно свързано с моделирането, тоест с изграждането, изучаването и използването на модели на различни обекти, процеси и явления. Например, в разговор, ние сякаш заместваме реални обекти с техните имена. И нищо не се изисква от името, освен недвусмисленото обозначаване на необходимия обект.

В своята дейност - в практическата сфера, художествената, научната - човек винаги създава определена отливка, заместител на обекта, процеса или явлението, с които трябва да се занимава:

може да бъде копие в пълен размер - картина или скулптура;

може да бъде модел на самолет (например за изследване на аеродинамичните му характеристики);

може да бъде модел на всеки продукт, по който в бъдеще ще бъде изработен оригиналът;

математическа формула, която описва определен процес (например законът за гравитацията).

Така от детството се сблъскваме с понятието "модел". Моделът ни дава образ на реален обект или явление, т.е. моделът е представяне на обект в някаква форма, която е различна от формата на неговото реално съществуване. Моделът е мощен инструмент на познанието.

Към създаването на модели се прибягва, когато обектът на изследване е много голям (модел на слънчевата система) или много малък (модел на атома), когато процесът протича много бързо (модел на двигател с вътрешно горене) или много бавно. (геоложки модели), изследването на обекта може да доведе до неговото унищожаване (авиомодел) или създаването на модел е много скъпо (архитектурен модел на града) и др.

Всеки обект има голям бройразлични свойства. В процеса на изграждане на модел се идентифицират основните, най-значимите свойства, които представляват интерес за изследователя. Това е основната характеристика и основната цел на моделите.

По този начин под модела ще разбираме някакъв обект, който замества реалния изследван обект със запазване на най-съществените му свойства.

Няма прост модел, „модел“ е термин, който изисква уточняваща дума или фраза, например: модел на атом, модел на Вселената. В известен смисъл за модел може да се приеме картина на художник или театрално представление (това са модели, които отразяват една или друга страна на духовния свят на човека).

Основните цели на моделирането:

1.разберете как е подреден определен обект , каква е неговата структура, основни свойства, закони на развитие и взаимодействие с външния свят (РАЗБИРАНЕ).

2. научете се да контролирате обекта (процес) и определяне на най-добрите начини за управление с дадени цели и критерии (УПРАВЛЕНИЕ).

3. прогнозиране на преки и косвени последствия прилагане на посочените методи и форми на въздействие върху обекта (ПРОГНОЗИРАНЕ).

Още веднъж отбелязваме, че всеки модел не е копие на обекта, а отразява само най-важните характеристики и свойства, които са от съществено значение за обекта, пренебрегвайки останалите характеристики на обекта, които са незначителни в рамките на задача.

Има модели:

1. материал (естествен) - се основават на нещо обективно, съществуващо независимо от човешкото съзнание (на някакви тела или процеси). Те са разделени на физически (например модели на самолети) и аналогови, базирани на процеси, подобни в някои отношения на изследваните (например процесите в електрическите вериги се оказват подобни на много механични, химични и други процеси и могат да се използва за моделирането им). Границата между физическо и аналогово е условна.

2. идеален - са неразривно свързани с човешкото мислене, въображение, възприятие. Могат да се разграничат интуитивни модели – театър, литература, живопис и др. Няма единен подход към класификацията на идеалните модели. Възможно е така:

глаголен (текстови) модели - използвайте последователности от изречения в диалекти на естествен език, за да опишете определена област от реалността. Например полицейски доклад.

математически модели – широк клас модели, използващи математически методи.

информационни модели - клас модели, които описват информационни процеси (възникване, предаване, трансформиране и използване на информация) в системи от разнообразен характер.

Разделението отново е условно - информационните могат да бъдат подклас на математическите. Информатиката е най-пряко свързана с информационно-математическите модели, тъй като те са в основата на използването на компютър при решаване на задачи от различно естество (ядрена зима).

Относно компютърна симулация- компютърът не "мисли" - той е в състояние да изпълнява компилирани от човек програми. Следователно, за да използва компютър за свои собствени цели, човек трябва:

ясно формулиране на проблема;

разработване на първоначален модел на данни;

определят модела за представяне на резултатите;

разработете алгоритъм за решаване на проблема;

напишете програма;

въведете програмата и първоначалните данни в паметта;

отстраняване на грешки в програмата, стартиране за изпълнение и показване на резултатите на принтер или екран.

Основни определения :

Модел - някакво опростено подобие на реален обект, което отразява съществените признаци (свойства) на изследвания реален обект, явление или процес

Моделирането е метод на познание, състоящ се в създаването и изучаването на модели. Тези. изследване на обекти чрез изграждане и изследване на модели

Формализацията е процес на изграждане на информационни модели с помощта на формални езици

Предмет- някаква част от околния свят, разглеждана от човек като цяло. Всеки обект има име и има параметри

Параметър- знак или стойност, която характеризира всяко свойство на обект и приема различни стойности

сряда– условие за съществуване на обект

Операция- действие, което променя свойството на обект

Система- съвкупност от взаимосвързани обекти, възприемани като едно цяло

Структура- съставът на системата, свойствата на нейните елементи, техните взаимоотношения и връзки помежду си

Стъпки на моделиране:

Постановка на проблема: описание на проблема, цел на моделирането, формализиране на проблема

Разработване на модел: информационен модел, компютърен модел

3. Компютърен експеримент – план на експеримента, изследване

Анализ на резултатите от симулацията

Класификация на модела

Характеристики на моделните класификации: 1) по област на използване;

2) по фактор време;

3) по отрасъл на знанието;

4) под формата на презентация

1) Класификация на моделите по област на употреба:

Обучителни модели – използвани в обучението;

Експерименталните са умалени или увеличени копия на проектирания обект. Използва се за изучаване и прогнозиране на бъдещите му характеристики

Научно-технически – създават се за изучаване на процеси и явления

Игра - репетиция на поведението на обекта в различни условия

Симулация - отражение на реалността в една или друга степен (това е метод проба-грешка)

2) Класификация на моделите по фактор време:

Статично– модели, описващи състоянието на системата в определен моментвреме (еднократен отрязък от информация за този обект). Примерни модели: класификация на животните ...., структурата на молекулите, списък на засадените дървета, доклад за изследване на състоянието на зъбите в училище и др.

динамичен– модели, описващи процесите на изменение и развитие на системата (промени в обекта във времето). Примери: описание на движението на телата, развитието на организмите, процеса на химичните реакции.

3) Класификация на моделите по отрасъл на знаниетое класификацията по отрасли човешка дейност: математически, биологични, химически, социални, икономически, исторически и др.

4) Класификация на моделите според формата на представяне:

Материалса предметни (физически) модели. Те винаги имат реално въплъщение. отразяват външно свойство и вътрешна организацияоригинални обекти, същността на процесите и явленията на оригиналния обект. Това е експериментален метод заобикаляща среда. Примери: детски играчки, човешки скелет, плюшено животно, модел на слънчевата система, училищни помагала, физични и химични експерименти

Абстрактно (нематериално)- нямат реална реализация. Те се основават на информация. това е теоретичен метод за познаване на околната среда. Въз основа на изпълнението те биват: умствени и вербални; информационен

психическимоделите се формират във въображението на човек в резултат на размисъл, заключения, понякога под формата на някакъв образ. Този модел съпътства съзнателната дейност на човека.

Глаголен- мисловни модели, изразени в разговорна форма. Използва се за предаване на мисли

Информационни модели- целенасочено подбрана информация за обекта, която отразява най-значимите свойства на този обект за изследователя.

Видове информационни модели:

Табличен – обектите и техните свойства се представят като списък, а стойностите им се поставят в правоъгълни клетки. Списъкът с обекти от същия тип се поставя в първата колона (или ред), а стойностите на техните свойства се поставят в следващите колони (или редове)

Йерархичен – обектите са разпределени по нива. Всеки елемент от високо ниво се състои от елементи от по-ниско ниво, а елемент от по-ниско ниво може да бъде част само от един елемент от по-високо ниво

мрежа - използва се за отразяване на системи, в които връзките между елементите имат сложна структура

Според степента на формализиранеинформационните модели са образно-знакови и знакови. Примери:

Образно-знакови модели:

Геометрични (чертеж, пиктограма, рисунка, карта, план, триизмерно изображение)

Структурни (таблица, графика, диаграма, графика)

Вербален (описание на естествени езици)

Алгоритмичен (номериран списък, изброяване стъпка по стъпка, блокова диаграма)

Емблематични модели:

Математически - представени чрез математически формули, които показват връзката на параметрите

Специални – представени на спец. езици (бележки, химически формули)

Алгоритмични - програми

Признаци на класификация на моделите: Класификация на моделите по област на използване

Модели на процесите на управление

Информационните модели на процесите на управление са модели, които описват информационни процесиуправление в сложни процеси

Управление с отворен цикъл - не отчита състоянието на управлявания обект, контролът преминава през директен канал

Управление в затворен контур - обектът на управление получава информация по канала обратна връзказа реалното състояние на нещата, а управлението се осъществява по директен канал

Всеки обект има голям брой различни свойства. В процеса на изграждане на модела се разграничават основните, най-значимите от тях. По този начин моделът на самолет трябва да има геометрично сходство с оригинала, моделът на атом трябва да отразява правилно физическите взаимодействия, архитектурният модел на град трябва да има пейзаж и т.н.

Моделът е a нов обект, който отразява съществените признаци на изследвания обект, явление или процес.

В различните науки обектите и процесите се изучават от различен ъгъл и се изграждат Различни видовемодели. Във физиката се изучават процесите на взаимодействие и движение на обектите, в химията - вътрешното им устройство, в биологията - поведението на живите организми и т.н.

Да вземем за пример един човек; в различните науки се изучава в рамките на различни модели. В механиката може да се разглежда като материална точка, в химията - като обект, състоящ се от различни химични вещества, в биологията - като система, стремяща се към самосъхранение и т.н.

От друга страна, различни обекти могат да бъдат описани с един и същ модел. И така, в механиката различни материални тела (от планета до песъчинка) често се разглеждат като материални точки.

Един и същ обект понякога има много модели и различни обекти се описват от един модел.

Нуждаем се от модел, когато искаме да опишем или представим нещо. Например, когато проектират нови авиационни двигатели, дизайнерите трябва да тестват как се представят в трудни условия на полет. Да се ​​проведе тест в реални условия означава да се застраши живота на пилот-изпитател, а това не винаги е възможно. Но е възможно да се симулират всички възможни условия на полет на специални тестови стендове. Това е по-безопасно и диапазонът от условия може да бъде много по-широк. И ако използвате компютърна симулация, основана на познаването на физическите закони и математическите закони на работата на двигателя, можете значително да намалите програмата за стендови тестове и да получите реални спестявания на време, пари, материали. За да обясним защо януари е зимен месец за европейците и летен месец за австралийците, не може да мине без да покажем глобус или снимка, обясняваща как Земята се върти около оста си и около Слънцето.

Всеки модел по някакъв начин съответства на обекта, подобен е на него. Освен това кореспонденцията може да бъде:

1) по външен вид (прилика);

2) по структура (идентифицирани са съставните елементи на обекта и са посочени техните връзки);

3) чрез поведение (моделът реагира на външни въздействия по същия начин като обекта или е в подобни отношения с други обекти).

Всеки модел е изграден в съответствие с някаква цел, която се определя предварително от тези, които се занимават с моделиране, т.е. обект на моделиране.

Моделът е или представяне (реално, въображаемо или фигуративно), или описание на някои свойства на даден обект. Тези или онези свойства се избират в зависимост от това защо, за каква цел е построен моделът, за какво е предназначен. Такива свойства се наричат ​​съществени за даден модел по отношение на целта на моделирането. Съществеността и незначителността на определени свойства и характеристики са относителни понятия, те зависят от проблема, който се решава.

Моделът е създаден за получаване на информация за обекта, необходима за решаване на проблема. Никой модел не може да замени самия обект. Но при решаването на конкретен проблем, когато се интересуваме от определени свойства на изследвания обект, моделът се оказва полезен, а понякога и единствен инструмент за изследване.

Моделирането е:

Изграждане на модели на обекти от реалния живот (обекти, явления, процеси);

Замяната на реален обект с подходящо копие е имитация;

Изследване на обекти на познанието върху техни модели.

Моделирането е неразделен елемент от всяка целенасочена дейност.

Моделирането е метод на познание, състоящ се в създаването и изучаването на модели.

Общата схема на моделиране може да бъде представена по следния начин:

Фигура 9.1. Обща схемамоделиране

Решаването на всеки практически проблем винаги е свързано с изучаването, преобразуването на някакъв обект (материален или информационен) или неговото управление.

Целта на моделирането възниква, когато субектът на моделиране реши проблема, който стои пред него, и зависи както от проблема, който се решава, така и от субекта на моделиране. Тоест, целта на моделирането има двойна природа: от една страна, тя е обективна, тъй като произтича от изследователската задача, а от друга страна, тя е субективна, тъй като зависи от субекта на моделиране (неговия опит интереси, мотиви на дейност и др.).

За един обект един субект може да изгради няколко модела, ако решава различни проблеми, които водят до различни цели на моделирането.

За един обект различните субекти могат да изградят различни модели, дори ако имат една и съща задача за моделиране.

Различните обекти могат да имат идентични модели на външен вид, дори ако са построени от различни субекти въз основа на различни цели на моделиране.

Цялото разнообразие от модели е разделено на три класа.

1. Материални (естествени) модели:

- някои реални обекти (модели, манекени, стандарти);

- умалени или увеличени копия, които възпроизвеждат външния вид на симулирания обект, неговата структура (глобус, модел на кристална решетка) или поведение ( радиоуправляем моделсамолет, велоергометър).

2. Абстрактни модели (геометрична точка, математическо махало, идеален газ, безкрайност).

3. Информационни модели - описание на обекта, който се моделира на един от езиците за кодиране на информация (вербално описание на схемата, чертежи, карти, чертежи, научни формули, програми и др.). Информационният модел, както всеки друг вид информация, трябва да има свой материален носител. Това може да бъде хартия, черна дъска, плоча, дискета и т.н. Моделът може да бъде записан на този носител различни начини: използване на мастило, тебешир или печатарска преса; светлинно изображение, получено с помощта на прожекционно оборудване, изображение на екрана на монитора и др.

Процесът на създаване на модел преминава през следните стъпки:

1. Поставяне на целта на моделирането.

2. Анализ на всички свойства на обекта, известни на субекта на моделиране.

3. Анализ на избрани свойства и избор на съществени свойства и характеристики от гледна точка на целите на моделирането. За един и същ обект за различни цели на моделиране, различни свойства ще се считат за значими. Няма единичен метод (правило, алгоритъм), който да е верен за всички случаи, подчертавайки съществени характеристики, свойства, връзки. Понякога те са очевидни, а понякога трябва да изградите много различни моделис различни комплектитези свойства, преди да бъде постигната целта на моделирането. Съответствието на конструирания модел с поставената цел, т.е. неговата адекватност на целта на моделирането, зависи от това колко правилно и пълно са идентифицирани съществените характеристики.

4. Избор на модел на презентационна форма. Адекватността на модела към обекта на моделиране зависи от формата, в която се показват идентифицираните от нас съществени характеристики. Формите на представяне на моделите могат да бъдат: словесно описание, чертеж, таблица, диаграма, алгоритъм, компютърна програмаи т.н. Пример: обект за моделиране - лятна вила (целта на моделирането е да се определи площта на парцела; съществени характеристики - формата на обекта, неговите размери, формата на представяне на модела - формулата за площта на правоъгълника, моделът - S \u003d a * b).

5. Формализацията е процес на изграждане на информационни модели с помощта на формални езици. Резултатът от етапа на формализиране е информационен модел.

6. Анализ на получения модел за последователност. Ако конструираният модел е непоследователен, тогава след идентифициране на всички наблюдавани противоречия те трябва да бъдат елиминирани: коригирайте чертежа, променете програмата, прецизирайте формулата и т.н.

7. Анализ на адекватността на получения модел спрямо обекта и целта на моделирането.

Във връзка с природните и техническите науки е обичайно да се прави разлика между следните видовесимулация:

Концептуално моделиране, в което населението е вече известни фактиили идеите за изучавания обект или система се интерпретират с помощта на някои специални знаци, символи, операции върху тях или с помощта на естествени или изкуствени езици;

Физическо моделиране, при което моделът и симулираният обект са реални обекти или процеси от единична или различна физическа природа, като между процесите в оригиналния обект и в модела са изпълнени някакви отношения на сходство, произтичащи от сходството на физическите явления;

Структурно-функционално моделиране, при което моделите са диаграми (блок-схеми), графики, чертежи, диаграми, таблици, рисунки, допълнени със специални правила за тяхното комбиниране и трансформиране;

Математическо (логико-математическо) моделиране, при което моделирането, включително изграждането на модел, се извършва с помощта на математика и логика;

Симулационно (софтуерно) моделиране, при което логико-математическият модел на изследвания обект е алгоритъм за функциониране на обекта, реализиран като софтуерен пакет за компютър.

Разбира се, видовете моделиране, изброени по-горе, не се изключват взаимно и могат да се използват при изследване на сложни обекти едновременно или в някаква комбинация. Освен това, в известен смисъл, концептуалното и, да речем, структурно-функционалното моделиране са неразличими едно от друго, тъй като едни и същи блокови диаграми, разбира се, са специални символис установени операции по тях.

Таблични модели. Един от най-често използваните видове информационни модели е таблицата, която се състои от редове и колони.

Да изградим, например, маса информационен модел, което отразява цената на отделните компютърни устройства. Нека първата колона на таблицата съдържа списък на обектите (устройствата), които изграждат компютъра, а втората колона - тяхната цена.

Фигура 9.2. Информационен табличен модел

С помощта на таблици се създават информационни модели в различни предметни области. Табличното представяне на математически функции, статистически данни, разписания на влакове и самолети, уроци и др. е широко известно.

Табличните информационни модели се генерират и изследват най-лесно на компютър чрез електронни таблици и системи за управление на бази данни.

Заобиколени сме от много различни обекти, всеки от които има определени свойства. Някои групи от обекти обаче имат същите общи свойства, които ги отличават от обектите в други групи.

Група от обекти, които имат еднакви общи свойства, се нарича клас обект. В рамките на един клас могат да се разграничат подкласове, чиито обекти имат някои специални свойства, от своя страна подкласовете могат да бъдат разделени на още по-малки групи и т.н. Този процес се нарича процес на класификация.

При класифициране на обекти често се използват информационни модели, които имат йерархична (дървовидна) структура. В йерархичен информационен модел обектите са разпределени по нива, а елементите от по-ниско ниво са част от един от елементите от по-високо ниво. Например, целият животински свят се разглежда като йерархична система (вид, клас, разред, семейство, род, вид), компютърните науки се характеризират с йерархична файлова системаи т.н.

Фигура 9.3. Информационен йерархичен модел

Фигура 9.3 показва информационен модел, който ви позволява да класифицирате съвременните компютри. получено информационна структуранаподобява дърво, което расте отгоре надолу (поради което подобни информационни модели понякога се наричат ​​дървоподобни). В структурата ясно се виждат три нива: от първото, горно, което има един елемент Компютри, слизаме към третото, долно, което е с три елемента Настолен компютър, Преносим, ​​Джобен.

Мрежовите информационни модели се използват за отразяване на системи със сложна структура, в която връзката между елементите е произволна.

Фигура 9.4. Мрежов информационен модел

Естествените езици служат за създаване на описателни информационни модели. В историята на науката са известни множество описателни информационни модели. Например, хелиоцентричният модел на света, предложен от Коперник, е формулиран по следния начин:

Земята се върти около оста си и около слънцето; Всички планети обикалят около Слънцето.

С помощта на формалните езици се изграждат формални информационни модели (математически, логически и др.). Процесът на изграждане на информационни модели с помощта на официални езици се нарича формализация.

Един от най-широко използваните официални езици е математическият. Моделите, формирани с помощта на математически концепции и формули, се наричат ​​математически модели. Езикът на математиката е колекция от формални езици; сте научили за някои от тях (алгебрични, геометрични) в училище, можете да се запознаете с други по време на по-нататъшното обучение.

Езикът на алгебрата позволява да се формализират функционалните зависимости между количествата. Така Нютон формализира хелиоцентричната система на света на Коперник, като открива законите на механиката и закона за всемирното притегляне и ги записва под формата на алгебрични функционални зависимости. В училищния курс по физика се разглеждат много различни функционални зависимости, изразени на езика на алгебрата, които са математически модели на изучаваните явления или процеси.

Езикът на алгебрата на логиката (алгебрата на предложенията) дава възможност за изграждане на формални логически модели. С помощта на пропозиционална алгебра те се формализират (записват се във формата булеви изрази) прости и сложни твърдения, изразени на естествен език. Чрез изграждане на логически модели е възможно да се решават логически проблеми, да се създават логически модели на компютърни устройства (суматор, тригер) и др.

В процеса на опознаване на околния свят човечеството постоянно прибягва до моделиране и формализация.

Формализацията е редуцирането на някакво съдържание (съдържанието на текста, значението на научната теория, възприеманите сигнали и т.н.) до избраната форма.

Възможността за формализация се основава на фундаментална позиция, която се нарича основната теза на формализацията: съществува фундаментална възможност за разделяне на обект и неговото обозначение.

Същността на обекта не се променя от начина, по който го наричаме. Това означава, че можем да го назовем по такъв начин, че това име най-добре да съответства (от наша гледна точка) на този обект. Отрицанието на основната теза за формализацията означава, че името на обекта изразява неговата същност. В този случай всеки обект трябва да бъде свързан само с едно име.

Самата идея за моделиране следва от основната теза за формализацията.

За обозначаване на обект се въвежда определен набор от знаци.

Знакът е елемент от краен набор от отделни елементи.

Основните характеристики на знака:

1. Способност да действа като заместващ обект;

2. Неидентичността на знака и обекта - знакът никога не може напълно да замести означаемото;

3. Полисемия на съответствие "знак - обект".

Езикът е знакова система, използвана за целите на комуникацията и познанието.

Езиците могат да бъдат разделени на естествени и изкуствени. Естествените (обикновени, разговорни) езици се формират спонтанно и с течение на времето. Изкуствените езици се създават от хора за специални цели или за определени групи хора (език на математиката, морски език, езици за програмиране и др.). Тяхната характерна черта е недвусмислената дефиниция на техния речник, правилата за формиране на изрази и конструкции (строго формализирани). IN естествени езиците са частично формализирани.

Всеки език се характеризира с:

Наборът от използвани знаци;

Правилото за формиране на тези признаци на езикови конструкции;

Набор от синтактични, семантични и прагматични правила за използване на езикови конструкции.

Азбуката е подреден набор от знаци, използвани в даден език.

В компютърните науки ние се интересуваме предимно от модели, които могат да бъдат създадени и изследвани с помощта на компютър. С помощта на компютър можете да създавате и изследвате много обекти: текстове, графики, таблици, диаграми и др. Компютърни технологииналагат все по-голям отпечатък върху процеса на моделиране, така че компютърното моделиране може да се разглежда като специален вид информационно моделиране.

През последните години, благодарение на развитието на графичния интерфейс и графичните пакети, компютърното структурно-функционално моделиране е широко разработено. Същността на симулационното компютърно моделиране се състои в получаването на количествени и качествени резултати от функционирането на симулираната система според съществуващия модел. Качествените заключения, получени от резултатите от анализа на модела, позволяват да се открият неизвестни преди това свойства на сложна система: нейната структура, динамика на развитие, стабилност, цялост и т.н. минали стойности на параметрите, които характеризират системата.

Предмет на компютърна симулация може да бъде: стопанска дейностфирма или банка, индустриално предприятие, информационна и компютърна мрежа, технологичен процес, инфлационен процес и др.

Целите на компютърното моделиране могат да бъдат различни, но най-често това е получаване на данни, които могат да бъдат използвани за подготовка и вземане на решения от икономическо, социално, организационно или техническо естество. Началото на използването на компютър дори в концептуалното моделиране, където се използва например при изграждането на системи с изкуствен интелект.

Така виждаме, че понятието "компютърно моделиране" е много по-широко от традиционното понятие "компютърно моделиране" и трябва да бъде изяснено, като се вземат предвид днешните реалности.

Да започнем с термина "компютърен модел".

В момента компютърният модел най-често се разбира като:

Условно изображение на обект или някаква система от обекти (или процеси), описани с помощта на взаимосвързани компютърни таблици, блок-схеми, диаграми, графики, чертежи, анимационни фрагменти, хипертекстове и т.н. и показващи структурата и връзките между елементите на обекта. компютърни моделище наричаме този тип структурно-функционален;

Отделна програма, набор от програми, софтуерен пакет, който позволява, използвайки последователност от изчисления и графично показване на техните резултати, да възпроизвежда (симулира) функционирането на обект, система от обекти, подложени на въздействие върху обект на различни (обикновено случайни) фактори. Ние ще наричаме такива модели симулационни модели.

Компютърната симулация е метод за решаване на задачата за анализ или синтез на сложна система въз основа на използването на нейния компютърен модел.

Същността на компютърното моделиране се състои в получаването на количествени и качествени резултати от съществуващия модел. Качествените заключения, получени от резултатите от анализа, позволяват да се открият неизвестни преди това свойства на сложна система: нейната структура, динамика на развитие, стабилност, цялост и т.н. Количествените заключения са главно в естеството на прогнозиране на някои бъдещи или обяснение на минали стойности на променливите, характеризиращи системата. Компютърното моделиране за раждането на нова информация използва всяка информация, която може да бъде актуализирана с помощта на компютър.

Основните функции на компютъра в симулация:

Да играе ролята на спомагателен инструмент за решаване на проблеми, които се решават с конвенционални изчислителни средства, алгоритми, технологии;

Да играе ролята на средство за поставяне и решаване на нови проблеми, които не могат да бъдат решени с традиционни средства, алгоритми, технологии;

Да играе ролята на средство за проектиране на компютърна среда за обучение и моделиране;

Действа като моделиращ инструмент за придобиване на нови знания;

Играйте ролята на "обучаващи" нови модели (самообучаващи се модели).

Един вид компютърна симулация е изчислителен експеримент. Компютърното моделиране, по-специално, изчислителният експеримент се превръща в нов инструмент, метод на научно познание, нова технологиясъщо и поради нарастващата необходимост да се премине от изучаването на линейни математически модели на системи.

Предмет на компютърна симулация може да бъде: икономическата дейност на фирма или банка, промишлено предприятие, информационна и компютърна мрежа, технологичен процес, всеки реален обект или процес, например процесът на инфлация и изобщо всеки Комплексна система. Целите на компютърното моделиране могат да бъдат различни, но най-често моделирането е, както беше отбелязано по-рано, централната процедура за системен анализ и под системен анализ разбираме допълнително набора от методологични инструменти, използвани за подготовка и вземане на решения за икономически, организационни, социален или технически характер.

Компютърният модел на сложна система трябва, ако е възможно, да показва всички основни фактори и връзки, които характеризират реални ситуации, критерии и ограничения. Моделът трябва да бъде достатъчно универсален, за да описва, ако е възможно, обекти, които са близки по предназначение, и в същото време достатъчно прост, за да позволи извършването на необходимите изследвания на разумна цена.

Всичко това предполага, че моделирането, разглеждано като цяло, е по-скоро изкуство, отколкото зряла наука със самостоятелен набор от средства за показване на явленията и процесите от реалния свят.

Процесът на изучаване на поведението на обект или система от обекти на компютър може да бъде разделен на следните етапи:

Изграждане на модел на съдържание;

Изграждане на математически модел;

Изграждане на информационен модел и алгоритъм;

Кодиране на алгоритъм на език за програмиране;

Компютърен експеримент.

Нека разгледаме процеса на компютърно математическо моделиране, включително числен експеримент с модел.

Моделирането заема централно място в изследването на обект, процес, явление. Тя ви позволява разумно да вземете решение: как да подобрите обекти (процеси), дали е необходимо да създавате нови, как да промените процесите на управление и в крайна сметка как да промените света наоколо към по-добро.

Преди да предприемете каквато и да е работа, трябва ясно да си представите началната и крайната точка на дейността, както и нейните приблизителни етапи. Същото може да се каже и за моделирането.

Отправната точка тук е прототипът. Това може да бъде съществуващ или планиран обект или процес.

Последният етап е вземането на решение. На този етап или създаваме нов обект (процес), чийто модел сме изучавали, или подобряваме съществуващия, или получаваме допълнителна информация за него.

Нека разгледаме процеса на решаване на задача на компютър, като използваме следния пример: нека изучим полета на гюле, изтласкано от спортист. Нека изградим смислен модел, в който разглеждаме движението на ядрото в гравитационното поле на Земята. Този модел разглежда само онези параметри, които характеризират движението на ядрото (скорост и координати), и игнорира други параметри (температура на ядрото, неговия цвят и др.).

Сега нека изградим математически модел, който се основава на някои опростявания, което прави етапа на изграждане на математически модел много отговорен, тъй като неправилно избраният модел ще доведе до неправилни резултати.

Съществуващ физическа системаописан с помощта на опростен математически модел. Ядрото е материална точка, съпротивлението на въздуха, скоростта на вятъра и параметрите на атлета се пренебрегват, ние считаме, че ускорението на свободното падане е постоянно g = 9,8 m/s2. Ядрото се изтласква от спортиста със скорост V под ъгъл спрямо хоризонта.

Математическият модел описва обекта на моделиране с помощта на уравнения.

Нека получим формулите за зависимостта на координатите на снаряда от времето, като се има предвид, че движението е равномерно по оста X и равномерно ускорено по оста Y:

Сега нека изградим информационен модел и алгоритъм. На този етап е необходимо да се определи кои стойности са аргументи и кои са резултатите от алгоритъма, както и да се определи вида на тези стойности. В нашия случай аргументите са: ъгълът на излитане на снаряда a, началната му скорост V и времето на полета t. Резултатът са координатите X и Y. Всички те са променливи с плаваща запетая. Нека конструираме алгоритъм, който ни позволява да определим стойностите на резултатите за различни стойностиаргументи. Построеният алгоритъм е написан под формата на блокова схема:

Фигура 9.5. Блокова схема на алгоритъма за изчисляване на координатите на полета на снаряда

Сега можете да проведете компютърен експеримент. За да направите това, трябва да изтеглите програмата в RAMкомпютър и стартирайте. Компютърният експеримент задължително включва анализ на получените резултати, въз основа на който могат да бъдат коригирани всички етапи от решаването на проблема (математически модел, алгоритъм, програма).

1. Какъв е моделът?

2. За какво се използват моделите?

3. Какво е симулация?

4. Как се класифицират моделите?

5. Какви са етапите на процеса на създаване на модела?

6. Какви видове моделиране се разграничават?

7. Какви модели характеризират информационното моделиране?

8. Какво е формализация?

9. Какви характеристики трябва да притежава една табела?

10. Каква е целта на компютърната симулация?

11. Какво се разбира под компютърен модел?

12. Какви са основните функции и етапи на компютърната симулация?