Типы информационных моделей

Классификация моделей по форме представления

Классификация моделей по фактору времени

Классификация моделей по области использования

Необходимость создания моделей

РАЗДЕЛ 4. МОДЕЛИ РЕШЕНИЯ ФУНКЦИОНАЛЬНЫХ И ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫХ ЗАДАЧ

Лекция № 5. Основы моделирования – 2 час.

Моделирование как метод познания. Классификация и формы представления моделей. Методы и технологии моделирования. Информационная модель объекта

Самостоятельная работа студента (СРС) – 8 час. Работа с электронными учебниками [7]–[11]

Моделирование как метод познания. Классификация и формы представления моделей. Методы и технологии моделирования. Информационная модель объекта

XVII. Моделирование
Самостоятельная работа: [1] стр. *–*, *–*, [2] стр. *–*, *–*, –*,
[3] стр. *–*; [4] стр. *–*

Модель – упрощённое подобие реального объекта, процесса или явления, которое отражает его существенные особенности.

Сущность – обобщённое название объекта, явления или процесса, которое изучается с помощью моделирования.

Атрибуты (параметры) – характеристики сущности, которые учитываются в её модели.

Моделирование – метод познания, состоящий в создании и исследовании моделей изучаемых сущностей.

Каждому сущности можно сопоставить несколько моделей в зависимости от того, для какой цели она создаётся. Пример: возможные модели человека: для отдела кадров на работе – это его анкета или резюме, в которых учитываются атрибуты, необходимые в профессиональной деятельности; для поликлиники – медицинская карта, в которой учитываются атрибуты здоровья; для приятелей – черты характера и набор его хобби, для портного – геометрические размеры тела.

1. Исследования на оригинале экономически невыгодно.

2. Изучение приводит к разрушению сущности (моделирование взрывов, методики лечения, хранения продуктов и т. п.).

3. Оригинала нет в действительности (изучение сущностей прошлого или будущего).

4. Необходимо исследование только некоторых свойств оригинала.

КЛАССИФИКАЦИЯ МОДЕЛЕЙ

Признаки классификаций моделей:

1) по области использования;

2) по фактору времени;

3) по отрасли знаний;

4) по форме представления.

Учебные – используются при обучении.

Опытные – это уменьшенные или увеличенные копии проектируемого объекта. Используют для исследования и прогнозирования его будущих характеристик (аэродинамическая труба).

Научно - технические - создаются для исследования процессов и явлений.

Игровые – репетиция поведения объекта в различных условиях.

Имитационные – отражение реальности в той или иной степени (это метод проб и ошибок).

Статические – модели, описывающие состояние системы в определенный момент времени (единовременный срез информации по данному объекту). Примеры моделей: классификация животных…., строение молекул, список посаженных деревьев, отчет об обследовании состояния зубов и т. д.

Динамические – модели, описывающие процессы изменения и развития системы (изменения объекта во времени). Примеры: описание движения тел, развития организмов, процесс химических реакций.

Классификация моделей по отрасли знаний - это классификация по отрасли деятельности человека: математические, биологические, химические, социальные, экономические, исторические и т. д.

Материальные – это предметные (физические) модели. Они всегда имеют реальное воплощение. Отражают внешние свойства и внутреннее устройство исходных объектов, суть процессов и явлений объекта-оригинала. Это экспериментальный метод познания окружающей среды. Примеры: детские игрушки, скелет человека, чучело, макет солнечной системы, школьные пособия, физические и химические опыты, авиамодель истребителя, полоса препятствий.

Информационные модели – целенаправленно отобранная информация об объекте, которая отражает наиболее существенные для исследователя свойства этого объекта.

Формализация – замена реального объекта или процесса его формальным описанием, т. е. его информационной моделью.

Формы представления информационные модели:
– вербальная (в мысленной или разговорной форме, идея изобретателя, рифма в сознании поэта);
– знаковая (выражена специальными знаками).

Виды знаковых моделей:
– геометрические;
– математические;

– структурные (модель кристаллической решётки, модель атома);

– компьютерные.

По уровню формализации:
– хорошо формализованные: можно решить средствами, принятыми в данной предметной области,…
– плохо формализованные: нельзя решить без привлечения эксперта в данной области.

Модели данных.

Абстрактные (мысленные) – при построении модели используются понятия, не существующие в реальной жизни. Пример: модель идеального газа представляет каждую молекулу как материальную точку, т. е. объект, который имеет массу, но не имеет размеров; в модели движения планет вокруг солнца каждая планета тоже представляется как материальная точка.

Вербальные – мысленные модели, выраженные в разговорной форме с помощью естественных языков. Пример: инструкция пилоту самолёта – это вербальная неформализованная модель, так как она пишется на естественном языке.

знаковые (формализованные) – выражены специальными символами, применяемыми в изучаемой предметной области (компьютерные – реализована средствами программной среды, математические, химические и т. д.).

При построении информационных моделей обычно используют некоторые наборы символов (формальные языки). Формализация – процесс построения информационных моделей с помощью формальных языков.

По виду формализации информационные модели бывают образно-знаковые и знаковые.

Например:

Образно-знаковые модели:

Геометрические – рисунок, пиктограмма, чертеж, карта, план, объемное изображение;

Структурные – таблица, граф, схема, диаграмма;

Словесные – описание естественными языками;

Алгоритмические – нумерованный список действий, пошаговое перечисление, блок-схема;

Знаковые модели:

Математические – представлены математическими формулами, отображающими связь параметров;

Специальные – представлены на специальных языках (ноты, химические формулы).

По способу организации данных информационные модели делятся:

Табличные – перечень объектов и их свойств оформляется в виде таблицы. В первый столбец (строку) помещается печень однотипных объектов, а значения их свойств размещаются в следующих столбцах (или строках). Пример: расписание движения поездов – это табличная информационная модель реального перемещения поездов по ж/д.

Иерархические – объекты распределены по уровням. Каждый элемент высокого уровня состоит из элементов нижнего уровня, а элемент нижнего уровня может входить в состав только одного элемента более высокого уровня. Примеры: файловая структура в компьютере (система каталогов), классификации животных, растений. Если из каждого узла выходит только два потомка, то такая структура называется бинарным деревом.

Сетевые – применяют для отражения систем, в которых связи между элементами имеют сложную структуру. Примеры: модель функционирования Интернет: каждый сервер, подключённый к Интернет, может связаться с любым другим сервером в Интернет, и цепочки промежуточных узлов, через которые осуществляется эта связь, могут быть разными; модель взаимодействия пациентов и врачей в больнице: каждого больного обследует несколько врачей и в то же время каждый врач следит за здоровьем нескольких больных; модель взаимодействия студентов и преподавателей в процессе обучения.