Kievuz

Свойства моделей

Понятие модели. Назначение и свойства моделей. Графические информационные модели

Свойства моделей

| Информатика и информационно-коммуникационные технологии | Планирование уроков и материалы к урокам | 8 классы | Планирование уроков на учебный год | Понятие модели

Что такое моделирование. Натурные и информационные модели

Что такое моделирование. Формализация

Графические информационные модели. Карта, чертежи и схемы

Графические информационные модели. График — модель процесса

Что такое моделирование
Натурные и информационные модели

Изучаемые вопросы: – Модель – упрощённое подобие реального объекта. – Натурные и информационные модели. – Понятие моделирования и формализации. – Карта как информационная модель. – Чертежи, схемы и графики – примеры графических информационных моделей.

Что такое моделирование

Основные темы параграфа: • натурные модели; • информационные модели; • формализация.

Натурные модели

Сейчас речь пойдет об очень важном в науке понятии — понятии модели. Это слово многим знакомо. Возможно, кто-то из вас занимается техническим моделированием — строит модели кораблей, автомобилей или самолетов.

Такие модели воспроизводят некоторые свойства реальных устройств, например, форму, способность плавать, ездить или летать.

Можно привести и другие примеры моделей: глобус — это модель земного шара, манекен в магазине — модель человека, макет в мастерской архитектора — модель застройки города.

Выше перечислены примеры материальных моделей. Их еще называют натурными моделями.

Как правило, моделируемый объект представляет собой сложную систему. Например, автомобиль состоит из корпуса, двигателя, колес, рулевого управления, салона и пр.

Модель автомобиля, построенная школьником, много проще. В ней, например, может отсутствовать двигатель, электропитание, рулевое управление и другие части, размер ее меньше размера настоящего автомобиля.

Любая модель воспроизводит только те свойства оригинала, которые понадобятся человеку при ее использовании. Например, манекен и производственного робота можно назвать моделями человека.

Манекен нужен для того, чтобы на него можно было надеть одежду для рекламы или для удобства работы портного, но способности ходить, мыслить или разговаривать от него не требуется.

Поэтому манекен должен воспроизводить лишь форму и размер человеческого тела.

Цель создания производственного робота совсем другая. Робот должен воспроизводить некоторые физические действия человека: уметь брать и перемещать детали, закручивать и раскручивать болты и пр. Но для достижения этих целей внешнего сходства с человеком совсем не требуется.

Свойства объекта, отраженные в модели, зависят от цели моделирования. Модели одного и того же объекта будут разными, если они создаются для разных целей.

Информационные модели

Кроме натурных существуют еще информационные модели. Нетрудно понять, что для информатики именно они и представляют наибольший интерес .

Если натурная модель объекта моделирования — это его физическое подобие, то информационная модель — это его описание.

Способ описания может быть самым разным: вербальным, т. е. словесным описанием на естественном языке, математическим, графическим и др.

Например, чертеж корабля является его графическим описанием, а стало быть, информационной моделью корабля (рис. 2.1).

Понятие объект моделирования надо понимать в самом широком смысле. Это может быть материальный объект: корабль, комета, живая клетка; явление природы: гроза, солнечное затмение; процесс: полет ракеты, изменение стоимости акций на фондовой бирже.

Моделирование — это деятельность человека по созданию модели (натурной или информационной).

В науке существует еще одна разновидность моделей: воображаемые (идеальные) модели. Например, в физике: материальная точка, абсолютно твердое тело, идеальный газ; в математике: геометрическая точка, бесконечность и пр.

Так же как и натурные, информационные модели одного и того же объекта, предназначенные для разных целей, могут существенно различаться.

Вот пример. Нередко людям приходится заполнять всевозможные анкеты, личные карточки. Такие документы можно рассматривать как различные информационные модели человека. По форме они одинаковые (анкеты), а по содержанию разные.

Например, в личной карточке работника предприятия, которая хранится в отделе кадров, о нем имеются следующие сведения: фамилия, имя, отчество, пол, год рождения, место рождения, национальность, адрес проживания, образование, семейное положение.

А в медицинскую карточку того же самого человека заносятся следующие данные: фамилия, имя, отчество, пол, год рождения, группа крови, вес, рост, хронические заболевания. В обществе охотников, членом которого является этот же человек, о нем хранится третий набор сведений.

Как видите, разные цели моделирования — разные информационные модели.

Современным инструментом для информационного моделирования является компьютер. С его помощью воспроизводятся самые сложные объекты, процессы, явления. Такая модель обычно отображается на экране в виде статического (неподвижного) или анимированного (подвижного) изображения, может сопровождаться звуком, т. е. использовать технологию мультимедиа.

Модель — это упрощенное подобие реального объекта. Модель отражает лишь некоторые свойства объекта, существенные с точки зрения цели моделирования.

Для обозначения сложных объектов, состоящих из множества взаимосвязанных частей, в науке используется термин система. В большинстве случаев объектами моделирования являются сложные системы: природные, технические, общественные и др.

Модель используется как заменитель реальной системы для воспроизведения отдельных ее функций, для прогноза ее поведения в определенных условиях.

Источник: https://xn----7sbbfb7a7aej.xn--p1ai/informatika_08_sim/informatika_materialy_zanytii_08_11.html

Понятие модели и объекта, классификация моделей

Свойства моделей

В ходе своей деятельности люди используют модели, т.е. создают образ, копию того объекта, с которым им приходится работать. Человек, когда продумывает план действий, представляет результат своих действий, строит модель в уме.

Определение 1

Модель – это объект, который был создан искусственно с целью упрощенного представления о реальном объекте, процессе или явлении и отражает существенные стороны объекта, который изучается, с точки зрения цели моделирования.

Определение 2

Моделирование – это процесс построения моделей, которые предназначены для изучения и исследования объектов, процессов или явлений.

Объект, для которого создают его модель, называют оригиналом или прототипом. Модель не является абсолютной копией своего прототипа, а лишь отражает основные его качества и свойства, которые являются наиболее существенными для выбранной цели исследования. При создании модели всегда имеют место определенные допущения и гипотезы.

С помощью системного подхода можно создавать полноценные модели. Особенностями системного подхода является:

Ничего непонятно?

Попробуй обратиться за помощью к преподавателям

  • представление изучаемого объекта как системы, описание и исследование элементов которой не выступает как сама цель, а выполняется с учетом их места (наличие подзадач);
  • неотделимость объекта в целом от условий его существования и функционирования;
  • представление объекта как составной части чего-то целого (сам объект является подзадачей);
  • один и тот же элемент, который изучается, рассматривается как элемент с разными характеристиками, функциями и даже принципами построения;
  • на первом месте находятся не только причинные объяснения функционирования объекта, но и необходимость включения его в состав других элементов;
  • наличие у объекта большого количества индивидуальных характеристик и степеней свободы;
  • альтернативы решения задач сравниваются в первую очередь по критерию «стоимость – эффективность».

Создание универсальных моделей является следствием использования системного подхода.

Замечание 1

В некоторых случаях моделирование незаменимо. Нельзя, например, устроить ядерную катастрофу для выяснения масштабов возможного заражения, а с помощью компьютерных программ возможен расчет (причем достаточно точный) параметров, которые интересуют исследователей.

Определение 3

Моделирование является основным способом научного познания. В информатике данный способ именуется вычислительным экспериментом и основан на трех основных понятиях: модель – алгоритм – программа.

Компьютер при моделировании используется в трех направлениях:

  1. Вычислительном для прямых расчетов по программе.
  2. Инструментальном при построении базы знаний для преобразования ее в алгоритм и программу.
  3. Диалоговом при поддержании интерфейса между пользователем и компьютером.

Понятие объекта

Объектом моделирования считают любой предмет, процесс или явление, которые изучаются с помощью методов моделирования. При изучении объекта учитывают только те свойства, которые необходимы для достижения цели. Выбор необходимых свойств объекта при построении модели является наиболее важным моментом на первых этапах моделирования.

Определение 4

Модель объекта – это:

  1. система, которую можно мысленно представить или материально реализовать, которая отображает или воспроизводит объект исследования, и при этом способна заменить его таким образом, что изучение этой системы дает новую информацию об объекте;
  2. объект-заместитель, учитывающий реальные свойства объекта, которые необходимы для достижения цели.

Основной функцией модели является описание объекта и получение информации о нём.

Любой объект можно представить как совокупность элементов, объединенных в единое целое. Однако невозможно изучить все свойства объекта в целом, если изучать каждый элемент объекта отдельно.

Сила связи между элементами значительно мощнее силы связи с элементами, которые не принадлежат объекту, что позволяет выделить объект из окружающей среды.

Любой объект (система), не являющийся неделимым (элементарным), имеет свою структуру.

Определение 5

Структурой объекта является сеть взаимосвязей между его частями, приводящая к появлению свойств, которые отсутствуют у всех и каждой части объекта в отдельности.

Принцип, по которому объединение элементов приводит к появлению у объекта новых свойств, которые являются отличными от свойств элементов, называется принципом организации.Например, из совокупности отдельных деталей можно собрать какой-то целостный прибор.

Классификация моделей

Классификация моделей относится к проблеме распознавания образов. Каждый класс имеет некоторые характеристические признаки и по этим признакам осуществляется классификация.

Классификация моделей основывается на анализе информации об объекте и отнесении объекта к определенному классу из заданного их набора. Одним из наиболее общих критериев классификации служит способ отображения объектов:

  1. I класс моделей:

    • Изобразительная модель – простейший тип модели. Это подобие оригинала, отображающие лишь внешние свойства объектов. Например, фотографии, рисунки, картины, фарфоровые и другие фигуры и т.д. С помощью фотографии невозможно отобразить характер, темперамент, а рост можно представить только относительно.
    • Аналоговая модель – это вспомогательный объект, природа которого отличается от природы изучаемого объекта, и который замещает изучаемый объект настолько, что его изучение дает полезные сведения об исходном объекте. Это модель, в которой совокупность одних свойств представляют в виде совокупности других свойств. Аналоговое моделирование основывается на теории подобия. Например, лекарства имеют разные названия, но обладают одинаковым действием, хотя имеют различные ингредиенты.
    • Символьная модель – модель, в которой объект описывается на формальном языке, который состоит из конечного набора символов, правил отношений между ними и правил интерпретации этих символов. Например, алгоритмические языки программирования, совокупность знаков, которые обозначают правила дорожного движения. К символьным моделям также относятся математические модели, которые содержат множество математических символов, знаков, уравнений, множеств и т.д.
  2. II класс моделей:

    • Познавательная модель – форма организации и представления знаний через соединение новых знаний с уже имеющимися. В познавательной модели всегда отображается реальность и модель подгоняется под реальность.
    • Прагматическая модель – способ представления образцово-правильных действий или их результатов. Она играет роль стандарта и имеет нормативный характер. В прагматической модели всегда действительность «подгоняется» под модель.
  3. III класс моделей:

    • Статическая модель отображает какое-либо состояние объекта в фиксированный момент времени.
    • Динамическая модель отображает переход объекта из состояния в состояние.

Замечание 2

Одну модель можно отнести сразу к нескольким классам. В реальности не существует объекта, который принадлежит к какому-либо одному классу моделирования.

Множество вариантов классификаций моделей говорит о том, что любая модель зависимо от критерия классификации может относится к различным классам и что между этими классами не всегда проходит четкая грань, которая позволяет выполнять однозначную классификацию моделей.

Источник: https://spravochnick.ru/informacionnye_tehnologii/informacionnye_modeli_i_modelirovanie/ponyatie_modeli_i_obekta_klassifikaciya_modeley/

Свойства моделей

Свойства моделей

  • Конечность: модель отображает оригинал лишь в конечном числе его отношений и, кроме того, ресурсы моделирования конечны;

  • Упрощенность: модель отображает только существенные стороны объекта;

  • Приблизительность: действительность отображается моделью грубо или приблизительно;

  • Адекватность: насколько успешно модель описывает моделируемую систему;

  • Информативность: модель должна содержать достаточную информацию о системе – в рамках гипотез, принятых при построении модел;

  • Потенциальность: предсказуемость модели и её свойств;

  • Сложность: удобство её использования;

  • Полнота: учтены все необходимые свойства;

  • Адаптивность.

Одни и те же устройства, процессы, явленияи т. д. (далее — «системы») могутиметь много разных видов моделей. Какследствие, существует много названиймоделей, большинство из которых отражаетрешение некоторой конкретной задачи.

Требования к моделям. Моделирование всегда предполагает принятие допущений той или иной степени важности. При этом должны удовлетворяться следующие требования к моделям:

  • адекватность, то есть соответствие модели исходной реальной системе и учет, прежде всего, наиболее важных качеств, связей и характеристик.

    Оценить адекватность выбранной модели, особенно, например, на начальной стадиипроектирования, когда вид создаваемой системы ещё неизвестен, очень сложно.

    В такой ситуации часто полагаются на опыт предшествующих разработок или применяют определенные методы, например,метод последовательных приближений;

  • точность, то есть степень совпадения полученных в процессе моделирования результатов с заранее установленными, желаемыми. Здесь важной задачей является оценка потребной точности результатов и имеющейся точности исходных данных, согласование их как между собой, так и с точностью используемой модели;

  • универсальность, то есть применимость модели к анализу ряда однотипных систем в одном или нескольких режимах функционирования. Это позволяет расширить область применимости модели для решения бо́льшего круга задач;

  • целесообразная экономичность, то есть точность получаемых результатов и общность решения задачи должны увязываться с затратами на моделирование. И удачный выбор модели, как показывает практика, — результат компромисса между отпущенными ресурсами и особенностями используемой модели;

  • и др.

Выбормодели и обеспечение точности моделированиясчитается одной из самых важных задачмоделирования.

Основные этапы моделирования.Моделирование– процесс созданияи использования модели. Моделированиеявляется обязательной частью исследованийи разработок, неотъемлемой частью нашейжизни, поскольку сложность любогоматериального объекта и окружающегоего мира бесконечна вследствиенеисчерпаемости материи и форм еёвзаимодействия внутри себя и с внешнейсредой.

Цели моделирования

  • Познание действительности

  • Проведение экспериментов

  • Проектирование и управление

  • Прогнозирование поведения объектов

  • Тренировка и обучения специалистов

  • Обработка информации

Все этапы моделирования определяютсяпоставленной задачей и целямимоделирования. В общем случае процесспостроения и исследования модели можнопредставить следующей схемой:

Первый этап— постановказадачи включает в себя стадии:описаниезадачи, определение цели моделирования,анализ объекта.

  • Описание задачи.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?…».

    В задачах, относящихся ко второй группе, требуется определить, какое надо произвести воздействие на объект, чтобы его параметры удовлетворяли некоторому заданному условию, «как сделать, чтобы?..».

  •  Определение цели моделирования. На этой стадии необходимо среди многих характеристик (параметров) объекта выделить существенные.

    Для одного и того же объекта при разных целях моделирования существенными будут считаться разные свойства.

    Определение цели моделирования позволяет четко установить, какие данные являются исходными, что требуется получить на выходе и какими свойствами объекта можно пренебречь. Строитсясловесная модельзадачи.

  • Анализ объектаподразумевает четкое выделение моделируемого объекта и его основных свойств.

Второй этап— формализациязадачи связан с созданиемформализованноймодели, то есть модели, записаннойна каком-либо формальном языке. Например,данные переписи населения, представленныев виде таблицы или диаграммы — этоформализованная модель.

В общем смысле формализация —это приведение существенных свойств ипризнаков объекта моделирования квыбранной форме. Формальная модель –это модель, полученная  в результатеформализации.

Третий этап— разработкамодели начинается с выбора инструментамоделирования, другими словами,программной среды, в которой будетсоздаваться и исследоваться модель. Отэтого выбора зависиталгоритмпостроениямодели, а также форма его представления.В среде программирования этопрограмма,написанная на соответствующем языке.

В прикладных средах (электронные таблицы,СУБД, графических редакторах и т. д.) этопоследовательность технологическихприемов, приводящих к решению задачи.Одну и ту же задачу можно решить, используяразличные среды. Выбор инструментамоделирования зависит, в первую очередь,от реальных возможностей, как технических,так и материальных.

Четвертый этап— экспериментвключает две стадии: тестирование моделии проведение исследования.

  • Тестирование модели процесс проверки правильности построения модели. На этой стадии проверяется разработанный алгоритм построения модели иадекватностьполученной модели объекту и цели моделирования.

    Для проверки правильности алгоритма построения модели используется тестовые данные, для которых конечный результат заранее  известен (обычно его определяют ручным способом). Если результаты совпадают, то алгоритм разработан верно, если нет — надо искать и устранять причину несоответствия.

    Тестирование должно быть целенаправленным и систематизированным, а усложнение тестовых данных должно происходить постепенно.

    Чтобы убедиться, что построенная модель правильно отражает существенные для цели моделирования свойства оригинала, то есть является адекватной, необходимо подбирать тестовые данные, которые отражают  реальную ситуацию.

  • Исследование модели.К этой стадии можно переходить только после того, как тестирование модели прошло успешно, и вы уверены, что создана именно та модель, которую необходимо исследовать.

Пятый этап— анализ результатовявляется ключевым для процессамоделирования. Именно по итогам этогоэтапа принимается решение: продолжатьисследование или закончить.

Еслирезультаты не соответствуют целямпоставленной задачи, значит, на предыдущихэтапах были допущены ошибки. В этомслучае необходимокорректироватьмодель, то есть возвращаться к одномуиз предыдущих этапов.

Процесс повторяетсядо тех пор, пока результаты экспериментане будут отвечать целям моделирования.

Информационная модель объекта —модельобъекта,представленная в видеинформации,описывающей существенные для данногорассмотренияпараметрыипеременныевеличиныобъекта, связимежду ними, входы и выходы объекта ипозволяющая путём подачи на модельинформации об изменениях входных величинмоделировать возможные состоянияобъекта.Информационныемоделинельзя потрогать или увидеть, они неимеют материального воплощения, потомучто строятся только на информации.Информационная модель — совокупностьинформации, характеризующая существенныесвойства и состояния объекта, процесса,явления, а также взаимосвязь с внешниммиром.

Виды информационных моделей:

1. Описательные информационные модели– это модели, созданные на естественномязыке (т.е. на любом языке общения междулюдьми: английском, русском, китайском,мальтийском и т.п.) в устной или письменнойформе.

2. Формальные информационные модели– это модели, созданные на формальномязыке (т.е. научном, профессиональномили специализированном). Примерыформальных моделей: все виды формул,таблицы, графы, карты, схемы и т.д.

3. Хроматические (информационные)модели– это модели, созданные наестественном языке семантики цветовыхконцептов и их онтологических предикатов(т.е.

на языке смыслов и значений цветовыхканонов, репрезентативно воспроизводившихсяв мировой культуре).

Примеры хроматическихмоделей: “атомарная” модельинтеллекта (АМИ), межконфессиональнаяимманентность религий (МИР), модельаксиолого-социальной семантики (МАСС)и др., созданные не базе теории иметодологии хроматизма.

Рассмотрим подробнее класс информационныхмоделей с позиции способов представленияинформации. Форма представленияинформационной модели зависит от способакодирования (алфавита) и материальногоносителя.

Воображаемое(мысленное илиинтуитивное) моделирование – это мысленноепредставление об объекте. Такие моделиформируются в воображении человека исопутствуют его сознательной деятельности.

Они всегда предшествуют созданиюматериального объекта, материальной иинформационной модели, являясь однимиз этапов творческого процесса.

Например,музыкальная тема в мозгу композитора- интуитивная модель музыкальногопроизведения.

Вербальноемоделирование (относитсяк знаковым) – это представлениеинформационной модели средствамиестественного разговорного языка(фонемами). Мысленная модель, выраженнаяв разговорной форме, называется вербальной(от латинского слова verbalize – устный).

Форма представления такой модели -устное или письменное сообщение.Примерами являются литературныепроизведения, информация в учебныхпособиях и словарях, инструкциипользования устройством, правиладорожного движения.

Наглядное(выражено на языке представления)моделирование– это выражение свойстворигинала с помощью образов. Например,рисунки, художественные полотна,фотографии, кинофильмы. При научноммоделировании понятия часто кодируютсярисунками –иконическоемоделирование.

Сюда же относятсягеометрическиемодели – информационные модели,представленные средствами графики.

Образно-знаковое моделирование используетзнаковые образы какого-либо вида: схемы,графы, чертежи, графики, планы, карты. Кэтой группе относятся структурныеинформационные модели, создаваемые длянаглядного изображения составных частейи связей объектов. Наиболее простые ираспространенные информационныеструктуры – это таблицы, схемы, графы,блок-схемы, деревья.

Знаковое (символическое выражено наязыке описания)моделированиеиспользует алфавиты формальных языков:условные знаки, специальные символы,буквы, цифры и предусматривает совокупностьправил оперирования с этими знаками.Примеры: специальные языковые системы,физические или химические формулы,математические выражения и формулы,нотная запись и т. д. Программа, записаннаяпо правилам языка программирования,является знаковой моделью.

Одним из наиболее распространенныхформальных языков является алгебраическийязык формул в математике, которыйпозволяет описывать функциональныезависимости между величинами. Составлениематематической модели во многих задачахмоделирования хоть и промежуточная, ноочень существенная стадия.

          Втех случаях, когда моделированиеориентировано на исследование моделейс помощью компьютера, одним из его этаповявляется разработкакомпьютерноймодели.

Компьютернаямодель– это созданный за счет ресурсовкомпьютера виртуальный образ, качественнои количественно отражающий внутренниесвойства и связи моделируемого объекта,иногда передающий и его внешниехарактеристики.

     Компьютернаямодель представляет собой материальнуюмодель, воспроизводящую внешний вид,строение или действие моделируемогообъекта посредством электромагнитныхсигналов. Разработке компьютерноймодели предшествуют мысленные, вербальные,структурные, математические иалгоритмические модели.

Источник: https://StudFiles.net/preview/1847721/page:2/

ovdmitjb

Add comment