Материальная модель это в информатике – Материальные и информационные модели

Содержание

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 модели
строятся 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.

studfiles.net

11 Понятие модели. Материальные и информационные модели

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.

Никакая модель не может заменить сам объект. Но при решении конкретнойзадачи, когда нас интересуют определенные с
войства изучаемого объекта, модельоказывается полезным, а подчас и единственным инструментом исследования.

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.

the-programmer.ru

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.

www.syl.ru

Материальные и информационные модели

Количество просмотров публикации Материальные и информационные модели — 222

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

Материальные модели. 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-двигателœей, глобус как модель планеты Земля, модели молекул и кристаллических решеток, анатомические муляжи и т.п.

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

Образные модели представляют из себязрительные образы объектов, зафиксированные на каком-либо носителœе, к примеру произведения искусства.

Знаковые информационные модели строятся с использованием различных языков (знаковых систем). Такая модель должна быть представлена в форме текста (милицейский протокол, правила дорожного движения, программа, записанная на языке программирования) или формулы (описание движения некоторого реального тела системой нелинœейных 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 Менделœеева), 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. К примеру, животный мир: тип ® класс ® отряд ® семейство ® род ® вид; файловая структура: носитель ® папка ® папка ® … ® файл.

Удобным наглядным представлением иерархической структуры информационных моделœей являются графы.

Граф состоит из вершин, связанных дугами или ребрами. Вершины бывают изображены кругами, овалами прямоугольниками и др.
Размещено на реф.рф
Связи между вершинами изображаются линиями. В случае если линия со стрелками, то она принято называть дугой, в случае если без стрелки, то ребром.

Граф, в котором всœе линии со стрелками, называют ориентированным графом. Граф, в котором с вершинами или линиями связана некоторая дополнительная информация, принято называть взвешенным. 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 сосœедних иерархических уровней, причем каждый объект нижнего уровня должна быть связан дугой только с одним объектом верхнего уровня.

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

Для построения моделœей используют два принципа: дедуктивный (от общего к частному) и индуктивный (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 Менделœеева).

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

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

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

Любая система существует в пространстве и времени. Учитывая зависимость отизменения системы во времени существуют статические и динамические модели.

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 (к примеру, размерами) и взаимодействием (силами тяготения).

Модели, описывающие систему в определœенный момент времени, ᴛ.ᴇ. неизменные во времени называются статическими информационными моделями. В физике, к примеру, 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, ᴛ.ᴇ. 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.

referatwork.ru

Эл. учебник по разделам информатики

Материальные и информационные модели

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

Материальные модели.

Предметные модели позволяют представить в материальной наглядной форме
объекты и процессы, недоступные для непосредственного исследования
(очень большие или очень маленькие объекты, очень быстрые или очень
медленные процессы и др.).

Макеты зданий и сооружений позволяют архитекторам выбрать наилучшие
градостроительные решения, модели самолетов и кораблей позволяют
инженерам выбрать их оптимальную форму.

Предметные модели часто используются в процессе обучения. В курсе
географии первые представления о нашей планете Земля мы получаем, изучая
ее модель — глобус (рис. 4.3), в курсе физики изучаем работу двигателя
внутреннего сгорания по его модели, в химии при изучении строения
вещества используем модели молекул и кристаллических решеток, в
биологии изучаем строение человека по анатомическим муляжам.

Рис. 4.3. Предметная модель — глобус Земли

Информационные модели.

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

Образные модели

Образные модели (рисунки, фотографии и др.) представляют собой
зрительные образы объектов, зафиксированные на каком-либо носителе
информации (бумаге, фото- и кинопленке и др.). Широко используются
образные информационные модели в обучении, где требуется классификация
объектов по их внешним признакам (вспомните учебные плакаты по ботанике,
биологии и физике).

Графические информационные модели

Карта как информационная модель. Можно ли назвать информационной моделью карту местности (рис. 4.4)? Безусловно, можно! Во-первых, карта
описывает конкретную местность, которая является для нее объектом
моделирования. Во-вторых, это графическая информация. Карта создается с
определенной целью: с ее помощью можно добраться до нужного населенного
пункта. Кроме того, используя линейку и учитывая масштаб карты, можно
определить расстояние между различными пунктами. Однако никаких более
подробных сведений о населенных пунктах, кроме их положения, эта карта
не дает.

Рис. 4.4. Карта местности

Чертежи и схемы

Другими знакомыми вам примерами графических информационных моделей являются чертежи, схемы, графики.

Чертеж должен быть очень точным, на нем указываются все
необходимые размеры. Например, чертеж болта нужен для того, чтобы, глядя
на него, токарь мог выточить болт на станке (рис. 4.5).

Рис. 4.5. Чертеж болта

У схемы электрической цепи нет никакого внешнего сходства с реальной
электрической цепью (рис. 4.6). Электроприборы (лампочка, источник тока,
конденсатор, сопротивление) изображены символическими значками, а линии
— это соединяющие их проводники электрического тока. Электрическая
схема нужна для того, чтобы понять принцип работы цепи, чтобы можно было
рассчитать в ней токи и напряжения, чтобы при сборке цепи правильно
соединить ее элементы.

Рис. 4.6. Схема электрической цепи

На рис. 4.7 приведена схема.

Рис. 4.7. Схема московского метрополитена

Схема — это графическое отображение состава и структуры сложной системы.

Структура — это определенный порядок объединения элементов системы в единое целое.

Структуру московского метрополитена называют радиально-кольцевой.

График — модель процесса.

Для отображения различных процессов часто прибегают к построению
графиков. На рис. 4.8 изображен график изменения температуры в течение
некоторого периода.

Рис. 4.8. График изменения температуры

С картами, чертежами, схемами, графиками вы имели дело и раньше.
Просто раньше вы их не связывали с понятием информационной модели.

Знаковые информационные модели.

Знаковые информационные модели строятся с использованием различных
языков (знаковых систем). Знаковая информационная модель может быть
представлена в форме текста (например, программы на языке
программирования) или формулы (например, второго закона Ньютона F = mа).

Табличные модели

Широко распространены информационные модели в форме таблиц. В таблице
химических элементов Д. И. Менделеева химические элементы располагаются
в ячейках таблицы по возрастанию атомных весов, а в
столбцах — по количеству валентных электронов. Важно, что по положению в
таблице можно определить некоторые физические и химические свойства
элементов (рис. 4.9).

Рис. 4.9. Информационная модель — таблица элементов Д. И. Менделеева

Таблицы типа «объект-свойство»

Еще одной распространенной формой информационной модели является прямоугольная таблица,
состоящая из строк и столбцов. Использование таблиц настолько привычно,
что для их понимания обычно не требуется дополнительных объяснений.

В качестве примера рассмотрим таблицу 4.1.

Таблица 4.1. 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

При составлении таблицы в нее включается лишь та информация, которая
интересует пользователя. Например, кроме тех сведений о книгах, которые
включены в таблицу 4.1, существуют и другие: издательство, количество
страниц, стоимость. Однако для составителя таблицы 4.1 было достаточно
сведений, которые позволяют отличить одну книгу от другой (столбцы
«Автор», «Название», «Год») и найти книгу на полках книжных стеллажей
(столбец «Полка»). Предполагается, что все полки пронумерованы и, кроме
того, каждой книге присвоен свой инвентарный номер (столбец «Номер»).

Таблица 4.1 — это информационная модель книжного фонда домашней библиотеки.

Таблица может отражать некоторый процесс, происходящий во времени (табл. 4.2).

Таблица 4.2. Погода
День Осадки Температура (градусы С) Давление (мм рт. ст.) Влажность (проценты)
15.03.04 Снег -3,5 746 67
16.03.04 Без осадков 0 750 62
17.03.04 Туман 1,0 740 100
18.03.04 Дождь 3,4 745 96
19.03.04 Без осадков 5,2 760 87

Показания снимались в течение пяти дней в одно и то же время суток.
Глядя на таблицу, легко сравнить разные дни по температуре, влажности и
пр. Данную таблицу можно рассматривать как информационную модель процесса изменения состояния погоды.

Таблицы 4.1 и 4.2 относятся к наиболее часто используемому типу таблиц. Их будем называть таблицами типа «объект-свойство».
В одной строке такой таблицы содержится информация об одном объекте
(книга в библиотеке или состояние погоды в 12-00 в данный день). Столбцы
— отдельные характеристики (свойства) объектов.

Конечно, строки и столбцы в таблицах 4.1 и 4.2 можно поменять
местами, повернуть их на 90°. Иногда так и делают. Тогда строки будут
соответствовать свойствам, а столбцы — объектам. Но чаще всего таблицы
строят так, что строк в них больше, чем столбцов. Как правило, объектов
больше, чем свойств.

Таблицы типа «объект-объект»

Другим распространенным типом таблиц являются таблицы, отражающие взаимосвязи между разными объектами. Назовем их таблицами типа «объект-объект». Вот понятный каждому школьнику пример таблицы успеваемости (табл. 4.3).

Таблица 4.3. Успеваемость
Ученик Русский Алгебра Химия Физика История Музыка
Аликин Петр 4 5 5 4 4 5
Ботов Иван 3 3 3 3 3 4
Волков Илья 5 5 5 5 5 5
Галкина Нина 4 4 5 2 4 4

Строки относятся к ученикам — это первый вид объектов; столбцы — к
школьным предметам — второй вид объектов. В каждой клетке на пересечении
строки и столбца — оценка, полученная данным учеником по данному
предмету.

Таблица 4.4 тоже имеет тип «объект-объект». Однако, в отличие от
предыдущей таблицы, в ней строки и столбцы относятся к одному и тому же
виду объектов. В этой таблице содержится информация о наличии дорог
между населенными пунктами .

Таблица 4.4. Дороги
  Дачи Озерная Подгорная Елово Бобры
Дачи 1 1 1 1 0
Озерная 1 1 0 1 0
Подгорная 1 0 1 0 1
Елово 1 1 0 1 1
Бобры 0 0 1 1 1
Двоичные матрицы

В математике прямоугольная таблица, составленная из чисел, называется матрицей. Если матрица содержит только нули и единицы, то она называется двоичной матрицей. Числовая часть таблицы 4.4 представляет собой двоичную матрицу.

Таблица 4.5 также содержит двоичную матрицу.

Таблица 4.5. Факультативы
Ученик Геология Цветоводство Танцы
Русанов 1 0 1
Семенов 1 1 0
Зотова 0 1 1
Шляпина 0 0 1

В ней приведены сведения о посещении четырьмя учениками трех
факультативов. Вам уже должно быть понятно, что единица обозначает
посещение, ноль — непосещение. Из этой таблицы следует, например, что
Русанов посещает геологию и танцы, Семенов — геологию и цветоводство и
т. д.

В таблицах, представляющих собой двоичные матрицы, отражается качественный характер связи между объектами
(есть дорога — нет дороги; посещает — не посещает и т. п.). Таблица 4.3
содержит количественные характеристики успеваемости учеников по
предметам, выраженные оценками пятибалльной системы.

Мы рассмотрели только два типа таблиц: «объект-свойство» и
«объект-объект». На практике используются и другие, гораздо более
сложные таблицы.

При построении некоторых типов информационных моделей
одновременно используются система графических элементов и знаковая
система. Так, в блок-схемах алгоритмов используются различные
геометрические фигуры для обозначения элементов алгоритма и формальный
алгоритмический язык для записи инструкций программы (рис. 4.10).

Важную роль играют информационные модели, которые отображают иерархические системы.
В биологии весь животный мир рассматривается как иерархическая система
(тип, класс, отряд, семейство, род, вид), в информатике используется
иерархическая файловая система и т. д.

Рис. 4.10. Информационная модель — блок-схема алгоритма

В иерархической информационной 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 состоит в том, что 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.

Удобным способом наглядного представления иерархических информационных моделей являются графы. Элементы иерархической модели отображаются в графе овалами (вершинами графа).

Элементы каждого уровня, кроме последнего, находятся в отношении
«состоять из» к элементам более низкого уровня. Такая связь между
элементами отображается в форме дуги графа (направленной линии в форме стрелки).

Графы, имеющие одну вершину верхнего уровня, напоминают деревья, которые растут сверху вниз, поэтому называются деревьями.
Дуги дерева могут связывать объекты только соседних иерархических
уровней, причем каждый объект нижнего уровня может быть связан дугой
только с одним объектом верхнего уровня.

Для описания исторического процесса смены поколений семьи используются информационные модели в форме генеалогического дерева. В качестве примера можно рассмотреть фрагмент (X-XI века) генеалогического дерева династии Рюриковичей (рис. 4.11).

Рис. 4.11. Информационная модель — генеалогическое дерево Рюриковичей (X-XI века)

4ikv.ucoz.ru

описание, структура, виды, типы информационных моделей, разработка, создание, использование информационной модели :: BusinessMan.ru

По мере развития человечества происходит структуризация и оптимизация наличных у нас данных и возможностей их использования. При этом ключевой является информационная модель. На сегодняшний день она является существенно недооценённым инструментов планирования. Чтобы сломать эту тенденцию, необходимо рассказывать аудитории о её возможностях, чем и займётся автор этой статьи.

Что называют информационной моделью? Описание и структура

Так называют модель объекта. Она представлена в виде информации, что описывает существенные для конкретного случая параметры и переменные, связи между ними, а также входы и выходы для данных, при подаче на которые можно влиять на получаемый результат. Их нельзя увидеть или потрогать. В целом они не имеют материального воплощения, поскольку строятся на использовании одной информации. Сюда относятся данные, что характеризуют состояния объекта, существенные свойства, процессы и явления, а также связь с внешней средой. Это процесс называется описанием информационной модели. Это самый первый шаг проработки. Полноценной информационной моделью является обычно сложная разработка, которая может иметь много структур, что в рамках статьи сведены в три основных типа:

  1. Описательная. Сюда относятся модели, которые создаются на естественных языках. Они могут иметь любую произвольную структуру, которая удовлетворит составляющего их человека.
  2. Формальная. Сюда относят модели, которые создаются на формальных языках (научных, профессиональных или специализированных). В качестве примеров можно привести такое: все виды таблиц, формул, граф, карт, схемы и прочих подобных структурных формаций.
  3. Хроматические. Сюда относят модели, которые были созданы с применением естественного языка семантики цветовых концептов, а также их онтологических предикатов. Под последними понимают возможность распознавания значений цветовых канонов и смыслов. В качестве примера хроматических моделей можно навести те, что были построены с использованием соответствующей теоретической базы и методологии.

Как видим, основной составляющей являются данные, их структура и процедура обработки. Развивая мысль, можно дополнить, что информационная модель является схемой, в которой описана суть определённого объекта, а также все необходимые для его исследования процедуры. Для более полного описания характеристик используют переменные. Они замещают атрибут цели, которая прорабатывается. И здесь имеет значительную важность структура информационной модели.

Давайте приведём пример. Описание веника и инструкция по его использованию является информационной моделью для уборщика. Но это не всё. Описание и технологический процесс изготовления веника, изложений в соответствующей документации, является информационной моделью и алгоритмом, по которому его делает производитель. Как видите, отражаются наиболее важные свойства объекта. В действительности, конечно, информационная модель – это лишь приближенное описание. В результате можно сказать, что эти данные, с помощью которых осуществляется познание реальности, являются относительно истинными.

Общая классификация

Какие информационные модели существуют? Классификация сформирована на основе самого определения:

  1. Зависимо от количества значений переменных они делятся на динамические и статистические.
  2. По способу описания бывают знаковыми, натурными, формализованными.
  3. Зависимо от особенностей конструирования переменных делятся на графовые, графические, идеографические, текстовые, алгоритмические, табличные.

Виды информационных моделей

Исследованию поддаётся как физический, так и идеальный объект анализа. Это приводит к тому, что существование одинаковых информационных моделей, к которым можно подойти с тем же самых набором инструментариев, нет. Поэтому приходится использовать отдельные подходы и что-то особенное, что позволит изучить или исследовать предметную область. На основании таких суждений принято выделять три виды информационных моделей:

  1. Математические. Благодаря им изучают явления и процессы, что являются представленными в виде наиболее общих математических закономерностей или абстрактных объектов, которых достаточно, чтобы выразить законы природы или внутренние свойства наблюдаемого. Также применяются для подтверждения правила логических рассуждений.
  2. Компьютерные. Используется для описания совокупности переменных, что представлены абстрактными типами данных и поданы в соответствии с выдвигаемыми требованиями среды обработки ЭОМ.
  3. Материальные. Так называют предметное отражение объекта, сохраняющее геометрические и физические свойства (глобус, игрушки, манекены). Также к материальным моделям относят химические опыты.

Типы информационных моделей

Поскольку они являются совокупностью информации, то часто характеризуют состояние и свойства объекта, явления, процесса и их взаимодействие с окружающим их миром. Зависимо от того, как они представлены и выражены, выделяют два типы информационных моделей:

  1. Вербальные. Они создаются как результат умственной деятельности человека и представляются в словесной форме или при помощи жестикуляции.
  2. Знаковые. Для их выражения используются рисунки, схемы, графики, формулы.

Что необходимо для их создания?

Информация, причём как можно более точная. Чем больше предоставленные данные отвечают реальным показателем, тем эффективней применяется модель на практике. Чтобы разработать модель, сначала проводится сбор всей возможной информации. Она отсеивается и остаётся та, что предоставляет наибольшую ценность для исследователя. Проводится анализ предоставляющей интерес информации, на основании которого она структурируется. И зависимо от целей исследователь из отдельных блоков данных строит необходимую модель. Потом проводится поиск ошибок и ликвидация противоречий. Когда этот шаг закончен, то разработка информационной модели тоже считается завершённой.

Где применяются информационные модели?

Везде. Только такое обозначение не всегда применяется на практике из-за его излишней научности. Инструкции для компьютеров, телевизоров, телефонов, использованных бутылей воды, автомобильных аккумуляторов – вот лишь отдельные примеры. Информационной моделью является и технология производства комбайнов, тракторов, самолётов, грузовиков, прицепов, строений. Как видите, для неё есть применение и в быту, и в промышленности. Но сам термин «информационная модель» больше применяется в последней сфере из-за того, что здесь протекают более сложные процессы с участием большого количества людей.

Пример создания

Давайте попробуем детально проанализировать, что такое информационная модель. Это не так сложно, как может показаться. В качестве примера возьмём клавиатуру. Можно определить два направления относительно пользователя: описание и вопросы настройки. Во-первых, производительно пишет в аннотации, какой это хороший продукт, что он может, как с ним удобно работать. Анализирует передовые технологии, применённые при её создании, экологические преимущества и прочие подобные вещи. Главное – понравиться. Но лгать всё же не надо, поскольку это будет иметь нежелательные последствия.

Во-вторых, прорабатываются вопросы настройки. Можно ответить на них с помощью картинок на листке-вкладыше, где будет изображено, куда вставить разъём клавиатуры в компьютер. Также может прилагаться небольшой ремонтный комплект, инструкция по его использованию, особенности построение устройства, как его следует разбирать в случае возникновения определённых проблем – и ряд других вопросов, которые можно только продумать и дать ответ пользователям на них.

Особенности

Чем больше данных, тем описание информационной модели будет сложнее. Это две стороны медали: следует выбирать между точностью и функциональностью. Чтобы не перегибать палку или избежать слабой проработки вопроса следует заранее очертить задачи для проработки и глубину их разбора. Следует позаботиться обо всех имеющихся моментах, поскольку любая проблема, допущенная на этом этапе, в будущем только добавит работы и необходимость затраты денежных средств на устранение конфликта.

Изучение аспектов информационного моделирования

С научной точки зрения этим вопросом занимается кибернетика. Поэтому, если у вас есть желание углубить свои познания в этой области, запаситесь несколькими недавно вышедшими книгами и внимательно изучите их. Хотя можно и по-другому осведомиться, что такое простейшие информационные модели. Информатика может дать необходимый базис, но для получения всей полноты знаний нужна именно кибернетика. В её рамках можно будет ознакомиться не только с детализированными принципами моделирования, но и узнать про существующие разработки, а также возможности их применения.

Заключение

Информационная модель – это важный и полезный инструмент, если правильно его использоваться. При создании сложных систем (например, программного обеспечения) он позволяет проработать основные технические вопросы и устранить возможные не состыковки. В рамках статьи были размещены знания про то, какие информационные модели есть, как они создаются и другая полезная информация, что пригодится на практике.

businessman.ru

Понятие «информационная модель» — урок. Информатика, 11 класс.

Это понятие также неоднозначное. Приведём несколько различных определений, которые позволят нам сформировать об этом некоторое представление. В Психологическом словаре можно найти следующее:

Информационная модель — система сигналов, свидетельствующих о динамике объекта управления, условиях внешней среды и состоянии самой системы управления.

В учебнике «Информатика и математика» (авторы — Р. Р. Яфаева и Н. Ю. Игнатова) даётся такое определение:

Информационная модель — это отражение исследования части реального мира в виде информации.

В методических разработках уроков по информатике (Республиканский центр интернет-образования, Республика Беларусь) приводится такое определение:

Информационная модель — совокупность информации, характеризующая свойства и состояния объекта, процесса, явления, а также взаимосвязь с внешним миром.

В Википедии (свободной энциклопедии в Интернете, http://ru.wikipedia.org/wiki/Информационная_модель) приведено синтезированное определение, созданное самими пользователями Интернета:

Информационная модель — модель объекта, представленная в виде информации, описывающей существенные для данного рассмотрения параметры и переменные величины объекта, связи между ними, входы и выходы объекта и позволяющая путем подачи на модель информации об изменениях входных величин моделировать возможные состояния объекта.

Надо отметить, что последнее определение сформировано под влиянием кибернетического подхода к понятиям «модель — система». Учитывая наше толкование понятия «модель», можно предложить следующую формулировку:

Информационная модель — это знаковая (цифровая) модель, описывающая информационные процессы и информационные системы разной природы.

Разработка информационной модели (моделирование) осуществляется в такой последовательности:

1. Определяется цель моделирования.

2. Выбирается тип информационной модели.

3. Осуществляется системный анализ объекта моделирования.

4. Проводится построение информационной модели.

5. Тестируется информационная модель по заданным параметрам, отвечающим поставленной цели.

6. В случае необходимости проводится коррекция разрабатываемой информационной модели.

www.yaklass.ru

Отправить ответ

avatar
  Подписаться  
Уведомление о