Материальная модель это в информатике: Материальные и информационные модели — Студопедия

11 Понятие модели. Материальные и информационные модели

Понятиемодели. Материальные и информационные модели. Формализация как замена реальногообъекта его информационной моделью.

Моделирование.

Человечество в своей деятельности (научной, образовательной,технологической, художественной) постоянно создает и использует моделиокружающего мира. Строгие правила построения моделей сформулировать невозможно,однако человечество накопило богатый опыт моделирования различных объектов ипроцессов.

Модели позволяют представить в наглядной форме объекты и процессы, недоступныедля непосредственного восприятия (очень большие или очень маленькие объекты,очень быстрые или очень медленные процессы и др.). Наглядные модели частоиспользуются в процессе обучения. В курсе географии первые представления онашей планете Земля мы получаем, изучая ее модель — глобус, в курсе физикиизучаем работу двигателя внутреннего сгорания по его модели, в химии приизучении строения вещества используем модели молекул и кристаллических решеток,в биологии изучаем строение человека по анатомическим муляжам и др.

Модели играют чрезвычайно важную роль в проектировании и создании различныхтехнических
устройств, машин и механизмов, зданий, электрических цепей и т. д. Безпредварительного создания чертежа — невозможно изготовить даже простуюдеталь, не говоря уже о сложном механизме.

В процессе проектирования зданий и сооружений кроме чертежей частоизготавливают макеты. В процессе разработки летательных аппаратов поведение ихмоделей в воздушных потоках исследуют в аэродинамической трубе. Разработка электрическойсхемы обязательно предшествует созданию электрических цепей и так далее.

Развитие науки невозможно без создания теоретических моделей (теорий,законов, гипотез и пр.), отражающих строение, свойства и поведение реальныхобъектов. Создание новых теоретических моделей иногда коренным образом меняетпредставление человечества об окружающем мире (гелиоцентрическая система мираКоперника, модель атома Резерфорда-Бора, модель расширяющейся Вселенной, модельгенома человека и пр.). Адекватность теоретических моделей законам реальногомира проверяется с помощью опытов и экспериментов.

Все художественное творчество фактически является процессом созданиямоделей. Например, такой литературный жанр, как басня, переносит реальныеотношения между людьми на отношения между животными и фактически создает моделичеловеческих отношений. Более того, практически любое литературное произведениеможет рассматриваться как модель реальной человеческой жизни. Моделями, вхудожественной форме отражающими реальную действительность, являются такжеживописные полотна, скульптуры, театральные постановки и пр.

Моделирование — это метод познания, состоящий в создании иисследовании моделей.

Модель.

Каждый объект имеет большое количество различных свойств. В процессепостроения модели выделяются главные, наиболее существенные для проводимогоисследования свойства. В процессе исследования аэродинамических качеств моделисамолета в аэродинамической трубе важно, чтобы модель имела геометрическоеподобие оригинала, но не важен, например, ее цвет. При построении электрическихсхем — моделей электрических цепей — необходимо учитывать порядок подключенияэлементов цепи друг к другу, но не важно их геометрическое расположение друготносительно друга и так далее.

Разные науки исследуют объекты и процессы под разными углами зрения и строятразличные типы моделей.

В физике изучаются процессы взаимодействия и изменения объектов, в химии —их химический состав, в биологии — строение и поведение живых организмов и такдалее.

Возьмем в качестве примера человека: в разных науках он исследуется в рамкахразличных моделей. В рамках механики его можно рассматривать как материальнуюточку, в химии — как объект, состоящий из различных химических веществ, вбиологии — как систему, стремящуюся к самосохранению, и так далее.

Модель — это некий новый объект, который отражает существенныеособенности изучаемого объекта, явления или процесса.

С другой стороны, разные объекты могут описываться одной моделью. Так, вмеханике различные материальные тела (от планеты до песчинки) могутрассматриваться как материальные точки.
Один и тот же объект может иметь множество моделей, а разные объекты могутописываться одной моделью.

Модели материальные и модели информационные.

Все модели можно разбить на два больших класса: модели предметные(материальные) и модели информационные. Предметные модели воспроизводятгеометрические, физические и другие свойства объектов в материальной форме(глобус, анатомические муляжи, модели кристаллических решеток, макеты зданий исооружений и др.).

Информационные модели представляют объекты и процессы в образной илизнаковой форме.
Образные модели (рисунки, фотографии и др.) представляют собой зрительныеобразы объектов, зафиксированные на каком-либо носителе информации (бумаге,фото- и кинопленке и др.). Широко используются образные информационные модели вобразовании (учебные плакаты по различным предметам) и науках, где требуетсяклассификация объектов по их внешним признакам (в ботанике, биологии,палеонтологии и др.).

Знаковые информационные модели строятся с использованием различных языков(знаковых систем). Знаковая информационная модель может быть представлена вформе текста (например, программы на языке программирования), формулы (например,второго закона Ньютона F=ma), таблицы (например, периодической таблицыэлементов Д. И. Менделеева) и так далее.

Иногда при построении знаковых информационных моделей используютсяодновременно несколько различных языков. Примерами таких моделей могут служитьгеографические карты, графики, диаграммы и пр. Во всех этих моделяхиспользуются одновременно как язык графических элементов, так и символьныйязык.

Моделирование и формализация

На протяжении своей истории человечество использовало различные способы и инструментыдля создания информационных моделей. Эти способы постоянно совершенствовались.Так, первые информационные модели создавались в форме наскальных рисунков, внастоящее же время информационные модели обычно строятся и исследуются сиспользованием современных компьютерных технологий.

Формализация. —

Естественные языки используются для создания описательных информационныхмоделей. В истории науки известны многочисленные описательные информационныемодели- например, гелиоцентрическая модель мира, которую предложил Коперник,формулировалась следующим образом:

• Земля вращается вокругсвоей оси и вокруг Солнца-
• орбиты всех планет проходятвокруг Солнца.

С помощью формальных языков строятся формальные информационные модели(математические, логические и др.). Одним из наиболее широко используемыхформальных языков является математика. Модели, построенные с использованиемматематических понятий и формул, называются математическими моделями. Языкматематики является совокупностью формальных языков. —

Язык алгебры позволяет формализовать функциональные зависимости междувеличинами. Так, Ньютон формализовал гелиоцентрическую систему мира, открывзаконы механики и закон всемирного тяготения и записав их в виде алгебраическихфункциональных зависимостей. В школьном курсе физики рассматривается многоразнообразных функциональных зависимостей, выраженных на языке алгебры, которыепредставляют собой математические модели изучаемых явлений или процессов.

Язык алгебры логики (алгебры высказываний) позволяет строить формальныелогические модели. С помощью алгебры высказываний можно формализовать (записатьв виде логических выражений) простые и сложные высказывания, выраженные наестественном языке. Построение логических моделей позволяет решать логическиезадачи, строить логические модели устройств компьютера (сумматора, триггера) итак далее.

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

Визуализация формальных моделей. —

В процессе исследования формальных моделей часто производится ихвизуализация. Для визуализации алгоритмов используются блок-схемы:пространственных соотношений между объектами — чертежи, моделей электрическихцепей — электрические схемы, логических моделей устройств — логические схемы итак далее.

Так при
визуализации формальных физических моделей с помощью анимации можетотображаться динамика процесса, производиться построение графиков измененияфизических величин и так далее. Визуальные модели обычно являютсяинтерактивными, то есть исследователь может менять начальные условия и параметрыпротекания процессов и наблюдать изменения в поведении модели.

—

Материальные и информационные модели

Все модели можно разбить на два больших класса: материальные и информационные.

Материальныемодели. Предметные модели позволяют представить в наглядной материальной форме объекты и процессы, недоступные для непосредственного исследования (очень большие – очень маленькие объекты; очень быстрые – очень медленные процессы и т.д.). Примеры: макеты зданий, модели авто- и авиа-двигателей, глобус как модель планеты Земля, модели молекул и кристаллических решеток, анатомические муляжи и т.п.

Информационныемодели. Эти модели представляют объекты и процессы в образной или знаковой форме, а также в форме таблиц, блок-схем, графов и т.д.

Образныемоделипредставляют собой зрительные образы объектов, зафиксированные на каком-либо носителе, например произведения искусства.

Знаковые информационные моделистроятся с использованием различных языков (знаковых систем). Такая модель может быть представлена в форме текста (милицейский протокол, правила дорожного движения, программа, записанная на языке программирования) или формулы (описание движения некоторого реального тела системой нелинейных уравнений, по второму закону Ньютона или описание процесса распространения тепла дифференциальными уравнениями 2 порядка по закону теплопроводности).

Информационную модель можно представить также в виде таблицы (таблица элементов Менделеева), блок-схемой (алгоритмы).

Иерархические информационные модели. В такой модели объекты распределяются по уровням, от первого (верхнего) уровня до нижнего (последнего) уровня. На первом уровне может располагаться только один элемент. Основное отношение между уровнями – элемент более высокого уровня может состоять из нескольких элементов нижнего уровня, при этом каждый элемент нижнего уровня может входить в состав только одного элемента верхнего уровня. Например, животный мир: типклассотрядсемействородвид; файловая структура: носительпапкапапка…файл.

Удобным наглядным представлением иерархической структуры информационных моделей являются графы.

Граф состоит из вершин, связанных дугами или ребрами. Вершины могут быть изображены кругами, овалами прямоугольниками и др. Связи между вершинами изображаются линиями. Если линия со стрелками, то она называется дугой, если без стрелки, торебром.

Граф, в котором все линии со стрелками, называют ориентированнымграфом. Граф, в котором с вершинами или линиями связана некоторая дополнительная информация, называетсявзвешенным. Вес позволяет отобразить на графе не только структуру системы, но и различные свойства объектов и связей, количественные характеристики и т.д. Графы, имеющие одну вершину верхнего уровня, напоминают деревья, которые растут сверху вниз. Дуги дерева могут связывать объекты только соседних иерархических уровней, причем каждый объект нижнего уровня может быть связан дугой только с одним объектом верхнего уровня.

Пример взвешенного графа – задача коммивояжера. Пример дерева – файловая структура, генеалогическое дерево.

Для построения моделей используют два принципа: дедуктивный(от общего к частному) ииндуктивный(от частного к общему). При первом подходе рассматривается частный случай общеизвестной фундаментальной модели, которая приспосабливается к условиям моделируемого объекта с учетом конкретных обстоятельств. Второй способ предполагает декомпозицию сложного объекта, анализ, а затем синтез (таблица Менделеева).

Построению информационной модели предшествует системный анализ, задача которого состоит в том, чтобы из всего множества элементов реального объекта, его свойств и связей выделить те, которые являются существенными для целей моделирования.

Просматривается следующий порядок этапов перехода от реального объекта к информационной модели, т.е. следующие этапы информационного моделирования:

Реальный объект → Системный анализ → Система данных, существенных для моделирования → Информационная модель.

Любая система существует в пространстве и времени. В зависимости от изменения системы во времени существуют статическиеидинамическиемодели.

Состояние системы в каждый момент времени характеризуется ее структурой, т. е. составом, свойствами элементов, их отношениями и связями между собой. Так, структура Солнечной системы характеризуется составом входящих в нее объектов (Солнце, планеты и пр.), их свойствами (например, размерами) и взаимодействием (силами тяготения).

Модели, описывающие систему в определенный момент времени, т.е. неизменные во времени называются статическимиинформационными моделями. В физике, например, статические информационные модели описывают простые механизмы, в биологии – классификацию животного мира, в химии – строение молекул и т. д.

Состояние системы изменяется во времени, т. е. происходят процессы изменения и развития систем. Так, планеты движутся, изменяется их положение относительно Солнца и друг друга, Солнце, как и любая другая звезда, развивается, меняются ее химический состав, излучение и т.д. Модели, описывающие процессы изменения и развития систем, т.е. модели, состояние которых меняется со временем, называются динамическими информационными моделями. В физике динамические информационные модели описывают движение тел, в биологии — развитие организмов или популяций животных, в химии – процессы прохождения химических реакций и т. д.

Что такое модель в информатике? Виды, примеры :: SYL.ru

В описываемой статье мы разберем подробно, что такое модель в информатике. Рассмотрим виды, а также способы проектирования. В данном разделе имеется множество полезных знаний, которые позволят будущим специалистам в сфере информационных технологий работать без каких-либо усилий. Для того чтобы решить любую задачу, причем неважно, научную или производственную, следует придерживаться цепочки: объект, модель, алгоритм, программа, результат, реализация. Нужно обратить внимание на второй пункт. Если этого звена не будет, то и сама проектировка не подлежит исполнению. Для чего же используется модель, и что под этим словом подразумевается? Далее раскроем этот вопрос.

Модель

Что такое модель в информатике? Благодаря ей можно составить образ какого-либо объекта, который реально существует. Также при необходимости можно отобразить все его свойства и признаки.

Для того чтобы решить какую-то задачу, следует сделать ее модель, ведь именно она и будет использоваться при дальнейшем проектировании. В школьном курсе информатики данные понятия вводятся уже в шестом классе. Однако в самом начале учат детей лишь пониманию, что же это такое.

Классификация

Описываемым термином можно назвать описание какого-либо процесса, его изображение, схему, уменьшенную копию реального объекта и так далее. Учитывая все вышеперечисленное, следует сказать, что модель — довольно широкое понятие. Его можно разделить на группы: материальное, идеальное.

Под первым типом понимают комплекс данных, который представляет собой реальный объект. Это может быть либо тело, либо процесс и так далее. Данная группа делится еще на два типа: физические, аналоговые. Эта классификация полностью условная, так как между указанными двумя подвидами нет никакой четкой черты.

Идеальную модель охарактеризовать еще труднее, потому что она связана полностью с воображением человека, его восприятием мира. К ней также можно отнести и любое произведение искусства, в том числе картины, прозу, спектакли и так далее.

Цели моделирования

Рассматривая, что такое модель в информатике, необходимо также сказать и о целях ее создания.

Моделирование — довольно важный этап, так как он позволяет осуществить большое количество задач. Именно об этом мы далее и поговорим.

Для начала, моделирование позволит человеку больше узнать о том, что его окружает. Если говорить в обширном смысле, то в самой древности люди собирали какие-то данные, информацию, факты и передавали из поколения в поколение. Примером можно назвать модель нашего мира, которая называется “глобус”. В прошлые века, как правило, моделирование было построено на несуществующих объектах, с трудом познаваемыми человеком, которые на данный момент уже имеют свою реализацию в качестве материального предмета. Большинство из них прочно закрепились в нашей жизни. Речь может идти о зонтах, мельницах и так далее.

На данный момент модели систем информатики касаются путей достижения максимального эффекта от принимаемых решений, а также обращают внимание на последствия какого-либо процесса или же действия. Если говорить о последнем подпункте, то в пример можно привести модель, которая выясняет, какие последствия будут в результате повышения стоимости проезда либо после утилизации каких-либо отходов под землей.

Задачи моделирования

Рассматривая, что такое модель в информатике, необходимо еще сказать о задачах данного способа проектирования. Описываемый процесс имеет несколько общих целей, о которых мы и поговорим далее. Если рассматривать более детально, то задачами являются этапы решения каких-либо проблем. То есть, в принципе, таковой можно назвать небольшую цель, с которой необходимо справиться, чтобы достигнуть определенных высот.

Классификация задач

При этом делятся данные задачи на две группы. Речь идет о прямых и обратных. Что касается последних, то подобные формулировки ставят перед разработчиком вопросы типа: “Как увеличить эффективность до максимума?” или “Какое же действие полностью удовлетворит имеющееся условие?” Если говорится о прямых, то такие задачи ставят перед человеком вопросы о том, что будет, если разработчик поступит так или иначе. Нужно заметить: любая прямая формулировка имеет исходные данные, а также ставит конкретные условия.

Вербальная модель

Также необходимо рассказать о видах моделей в информатике. Рассмотрим первую: вербальную. Такой метод моделирования позволяет работать с идеальными или абстрактными вопросами. Следует заметить, что в науке считаются двумя основными видами математический и информационный. Хоть и вербальный на данный момент не сильно распространен, однако он используется. Под ним подразумевают, что все задачи, цели и так далее описываются с помощью букв и связанных предложений. К таковым моделям можно отнести обычную художественную литературу, составленный протокол, какие-либо правила, информацию, описание предмета, явления и так далее.

Математическая модель

Математическая модель — это в информатике один из главных видов проектирования. Она еще известна, как алгоритмическая. Следует заметить, что между математическим и информационным видами граница максимально условная. Об этом уже говорилось ранее.

Если не задаваться сложными терминами, а попытаться объяснить простым языком, то описываемая модель необходима для того, чтобы решить любую задачу или достигнуть цель при помощи математической точки зрения. Следует заметить, что каждый человек в реальной жизни занимается постоянно проектированием такой модели. Допустим, обычная бытовая задача, например, купить что-то в магазине, требует составления таковой. Человек знает, сколько стоят продукты. Необходимо посчитать, какая сумма в итоге нужна для осуществления покупки, сложив все данные. Это является обычным примером математической модели.

Информационная модель

Далее рассмотрим информационную модель в информатике. Ее проектирование изучается в школе. Преподается как базовый тип.

Следует заметить, что с этим видом моделирования нужно ознакомиться любому человеку, который видит свое будущее в IT-сфере. Как правило, все информационные модели создаются при помощи компьютерной техники. Причем речь идет не только конкретно о проектировании каких-то диаграмм, но используются еще и таблицы, рисунки, чертежи, схемы и так далее.

В целом информационная модель представляет собой свойства того объекта, который мы отображаем, максимально описывая его состояние, а также то, насколько он связан с окружающим миром, отношение к другим внешним предметам и влияние на них. Следует отметить, что информационной моделью может служить обычный текст, рисунок, словесное описание, чертеж, формула и так далее.

Такой вид отличается от других вышеперечисленных тем, что он является данными. То есть модель не имеет материального воплощения, так как считается примитивным комплексом информации, представленной в разном виде.

Классификацию моделей в информатике мы уже рассмотрели, теперь следует сказать о том, какой подход следует использовать, чтобы составить идеальную схему.

Необходимо понять, что такое система. Это комплекс элементов, которые взаимодействуют между собой, а также работают вместе для того, чтобы выполнить определенную задачу. Построение модели связано с использованием системного подхода. Объектом будет считаться любой комплекс, который функционирует в качестве единого в специальной среде. Иногда бывает так, что проект довольно сложный, поэтому систему делят на две части.

Цель использования

Приведем примеры моделей в информатике, для того чтобы понять, какими целями руководствуются производители при создании записи.

Следует заметить, что есть такие виды, как учебные, имитационные, игровые и так далее. Рассмотрим их.

К учебным относятся все материалы, при помощи которых осуществляется обучение.

К опытным следует добавить модели уменьшенной копии, создаваемые на основе реальных объектов.

Имитационные могут служить информацией, которая позволит понять, что произойдет в результате какого-либо действия. К примеру, если человек проводит реформу, он должен составить такую модель. Это поможет приблизительно понять то, как люди отреагируют на новые изменения. Либо же, например, чтобы человеку сделать операцию по пересадке какого-либо органа, в самом начале исследований проводится большое количество опытов. Их также можно назвать имитационной моделью. Таким образом, она представляет собой систему проб и ошибок. Это позволяет принимать более оправданные решения.

Игровой моделью является система, которая ставит определенные объекты в какие-либо рамки. Это может быть экономическая, деловая или военная игра. Таким образом, человек способен понять поведение определенного объекта в нужной ему среде.

Научно-техническую следует использовать для того, чтобы изучить какое-либо явление и процесс, который трудно исследовать в обычной жизни. Это может быть создание прибора, имитирующий грозовой разряд, либо же модель движения, полностью копирующая солнечную систему.

Способ представления

Подытоживая все вышесказанное о моделях данных в информатике, необходимо разузнать, как же представляется созданная запись.

Она бывает материальная и нематериальная. К первому виду нужно отнести все копии, которые были сняты с существующих объектов. Таким образом, их можно взять в руки, потрогать, понюхать и так далее. Они даже способны имитировать какие-либо свойства оригинального объекта, а также его действия. Данные материальные модели являются опытным методом проектирования.

К нематериальным относятся те, которые работают на теории. Они идеальные либо же абстрактные. Эта категория также имеет несколько типов. Речь идет об информационных, а еще воображаемых вариантах. Первый представляет собой перечень данных, который касается определенного объекта. Таковыми можно назвать таблицы, рисунки, схемы и так далее.

Однако многих их интересует, почему же данная модель класса информатики считается нематериальной. Текст хоть и напечатан, таблица составлена, но его потрогать нельзя. Именно поэтому данная модель является абстрактной. К слову, среди информационных вариантов записи имеются наглядные примеры.

К воображаемой модели относят то, что называется творческим процессом, то есть все происходящее в сознании человека. Это побуждает его создать на основе данной схемы оригинальный объект.

Информационные модели — урок. Информатика, 11 класс.

Понятие «модель» столь же многозначно, как и понятие «система». Приведём некоторые толкования этого термина в словарях:

1. Схема, изображение или описание какого-либо явления или процесса в природе и обществе;

2. Тип, марка, образец конструкции чего-либо;

3. Воспроизведение предмета в увеличенном или уменьшенном виде;

4. Предмет изображения в искусстве;

5. Образец какого-либо изделия для серийного производства;

6. Образец предмета, служащий для изготовления формы при отливке или воспроизведении в другом материале.

В общем случае под моделью некоторого объекта понимается другой объект (реальный, знаковый или воображаемый), отличный от исходного, который обладает существенными для целей моделирования свойствами и в рамках этих целей полностью заменяет исходный объект. Еще короче можно сформулировать определение этого понятия следующим образом:

Модель (от лат. modulus — мера, образец) — упрощённое представление о реальном объекте, процессе или явлении.

Соответственно, можно дать определение и понятию «моделирование»:

Моделирование — построение моделей для исследования и изучения объектов, процессов, явлений.

Модель предназначена для изучения объекта путем его упрощения и выделения только тех параметров, которые существенны для целей изучения.

Современные научные знания сформированы и опираются на множество моделей, созданных и используемых в процессе познания мироздания.

Степень соответствия разработанных моделей реальным объектам проверяется экспериментально — опытом, на практике.

Каждая наука формирует свой тип моделей: физические, математические, химические, биологические, а также психологические, педагогические, лингвистические и др.

Эти модели могут существенно различаться по назначению, структуре, формам представления, целевым функциям, однако все они в какой-то мере являются неким подобием оригинала.

Классификацию моделей можно провести по разным признакам. Например, по цели моделирования, по способу моделирования, по степени формализации, по степени неопределенности, по временнóй зависимости и т. д. А можно все многообразие моделей разделить на три класса:

1.  материальные;

2.  знаковые;

3.  умозрительные.

К материальным относятся модели, имеющие ту же природу, что и объект моделирования, так и иную материальную природу. Например, для исследования электрических потерь в проводниках используется гидродинамическая модель течения жидкости в тонких трубках, а с помощью резонансного электрического контура исследуются диссипативные характеристики упругих пружин и т. д.

Обрати внимание!

Знаковые модели можно поделить еще на три типа: описательные, математические и информационные.

Описательные модели представляются на обычном (профессиональном) языке общения людей. Это может быть инструкция по использованию какого-то устройства, автореферат диссертации, гражданский паспорт и др.

Математические модели играют огромную роль в научном познании мира с древних лет до настоящего времени. Для описания различных объектов, процессов и явлений в природе и обществе используется математический аппарат — специальный язык математики в виде формул и уравнений.

Информационные модели по аналогии с предыдущими двумя типами формируются с помощью языка информатики — цифрового двоичного кода, в который переводятся сведения (данные), представленные в любой форме, в том числе мультимедийной.

Умозрительные модели формируются в аппарате мышления человека на начальной стадии разработки любой модели. Поскольку разные люди по-разному воспринимают одни и те же объекты, процессы, явления, то и умозрительные модели субъективны. Лишь после их формулирования и отделения от сознания автора они становятся знаковыми или материальными.

Итак, моделей в окружающем нас мире такое же множество, как и систем. А может быть, эти два понятия изоморфны? Как бы то ни было, в познании человеком реального мира оба представления о нём (в виде моделей и систем) используются широко и успешно.

Урок 6. модели и моделирование — Информатика — 11 класс

Информатика, 11 класс. Урок № 6.

Тема — Модели и моделирование

Цели и задачи урока:

1. Обобщить представления о понятиях «модель», «моделирование»; познакомиться с формами и структурами представления моделей, основными этапами моделирования.
2. Узнать роль моделирования в научных и практических исследованиях.
3. Научиться определять адекватность моделей целям моделирования

На уроке вы научитесь:

1. Представлять результаты моделирования в виде, удобном для восприятия человеком.
2. Использовать графическое представление данных (схемы, таблицы, графики) для моделирования.

Из курса школы основной школы вам известно, что:

Модель — это объект, который обладает существенными свойствами другого объекта, процесса или явления и используется вместо него.

Моделирование — это создание и исследование моделей с целью их изучения.

По природе модели делятся на материальные и информационные. Материальные модели обычно представляют собой физическое или предметное представление объекта. Например, архитектор, чтобы представить заказчику здание, сначала строит его уменьшенную копию. Для нас же более интересней рассмотреть именно информационные модели.

Информационные модели — это информация о свойствах оригиналах и его связях с внешним миром.

Среди таких моделей можно выделить вербальные, то есть представленные в виде слов и описаний и знаковые, то есть представленные в виде схем, карт, формул, чертежей.

Еще информационные модели можно различать по фактору времени. Статистические, то есть те, в которых интересующие нас свойства не изменяются со временем, и динамические — это модели, которые описывают движение, развитие.

Сами динамические модели могут быть дискретными и непрерывными. Дискретные модели — это модели, которые описывают поведение оригинала только в отдельные промежутки времени. Непрерывными моделями называются модели, описывающие поведение оригинала для всех промежутков времени.

По характеру связей выделяются детерминированные и стохастические. Детерминированные модели описывают четкую связь между исходными данными и результатом, в стохастических же моделях учитываются случайные события.

При моделировании всегда возникает вопрос: «Можно ли верить полученным результата?» Для этого проверяется свойство модели — АДЕКВАТНОСТЬ.

Адекватность — это совпадение существенных свойств модели и оригинала в рассматриваемой задаче. Доказать адекватность модели можно только в сравнении с оригиналом.

Для этого проверяется:

— не противоречит ли результат моделирования выводам теории,

— подтверждается ли результат моделирования результатами эксперимента.

Таким образом, любое моделирование должно соответствовать следующей схеме.

Такое моделирование позволяет:

1. Существенно расширить круг исследуемых объектов.
2. Исследовать процессы и явления, при необходимости ускорять или замедлять процесс.
3. Находить оптимальное соотношение затрат.
4. Проводить эксперименты без риска негативных последствий.
5. Визуализировать полученные результаты.

Между данными, используемыми в той или иной информационной модели, всегда существует некоторые связи, определяющие ту или иную структуру данных.

Граф является многосвязной структурой, обладающей следующими свойствами:

— на каждый элемент может быть произвольное количество ссылок;

— каждый элемент может иметь связь с любым количеством элементов;

— каждая связка может иметь направление и вес.

Направленная (без стрелки) линия, соединяющая вершины графа, называется ребром.

Линия направленная (со стрелкой) называется дугой.

Граф называется неориентированным, если его вершины соединены ребрами.

Граф называется ориентированным, если его вершины соединены дугами.

Граф называется взвешенным, если его вершины или ребра характеризуются некоторой дополнительной информацией — весами вершин или ребер.

Оформляют таблица в соответствии с ГОСТ 2.105-95 «ЕСКД».

Таблицы могут быть следующими типами:

«Объект — свойство», содержащими информацию о свойствах отдельных объектов, принадлежащих одному классу.

«Объект — объект», содержащими информацию о некотором одном свойстве пар объектов, принадлежащих одному или разным классам.

Классификация информационных моделей — урок. Информатика, 11 класс.

Напомним, что всё многообразие моделей можно условно разделить на три класса: материальные, знаковые и умозрительные. Знаковые модели можно поделить еще на три типа: описательные, математические и информационные.

Информационные модели, в свою очередь, составляют огромное множество различных модельных представлений информационных систем, поэтому их классификацию можно осуществить по разным признакам.

На первом уровне древовидной структуры содержатся два типа информационных моделей: модели объектов и процессов и модели знаний. Модели этих типов различаются по технологии моделирования: в первом случае в основу закладывается формирование базы данных, во втором — базы знаний.

База данных — это структурированная совокупность фактов, относящаяся к определенному объекту (процессу). Например, если рассматривать жёсткий диск компьютера как объект моделирования, то файловая система компьютера будет представлять собой базу данных.

База знаний — это совокупность основополагающих фактов и правил в определенной предметной области.

Факт — это сведения о конкретном событии, о свойстве конкретного объекта, о его связи с другими объектами.

Правила — это утверждения, определяющие одни понятия через другие, устанавливающие взаимосвязи между различными свойствами объектов, формулирующие законы природы или общества.

На основе фактов формируются знания о предметной области, а правила позволяют интеллектуальной системе самой построить программу для выполнения заданий, поставленных пользователем. В базе знаний могут реализовываться процедуры обобщения и корректировки хранимых знаний, а также процедуры, создающие новые знания на основании тех, которые уже там имеются. Таким образом, знания, хранимые в базе знаний, отличаются от данных, хранящихся в базе данных. Во-первых, структура знаний намного сложнее структуры данных. Во-вторых, знания обладают свойством внутренней активности. Изменения в знаниях могут активизировать те или иные программы, связанные с этими знаниями, а смена данных оставляет базу данных пассивной к происшедшим изменениям.

Модели объектов и процессов можно разбить на пять групп: вербальные, математические, кибернетические, табличные, графические.

Под вербальными моделями понимаются описательные модели в цифровом виде, пригодном для обработки на компьютере. В эту группу входят и математические модели, доведенные до стадии алгоритма.

Кибернетические модели — это модели, использующие принцип «чёрного ящика». О внутреннем содержании этого состояния можно судить, подавая сигналы на вход «ящика» и наблюдая его реакцию на выходе из «ящика».

В группу табличных информационных моделей попадают электронные таблицы видов «объект — свойство», «объект — объект» и «двоичная матрица». В каждой строке таблицы «объект — свойство» содержится информация об одном объекте или одном событии. В таблицах «объект — объект» отображаются взаимосвязи между разными объектами. В таблицах «двоичная матрица» отображается качественный характер связи между объектами.

В группе графических информационных моделей выделяют четыре вида моделей: схемы, чертежи, карты, графы. Графы, в свою очередь, разбиты на две категории — иерархические системы и сети.

Граф — это информация о составе и структуре системы, представленная в графической форме. Элементы системы называются вершинами, связи между ними — отношениями. Симметричные связи называются рёбрами, несимметричные — дугами.

Графы бывают неориентированными , ориентированными и неоднородными.

Иерархические системы — это системы, элементы которых находятся друг с другом в отношении вложенности, или подчинённости.

Дерево — это граф иерархической системы, в котором нет петель.

Вершины верхнего уровня связаны с вершинами нижнего уровня как «один ко многим».

Сеть — это граф, в котором вершины различных уровней связаны между собой по принципу «многие-ко-многим».

Модели знаний — это модели интеллектуальных информационных систем, объединённых под общим названием «искусственный интеллект».

Искусственный интеллект — раздел информатики, изучающий трудно формализуемые задачи имитации человеческого мышления.

Основная цель — стремление проникнуть в тайны творческой деятельности людей, их способности к овладению знаниями, навыками и умениями. Если будет разгадана суть этой тайны, то есть надежда реализовать подобие творческого начала людей в искусственных системах — сделать эти системы интеллектуальными. В действительности, искусственный интеллект — самостоятельная наука, зародившаяся во второй половине \(XX\) в. на базе вычислительной техники, программирования, математической логики, психологии, лингвистики, нейрофизиологии и других областей знаний. Основной целью этой науки является создание набора так называемых метапроцедур, необходимых и достаточных для того, чтобы ЭВМ могли находить по поставленным задачам их решения.

Метапроцедуры, в отличие от обычных процедур, используемых при решении формализуемых задач, реализуются в интеллектуальной деятельности человека. В психологии мышления можно выделить три основные модели творческой деятельности. Одна из них — лабиринтная модель, с которой связана метапроцедура целенаправленного поиска в «лабиринте» возможностей.

Другая модель — это модель ассоциативного мышления. Связанная с ней метапроцедура «по ассоциации» используется при решении интеллектуальных задач в программах распознавания образов, обучающих программах и др. Третья модель творческой деятельности — это существование внутренних моделей проблемных ситуаций. Здесь метапроцедурами являются нахождение представлений (знаний) и рассуждения с целью поиска адекватного ответа для решения проблемной ситуации. В совокупности все перечисленные метапроцедуры образуют арсенал интеллектуальных средств современных систем искусственного интеллекта.

Основные проблемы, изучаемые этой наукой:

 

1.  Представление знаний — разработка методов и приемов для формализации знаний из различных проблемных областей, обобщение и классификация накопленных знаний, использование знаний при решении задач;

2.   Моделирование рассуждений — изучение и формализация различных схем человеческих умозаключений, используемых в процессе решения разнообразных задач;

3.  Диалоговые процедуры общения на естественном языке, обеспечивающие контакт между интеллектуальной системой и пользователем в процессе решения задач;

4.  Планирование целесообразной деятельности — разработка методов построения программ сложной деятельности на основании тех знаний о проблемной области, которые хранятся в интеллектуальной системе;

5.   Обучение интеллектуальных систем в процессе их деятельности, создание комплекса средств для накопления и обобщения умений и навыков, накапливаемых в таких системах.

Работы по искусственному интеллекту ведутся по таким направ

лениям, как когнитивная психология, психолингвистика, компьютерная лингвистика, экспертные системы, робототехника и др.

Когнитивная психология занимается изучением природы познавательных процессов, обеспечивающих приобретение, сохранение и трансформацию знания.

При изучении и моделировании познавательных процессов используются предположения об аналогии между ними и функциональной архитектурой мультипроцессорных систем, обеспечивающих одновременное протекание многих процессов.

Психолингвистика изучает внутренние связи между мышлением и речью.

Эта связь проявляется через взаимодействие глубинного универсально-предметного кода (предмета вообще) и поверхностной структуры, образуемой знаками языка в речи (конкретного предмета). Доказано, что имеется принципиальное различие между процессом мысленного проговаривания при чтении текста «про себя» и процессом внутренней речи — мышлением.

Компьютерная лингвистика — наука, родившаяся в \(1960-х\) гг, на стыке вычислительной техники и лингвистики.

В настоящее время выделяют \(5\) основных направлений работы.

 

1.  Анализ текстов на естественном языке — общие принципы построения естественных языков давно интересуют лингвистов всего мира.

2.  Синтез текстов на естественном языке — задача, обратная задаче анализа текстов. Проблема также очень актуальна.

3.  Понимание текстов — проблема, интересующая не только лингвистов, но и психологов, философов, педагогов и др.

4.  «Оживление» текста. Известно, что в памяти человека зрительные образы сопутствуют прочитанным текстам и наоборот, любой мыслительный образ человек легко может описать словами весьма точно. Текст и зрительный образ как бы объединены в нашем сознании. Изучение того, как происходит интеграция текста и картинки и как по одной составляющей представления появляется вторая — одна из важнейших проблем в работах по искусственному интеллекту. Уже имеются образцы картин, воссозданных по заданному тексту.

5.  Модели коммуникации. Появление искусственных систем, способных воспринимать и понимать человеческую речь и тексты на естественном языке, создало предпосылки для непосредственного общения человека и компьютера.

Экспертные системы — одно из прикладных направлений искусственного интеллекта.

В отличие от других интеллектуальных систем, экспертная система имеет три главные особенности:

1. Она адаптирована для любого пользователя;

2. Она позволяет получать не только новые знания, но и профессиональные умения и навыки, связанные с данными знаниями, т. е. не только дает знать что…, но и знать как…; 

3. Она передает не только знания, но и пояснения и разъяснения, т. е. обладает обучающей функцией.

Робототехника занимается созданием технических систем, которые способны действовать в реальной среде и частично или полностью заменить человека в некоторых сферах его интеллектуальной и производственной деятельности. Такие системы называются роботами.

Любой робот представляет собой объединение четырех взаимосвязанных систем: датчиков, системы искусственного интеллекта, системы управления и системы движения.

Что такое компьютерное моделирование? (с изображением)

Компьютерное моделирование — это процесс создания абстрактной модели для моделирования поведения и реакции широкого спектра систем и прототипов. Эта технология используется в физических науках, медицине и архитектуре в качестве помощника в процессе проектирования. За последние несколько лет качество программ для компьютерного моделирования значительно возросло.

Компьютерное моделирование часто используется для проектирования небоскребов.

У любой программы компьютерного моделирования есть три основных аспекта: вычислительная мощность, несколько измерений и логика моделирования. В то время как этот тип технологии использовался в течение многих лет в академических кругах, снижение затрат на компьютерную обработку увеличило популярность этого типа инструмента в промышленности.Программное обеспечение для компьютерного моделирования обычно требует значительной памяти, процессоров и емкости. Обычно создается несколько версий потенциального решения, и все они должны быть сохранены для просмотра.

Моделирование в трех измерениях является стандартным требованием в инженерном деле, архитектуре и медицине.Точность модели значительно повышается благодаря этой функциональности и может предоставить ценную информацию о рисках и преимуществах модели. Навыки, необходимые для использования этого типа программного обеспечения, включают управление данными, проектирование и продвинутую логику программирования. Важно отметить, что программы предполагают, что пользователь является квалифицированным специалистом в своей области.

В каждой программе предусмотрены разные логические запросы симуляции.Шаблоны используются для обычных ситуаций и различаются в зависимости от основной аудитории программного обеспечения. Например, программа компьютерного моделирования архитектуры будет иметь шаблоны для новых зданий, жилых объектов и структурных проектов. Некоторые программы включают дополнительные функции, такие как создание подробных схем из модели.

Одним из значительных преимуществ компьютерного моделирования является возможность довольно быстрого тестирования нескольких сценариев и проектов.Компьютерная программа может взять существующую модель и внести незначительные или существенные изменения. Эти изменения позволяют дизайнеру изучить другие варианты, опробовать новые идеи и проверить теории. Без компьютерной модели каждая концепция должна была бы быть построена с нуля, что потребовало бы значительного количества времени, усилий и энергии.

Выбирая программу для компьютерного моделирования, найдите время, чтобы просмотреть подробные спецификации.Эта информация предоставляет ценную информацию о том, как будет работать программа, об ограничениях и преимуществах каждого пакета. Подумайте, как вы хотите использовать программное обеспечение, и убедитесь, что все ваши основные требования выполнены. Кроме того, подумайте о планах расширения на будущее и убедитесь, что доступны инструменты для поддержки этих планов.

,

CMES-Компьютерное моделирование в технике и науке

Войти & nbsp | регистр

• Дом
• академических журналов
• Книги и Монографии
• Конференции
• Новости и объявления
• О

• Отправить

Сделать представление Предложить специальный выпуск

Журнал Меню

• CMES Домашняя страница
• Цели и сфера деятельности
• Индексирование и абстрагирование
• О редакторах
• редакция журнала
• Инструкция для авторов
• Сбор за обработку статьи
• Премия молодого исследователя
• Редакционный рабочий процесс
• Публикация Этика
• Контактная информация

Меню специальных выпусков

• Все специальные выпуски
• Открытые специальные выпуски
• Закрытые Спецвыпуски

Все выпуски

,

Компьютерное моделирование

---

2

распространяя свет на квантовые компьютеры

3 сентября 2019 г. — Ученые показали, как на самом деле работает квантовый компьютер, и им удалось смоделировать свойства квантового компьютера в классическом …

---

Водная анимация становится проще

5 декабря 2019 г. — Команда профессоров информатики создала метод, позволяющий быстро изменять размеры анимации жидкостей без необходимости полностью перемоделировать все…

---

Хотите более эффективные тренажеры? Время магазина в квантовой суперпозиции

2 марта 2018 г. — Компьютерные модели систем, таких как городской транспортный поток или нейронная стрельба в мозге, обычно занимают много памяти. Но новый подход с квантовыми симуляторами может существенно сократить это …

---

Физический движок реального времени

для Soft Robotics

11 мая 2020 г. — Ученые адаптировали изощренную технологию компьютерной графики, используемую для создания волос и тканей в анимационных фильмах, чтобы впервые имитировать движения мягких роботов с конечностями.Прогресс …

---

Модель критических инфраструктур выявляет уязвимости

15 мая 2020 г. — Исследователи разработали компьютерную симуляцию, которая выявила уязвимости цепочки поставок говядины, которые необходимо защитить — реальная проблема во время COVID-19 …

---

Метаболическое моделирование становится трехмерным

22 февраля 2018 г. — Ученые разработали первую компьютерную модель, включающую 3-D в представление метаболизма человека…

---

Как возникают социальные структуры человека

21 января 2020 г. — Какие правила сформировали первоначальные социальные сети человечества? Самыми ранними социальными сетями были тесно связанные культурные группы, состоящие из множества биологически родственных семей. Эта единственная группа тогда …

---

Виртуальный мозг: данные пациента позволяют исследователям изучать функции мозга с использованием подробного

1 февраля 2018 г. — Используя данные измерений пациентов, исследователям удалось усовершенствовать платформу моделирования мозга «Виртуальный мозг».Программное обеспечение, которое было загружено почти 11 000 раз …

---

Математическое моделирование проливает новый свет на хирургию эпилепсии

20 сентября 2017 г. — Результаты неожиданной четверти могут помочь неврологам определить, какую область мозга удалить, чтобы устранить симптомы пациента с эпилепсией. Математики показали, что это разумно для …

---

Прорыв в создании компьютеров для имитации человеческого мозга

11 июля 2018 г. — Компьютер, созданный для имитации нейронных сетей мозга, дает результаты, аналогичные лучшим из лучших программ для суперкомпьютеров, имитирующих мозг, которые в настоящее время используются для исследований нейронной сигнализации.Проверено …

---

,