Моделирование Моделирование исследование объектов путем построения

Моделирование

Моделирование – исследование объектов путем построения и изучения их моделей Модель –важнейшее понятие информатики. Модель- это некоторое упрощенное подобие реального объекта. Модель- аналог (заместитель) оригинала, отражающий некоторые его характеристики. Информационная модель объекта –описание объекта. Системный анализ - выделение существенных частей и свойств объекта, связи между ними.

КЛАССИФИКАЦИЯ МОДЕЛЕЙ Материальные модели Информационные модели Материальные (натурные) модели воспроизводят геометрические и физические свойства оригинала и всегда имеют реальное воплощение (детские игрушки, наглядные учебные пособия, макеты, модели автомобилей и самолетов и пр. ) Информационная модель – совокупность информации, характеризующая свойства и состояния объекта, процесса, явления, а также их взаимосвязь с внешним миром Знаковые модели Знаковая модель – информационная модель, выраженная специальными знаками (средствами любого формального языка) Математические Графические Математическое описание соотношений между количественными характеристиками объекта моделирования • • • карты чертежи схемы графики диаграммы графы систем Вербальные модели Словесное описание на естественном языке Табличные ТАБЛИЦЫ • • объект - свойство объект - объект двоичные матрицы прочие. . . В науке существует еще одна разновидность моделей: воображаемые (идеальные) модели – материальная точка, абсолютно твердое тело, математический маятник, идеальный газ, бесконечность, геометрическая точка и пр.

МОДЕЛИРОВАНИЕ НАТУРНОЕ И ИНФОРМАЦИОННОЕ Натурные модели Информационные модели Манекен Фотография Кукла Скульптура Производственный робот Видеофильм Объект моделирования Анкета Медицинская карточка Свойства модели зависят от цели моделирования. Модели одного и того же объекта будут разными, если они создаются для разных целей.

ТИПЫ ИНФОРМАЦИОННЫХ МОДЕЛЕЙ Вербальные модели Математические модели Табличные модели Графические модели Информационная модель – совокупность информации, характеризующая свойства и состояния объекта, процесса, явления, а также их взаимосвязь с внешним миром. Одному и тому же объекту можно поставить в соответствие разные информационные модели (вербальные, математические, табличные, графические); все зависит от цели моделирования.

ТИПЫ ИНФОРМАЦИОННЫХ МОДЕЛЕЙ Вербальные модели Математические модели Вербальная модель – это письменное или устное представление информационной модели средствами естественного языка. Примеры вербальных моделей: • информация в учебниках • произведения художественной литературы Табличные модели Графические модели • тексты, описывающие алгоритмы • текстовое описание объектов и процессов

ТИПЫ ИНФОРМАЦИОННЫХ МОДЕЛЕЙ Вербальные модели Математические модели Табличные модели Графические модели Математическая модель - описание математическими формулами соотношений между количественными характеристиками объекта моделирования. Примеры математических моделей: • модель прямолинейного перемещения тела • математическая модель колебаний пружинного маятника периода

ТИПЫ ИНФОРМАЦИОННЫХ МОДЕЛЕЙ Вербальные модели Математические модели Табличная информационная модель – это модель, в которой объекты или их свойства представлены в виде списка, а их значения размещаются в ячейках прямоугольной таблицы. Типы табличных моделей: • таблицы типа «объект-свойство» Табличные модели Графические модели • таблицы типа «объект-объект» • двоичные матрицы

ТИПЫ ИНФОРМАЦИОННЫХ МОДЕЛЕЙ Вербальные модели Графическая информационная модель – это наглядный способ представления объектов и процессов в виде графических изображений. Математические модели Табличные модели Примеры графических информационных моделей: карта Графические модели чертеж схема граф диаграмма график

ТИПЫ ИНФОРМАЦИОННЫХ МОДЕЛЕЙ Вербальные модели Математические модели Табличные модели карта Графические модели чертеж схема граф диаграмма график

ТИПЫ ИНФОРМАЦИОННЫХ МОДЕЛЕЙ Вербальные модели x y Математические модели & A 1 z y B 1 A x B z y У 1 С 1 У 2 С 3 Табличные модели карта Графические модели чертеж схема граф диаграмма график

ТИПЫ ИНФОРМАЦИОННЫХ МОДЕЛЕЙ Вербальные модели Ненаправленный граф Дачи д. Е л о в о ст. Озерная Математические модели д. Подгорная Отношения: « соединение дорогой » (симметричные связи) Ориентированный Лев Нилыч граф Начальная вершина Отношение: «быть дедушкой» Табличные модели Алеша Конечная вершина д. Бобры • Элементы системы, изображенные овалами, называются вершинами • Связи между элементами называются отношениями • ребро – симметричная связь • дуга – несимметричная связь карта Графические модели чертеж схема граф диаграмма график

ТИПЫ ИНФОРМАЦИОННЫХ МОДЕЛЕЙ Вербальные модели Математические модели Молоко Сметана Творог Йогурт Сливки Табличные модели карта Графические модели чертеж схема граф диаграмма график

ТИПЫ ИНФОРМАЦИОННЫХ МОДЕЛЕЙ Вербальные модели To C Математические модели Табличные модели время График изменения температуры карта Графические модели чертеж схема граф диаграмма график

Пример таблицы «объект-свойство» База данных «Домашняя библиотека» НОМЕР АВТОР НАЗВАНИЕ ГОД ПОЛКА 0001 Беляев А. Р. Человек-амфибия 1987 5 0002 Кервуд Д. Бродяги севера 1991 7 0003 Тургенев И. С. Повести и рассказы 1982 1 0004 Олеша Ю. К. Избранное 1987 5 0005 Беляев А. Р. Звезда КЭЦ 1990 5 0006 Тынянов Ю. Н. Кюхля 1979 1 0007 Толстой Л. Н. Повести и рассказы 1986 1 0008 Беляев А. Р. Избранное 1994 7

Пример таблицы «объект-объект» База данных «Успеваемость» УЧЕНИК РУССКИЙ АЛГЕБРА ХИМИЯ ФИЗИКА ИСТОРИЯ МУЗЫКА Аликин Петр 4 5 5 4 4 5 Ботов Иван 3 3 3 4 Волков Илья 5 5 5 Галкина Нина 4 4 5 2 4 4

Пример таблицы «двоичная матрица» База данных «Факультативы» ФАМИЛИЯ ГЕОЛОГИЯ ЦВЕТОВОДСТВО ТАНЦЫ Русанов 1 0 1 Семенов 1 1 0 Зотова 0 1 1 Шляпина 0 0 1

ПРИМЕРЫ ГРАФИЧЕСКИХ МОДЕЛЕЙ x 1 A y y & 1 z x B 1 Диск: A B z

ПРИМЕРЫ ТАБЛИЧНЫХ МОДЕЛЕЙ База данных «Домашняя библиотека» ОБЪЕКТ - СВОЙСТВО НОМЕР АВТОР НАЗВАНИЕ ГОД 0001 Беляев А. Р. Человек-амфибия 1987 0002 Кервуд Д. Бродяги севера 1991 0003 Тургенев И. С. Повести и рассказы ДЕНЬ 0006 Тынянов Ю. Н. Кюхля 0007 Толстой Л. Н. 0008 Беляев А. Р. ПОЛКА 1982 ОСАДКИ 15. 03. 04 Повести и рассказы 16. 03. 04 Избранное 17. 03. 04 Снег 5 База данных «Погода» 1979 1986 Без осадков 1994 Туман 7 ТЕМПЕРАТУРА 1 (градусы С) 1 - 3, 5 1 0 7 1, 0 ДАВЛЕНИЕ (мм рт. ст. ) ВЛАЖНОСТЬ (проценты) 746 67 750 62 740 100 База данных «Успеваемость» РУССК ИЙ АЛГЕБР А ХИМИ Я ФИЗИК А ИСТОРИ Я МУЗЫК А Аликин Петр 4 5 5 4 4 5 Ботов Иван 3 3 3 4 Волков Илья 5 5 5 УЧЕНИК ОБЪЕКТ - ОБЪЕКТ ДВОИЧНАЯ МАТРИЦА База данных «Факультативы» ФАМИЛИЯ ГЕОЛОГИЯ ЦВЕТОВОДСТВО ТАНЦЫ Русанов 1 0 1 Семенов 1 1 0 Зотова 0 1 1

Моделирование – исследование объектов путем построения и изучения их моделей. Этапы разработки компьютерной информационной модели: Объект моделирования (реальная система) Системный анализ Теоретическая информационная модель Перевод в компьютерную форму Компьютерная информационная модель

Моделирование – исследование объектов путем построения и изучения их моделей. Табличный процессор может применяться в качестве инструмента моделирования. Моделирование состоит из следующих этапов: 1. Постановка задачи. Описание задачи на обычном языке. Цель моделирования от этого зависит, какие характеристик существенны, какой инструмент моделирования выбрать Формализация задачи об этом говорят, когда собранные данные будут обрабатывать математическими средствами, выявляются связи между составляющими системы

2. Разработка модели. информационная модель компьютерная модель (модель, реализованная средствами программной среды) 3. Компьютерный эксперимент План эксперимента проведение эксперимента 4. Анализ результатов. Результат определяется на основе результатов компьютерного эксперимента и тестирований. Результат может соответствовать или нет цели моделирования

Модели Учебные Опытные Используются при обучении (тренажеры, пособия, обуч. программы) Уменьшенные, увеличенные копии объектов для исследования его характеристик (автомобиль, корабль) Научнотехнические Исследование процессов и явлений (стенд для проверки телевизоров) Игровые Военные, экономические, спортивные, деловые игры (проверяют реакцию людей) Имитационные Модели повторяющие реальность, метод проб и ошибок, выявление действия лекарств на животных

Модели Статистическая Единовременный срез информации (проверка зубов в классе конкретного числа) Динамическая Картина изменения объекта во времени (медицинская карта ученика отражает лечение зубов на протяжение нескольких лет)

Модели материальные информация имеет материальное воплощение цвет, форму… (глобус, макет города…); Нематериальные (абстрактные) – математические формулы, чертежи, таблицы, текст…

ИНФОРМАЦИОННОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ Классификация моделей Натурные модели Общие свойства моделей Информационные модели Вербальные Графические Табличные Математические Компьютерные модели Компьютерные математические модели Численные методы Вычислительный эксперимент Объекты моделирования Назначение модели Управление в реальном времени Наглядное представление результатов Компьютерные имитационные модели Ограниченность модели Неоднозначность модели Имитация состояния реальной системы со стохастическим поведением ее элементов Транспортные системы Системы массового обслуживания

Информационные модели Образнознаковые Геометрические (карты. чертеж. . ) Структурные (таблицы, схемы. . ) Словесные (описанные естеств. языком) Алгоритмические (блок-схема, нумерованный список) Знаковые Математические Специальные (ноты, хим. формулы) Алгоритмические (ал. языки)