Государственный Медицинский Университет г Семей СРС Формализация Тема

Государственный Медицинский Университет г. Семей СРС Формализация. Тема: Понятие формализаций, основные формы формализации информаций: формула, текст, таблица, граф, алгоритм. Выполнила: Шагалакова А. 103 гр ОМФ Проверила: Букатаева А. Б. Семей, 2010 г.

План 1. Введение 2. Основная часть: а) формализация б) основные формы формализации 3. Заключение 4. Список литературы

Введение n n n Свойства модели, как объекта изучения, во многом определяются выбором языка моделирования и свойствами основных объектов этого языка, и об этом также необходимо говорить с обучаемыми, поскольку языковая культура — неотъемлемый элемент общей культуры человека и его информационной культуры. Основные языки информационного моделирования: в общении — естественный язык (неформализованный); в познании — язык математики (формализованный); в практической деятельности — формальные языки. В каждом из этих языков утвердились свои выразительные приемы и способы формализации, знание которых способствует более полному восприятию конкретной модели, пониманию заложенного в ней смысла. Например, такой объект математики, как функцию, можно выразить с помощью формулы, графика, таблицы. Каждый из этих способов позволяет получить информацию о функции, но информация в разных случаях будет иметь свою специфику. То же можно сказать про такие объекты научного языка, как определения.

Формализация К предметной области информатики относятся средства и методы компьютерного моделирования. Компьютерная модель может быть создана только на основе хорошо формализованной информационной модели. n n n Модель – некоторое упрощенное подобие реального объекта, который отражает существенные особенности (свойства) изучаемого реального объекта, явления или процесса Моделирование – метод познания, состоящий в создании и исследовании моделей. Т. е. исследование объектов путем построения и изучения моделей Формализация – процесс построения информационных моделей с помощью формальных языков Формализация информации о некотором объекте — это ее отражение в определенной форме. Можно еще сказать так: формализация — это сведение содержания к форме. Формулы, описывающие физические процессы, — это формализация этих процессов. Радиосхема электронного устройства — это формализация функционирования этого устройства. Ноты, записанные на нотном листе, — это формализация музыки и т. п. Формализованная информационная модель — это определенные совокупности знаков (символов), которые существуют отдельно от объекта моделирования, могут подвергаться передаче и обработке. Реализация информационной модели на компьютере сводится к ее формализации в форматы данных, с которыми "умеет" работать компьютер. Но можно говорить и о другой стороне формализации применительно к компьютеру. Программа на определенном языке программирования есть формализованное представление процесса обработки данных. Это не противоречит приведенному выше определению формализованной информационной модели как совокупности знаков, поскольку машинная программа имеет знаковое представление. Компьютерная программа — это модель деятельности человека по обработке информации, сведенная к последовательности элементарных операций, которые умеет выполнять процессор ЭВМ. Поэтому программирование на ЭВМ есть формализация процесса обработки информации. А компьютер выступает в качестве формального исполнителя программы.

Метод формализации Формализация - представление какой-либо содержательной области (рассуждений, доказательств, процедур классификации информации и т. п. ) в виде формальной системы. Формальная система - это знаковая модель, задающая множество объектов путем описания исходных объектов и правил построения новых. Язык является той знаковой системой, которая позволяет осуществлять информационный обмен в любой социальной системе. Наряду с естественными языками в информатике разработаны и формальные языки: системы счисления, алгебры высказываний, языки программирования. С помощью формальных языков строятся формальнологические модели.

В процессе познания окружающего мира человечество постоянно использует моделирование и формализацию. При изучении нового объекта сначала обычно строится его описательная информационная модель на естественном языке, затем она формализуется, то есть выражается с использованием формальных языков (математики, логики и др. ).

Визуализация формальных моделей. n n В процессе исследования формальных моделей часто производится их визуализация. Для визуализации алгоритмов используются блок-схемы: пространственных соотношений между объектами – чертежи; моделей электрических цепей - электрические схемы; логических моделей устройств - логические схемы и так далее. Так при визуализации формальных физических моделей с помощью анимации может отображаться динамика процесса, производиться построение графиков изменения физических величин и так далее. Визуальные модели обычно являются интерактивными, то есть исследователь может менять начальные условия и параметры протекания процессов и наблюдать изменения в поведении модели.

В качестве примера можно рассмотреть модель, которая демонстрирует свободные колебания математического маятника. С помощью анимации показываются движение тела и действующие силы, строятся графики зависимости от времени угловой координаты или скорости, диаграммы потенциальной и кинетической энергий (рис). Исследователь может изменять длину нити L, угол начального отклонения маятника φ0 и коэффициент вязкого трения b.

Первым этапом любого исследования является постановка задачи, которая определяется заданной целью. Задача формулируется на обычном языке. По характеру постановки все задачи можно разделить на две основные группы. К первой группе можно отнести задачи, в которых требуется исследовать, как изменятся характеристики объекта при некотором воздействии на него, «что будет, если? …» . Вторая группа задач: какое надо произвести воздействие на объект, чтобы его параметры удовлетворяли некоторому заданному условию, «как сделать, чтобы? . . » . Второй этап - анализ объекта. Результат анализа объекта – выявление его составляющих (элементарных объектов) и определения связей между ними. Третий этап – разработка информационной модели объекта. Построение модели должно быть связано с целью моделирования. Каждый объект имеет большое количество различных свойств. В процессе построения модели выделяются главные, наиболее существенные, свойства, которые соответствуют цели Все то, о чем говорится выше – это формализация, т. е замена реального объекта или процесса его формальным описанием, т. е. его информационной моделью.

n n Построив информационную модель, человек использует ее вместо объекта-оригинала для изучения свойств этого объекта, прогнозирования его поведения и пр. Прежде чем строить какое-то сложное сооружение, например мост, конструкторы делают его чертежи, проводят расчеты прочности, допустимых нагрузок. Таким образом, вместо реального моста они имеют дело с его модельным описанием в виде чертежей, математических формул. Формализация — это процесс выделения и перевода внутренней структуры объекта в определенную информационную структуру — форму. Моделирование любой системы невозможно без предварительной формализации. По сути, формализация — это первый и очень важный этап процесса моделирования.

Представление информации в форме графа Граф - совокупность ячеек, соединённых между собой линиями. Эти точки называются вершинами графа. Линии, соединяющие вершины, называются дугами, если задано направление от одной вершины к другой, или рёбрами, если направленность двусторонняя. Граф называется взвешенным, если вершины или рёбра (дуги) характеризуются некоторой дополнительной информацией - весом вершины или ребра (дуги). Формализация при построении графа включает в себя следующие этапы:

n n n выявление всех элементов объекта определение характеристик элементов (названий, номеров, весов и т. д. ) установление наличия и вида связей (односторонняя или двусторонняя) между элементами определение характеристик связей - весов рёбер и дуг. выбор формы изображения вершин и рёбер, ввод условных обозначений в случае необходимости представление выделенных элементов и связей в графическом виде.

n n Дерево - особый вид графа, применяемый при моделировании объекта, элементы которого находятся в отношении иерархии (подчинения и соподчинения) Корнем дерева называется вершина, соответствующая основному (центральному, главному, родовому) элементу моделируемого объекта. Листьями дерева называют вершины графа, у которых нет "подчинённых" вершин. Формализация при построении дерева сводится к выявлению основного элемента рассматриваемого объекта (вершина нулевого уровня - корень дерева, элементов, которые находятся в непосредственном подчинении у основного элемента (вершины 1 -ого уровня), элементов, находящихся в непосредственном подчинении у вершин 1 -ого уровня (вершины 2 -ого уровня) и т. д.

n n Классификация - система соподчинённых понятий (классов объектов, явлений) в какой - либо отрасли знания, составленная на основе учёта общих признаков объектов и закономерных связей между ними. Представляется чаще всего в виде иерархического графа (дерева) или таблицы. Реляционная (табличная), сетевая (графовая) и иерархическая (древовидная) модели являются основными для представления данных в базах данных

Алгоритм – понятное точное предписание, ведущее от исходных данных к получению результата.

Алгоритмы и способы их описания. Как было отмечено работа по решению задач с использованием компьютера делится на несколько этапов. Основными этапами при этом является формализация и алгоритмизация решаемой задачи. На этапе формализации задача переводится на язык математических формул, уравнений, отношений. Если решение требует математического описания какого-то реального объекта, явления или процесса, то формализация равносильна получению соответствующей математической модели. После формализации описывается алгоритм решения задачи. Опытные программисты часто сразу пишут программы на языках программирования, не прибегая к каким-либо специальным способам описания алгоритмов. Однако в учебных целях полезно использовать эти средства, а затем переводить полученный алгоритм на язык программирования.

n n Под алгоритмом понимается конечная последовательность точно сформулированных правил, которые позволяют решать те или иные классы задач. Алгоритм является одним из фундаментальных понятий в информатике. В настоящее время понятие алгоритма трактуется шире. Алгоритм – это последовательность команд управления каким-либо исполнителем. До появления вычислительной техники и языков программирования для записи алгоритмов пользовались средствами обычного языка (словесное представление алгоритмов).

СВОЙСТВА АЛГОРИТМА 1. 2. 3. 4. Понятность исполнителю, т. е все указания должны быть понятны тому, кто выполняет алгоритм. Определенность означает однозначность толкования элементов алгоритма Результативность заключается в возможности получения определенного результата для допустимых исходных данных за конечное число шагов Универсальность означает возможность применения алгоритма для решения не одной, а целого класса аналогичных задач.

Важной составляющей алгоритмов являются логические условия. Это связано с тем, что в жизни очень редко встречаются задачи линейного характера. Вычисление значений логических условий происходит в соответствии с аксиомами алгебры логики. Алгебра логики оперирует с высказываниями. Под высказыванием понимают повествовательное предложение, относительно которого имеет смысл говорить, истинно или ложно. Существует несколько форм представления алгоритмов: Словесная, Таблицы решения и Блок-схемы.

Блок-схема алгоритма – наглядное графическое изображение структуры алгоритма. Она строится сверху вниз из блоков, соединенных линиями со стрелками, которые показывают направление процесса обработки.

ОСНОВНЫЕ БЛОКИ Выполнение операции Начало и конец алгоритма Выбор направления, в зависимости от условия Х > 0 Ввод / Вывод

Формулы – это основы математического моделирования Математическое моделирование — это наиболее распространенный вид моделирования в науке, именно поэтому язык математики называют универсальным языком науки. Математические формулы возникают в большинстве случаев как результат исследования реальных физических, экономических, социальных систем. Основное их назначение — описание наблюдаемого поведения систем и предсказание свойств и поведения этих систем за пределами видимых наблюдений.

При работе с математическими моделями нас интересует именно смысл формул, информация, заложенная в знаках и их взаимном расположении. Со стереотипом противопоставления математического и информационного видов моделирования тесно связан взгляд на информационную модель только как на словесное описание той или иной степени формализации. Но ведь существенные стороны объекта моделирования можно передать на любом языке описания (неформализованном разговорном, формализованном научном, формальном языке программирования) или представления информации (неформализованном — рисунок, формализованном — схема, формальном — чертеж). Поэтому и описание внешности героя в литературном произведении, и блок-схему алгоритма вполне обоснованно следует рассматривать как информационные модели.

С трудностями восприятия обучаемыми формализованной информации сталкивался каждый. «Чтение» формул, графиков, чертежей, таблиц, программ — далеко не тривиальная задача, так же как и их создание. Причем это справедливо и для школьников, и для студентов, и для специалистов. Связано это с тем, что формализованная информация предстает практически в « безизбыточном » виде, когда не только каждый знак, но и их взаимное расположение несут определенный смысл. Хорошо известный принцип «лени» в коммуникации гласит, что каждый говорящий стремится сообщить как можно меньше информации, а каждый слушающий, напротив, хочет получить ее как можно больше, чтобы самому меньше вдумываться в смысл высказывания. А при работе с формализованной информацией «вдумываться» приходится очень много, и если нет сформированных навыков, то приходится тратить много усилий на «развертывание смысла» , особенно если его необходимо выразить вербально.

Заключение Целенаправленная работа по формированию навыков формализации (то есть умения правильно выбирать форму представления информации в зависимости от стоящей задачи и сводить информацию к выбранной форме) приводит, как показывает практика, к хорошим результатам. Поэтому в содержание обучения информатике целесообразно включение вопросов, связанных со способами формализации. В данной работе я постаралась раскрыть компоненты и приемы формализации текстовой информации (в обыденном понимании слова «текст» ), представления информации в формульном виде, в табличной форме, в форме графа; рассмотреть алгоритмы и программы как информационные модели; показать, что разные формы представления информации не противопоставляются, а, напротив, дополняют друга, и при решении задач часто приходится переходить от одной формы к другой.

Список использованной литературы 1. 2. 3. Анализ методики преподавания линии "Моделирование и Формализация" по Бешенкову, Москва - 1988 г. Н. Н. Моисеев «Алгоритмы развития» , Москва 1979 г. Г. В. Лейбниц «Nova Methodvs pro maximis et minimis, itemque tangentibus…» 1684 г.