Модели и окружающий мир. Моделирование и формализация

Моделирование и формализация

Лекция по информатике №2 25.09.2012г. ГГФ БелГУ

Кодирование различных типов информации

С помощью набора битов, можно представить любое число и любой знак. В информационных документах широко используются не только русские, но и латинские буквы, цифры, математические знаки и другие специальные знаки, всего их количество составляет примерно 200-250 символов. Поэтому для кодировки всех указанных символов используется восьмиразрядная последовательность цифр 0 и 1. Таким образом, текстовая информация кодируется с помощью кодовой таблицы.

Модель – некоторое упрощенное подобие реального объекта, который отражает существенные особенности (свойства) изучаемого реального объекта, явления или процесса.

Моделирование – метод познания, состоящий в создании и исследовании моделей. Т.е. исследование объектов путем построения и изучения моделей.

Формализация – процесс построения информационных моделей с помощью формальных языков.

Объект – некоторая часть окружающего мира, рассматриваемого человеком как единое целое. Каждый объект имеет имя и обладает параметрами.

Параметр – признак или величина, характеризующая какое-либо свойство объекта и принимаемая различные значения.

Среда – условие существование объекта.

Операция – действие, изменяющее свойство объекта.

Система – совокупность взаимосвязанных объектов, воспринимаемая как единое целое.

Структура – состав системы, свойства её элементов, их отношения и связи между собой.

Этапы моделирования:

- Постановка задачи: описание задачи, цель моделирования, формализация задачи

- Разработка модели: информационная модель, компьютерная модель

- Компьютерный эксперимент – план эксперимента, проведение исследования

- Анализ результатов моделирования

Человек в своей деятельности постоянно создает и использует модели окружающего мира.

1. Модели позволяют представить в наглядной форме объекты и процессы, недоступные для непосредственного восприятия: Физика: модели двигателей; География: глобус – модель земли (реальный размер очень большой); Химия – модели кристаллическая решетка, молекул (реальные размеры очень маленькие); Биология – по муляжу человека изучаем внутреннее строение

2. При проектировании механизмов и устройств, зданий, электрических цепей используют модели – чертежи и макеты. Математика – изучение объемных фигур

3. Теоретические модели (для развития науки) – теории законов, гипотез и т. д. Иногда создание таких моделей коренным образом меняет представления человека об окружающем мире: Коперник - гелиоцентрическая система мира, модель атома Резерфорда-Бора, геном человека)

4. Художественное творчество - перенос реальной действительности на полотно, скульптура, театр, басня – отношения между животными – отношения между людьми

Один и тот же объект может иметь множество моделей:

объект "ЧЕЛОВЕК"

его модели:

1) химия - БИОХИМИЧЕСКИЙ СОСТАВ

2) анатомия - СКЕЛЕТ, СТРОЕНИЕ ВНУТРЕННИХ ОРГАНОВ

3) физика - МАТЕРИАЛЬНАЯ ТОЧКА

Разные объекты могут описываться одной моделью:

модель "КАРТА"

её объекты:

1) ПОЛЕЗНЫЕ ИСКОПАЕМЫЕ - на карте полезных ископаемых

2) КЛИМАТИЧЕСКИЕ ЗОНЫ - на карте климатических зон

3) ГОСУДАРСТВА, СТРАНЫ - на политической карте

4) ЗВЕЗДЫ - на звездной карте

5) ТУЗЫ, ДАМЫ, ВОЛЬТЫ и пр. - игральные карты

Классификация моделей

Признаки классификаций моделей:

1) по области использования;

2) по фактору времени;

3) по отрасли знаний;

4) по форме представления.

1) Классификация моделей по области использования:

- Учебные модели – используются при обучении;

- Опытные – это уменьшенные или увеличенные копии проектируемого объекта. Используют для исследования и прогнозирования его будущих характеристик;

- Научно-технические - создаются для исследования процессов и явлений;

- Игровые – репетиция поведения объекта в различных условиях;

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

2) Классификация моделей по фактору времени:

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

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

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

4) Классификация моделей по форме представления:

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

- Абстрактные (нематериальные) – не имеют реального воплощения. Их основу составляет информация. Это теоретический метод познания окружающей среды. По признаку реализации они бывают: мысленные и вербальные; информационные;

- Мысленные модели формируются в воображении человека в результате раздумий, умозаключений, иногда в виде некоторого образа. Это модель сопутствует сознательной деятельности человека;

- Вербальные – мысленные модели, выраженные в разговорной форме. Используется для передачи мыслей;

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

Типы информационных моделей:

Табличные – объекты и их свойства представлены в виде списка, а их значения размещаются в ячейках прямоугольной формы. Перечень однотипных объектов размещен в первом столбце (или строке), а значения их свойств размещаются в следующих столбцах (или строках).

Иерархические – объекты распределены по уровням. Каждый элемент высокого уровня состоит из элементов нижнего уровня, а элемент нижнего уровня может входить в состав только одного элемента более высокого уровня.

Сетевые – применяют для отражения систем, в которых связи между элементами имеют сложную структуру.

По степени формализации информационные модели бывают образно-знаковые и знаковые. Например:

Образно-знаковые модели:

- Геометрические (рисунок, пиктограмма, чертеж, карта, план, объемное изображение);

- Структурные (таблица, граф, схема, диаграмма);

- Словесные (описание естественными языками);

- Алгоритмические (нумерованный список, пошаговое перечисление, блок-схема);

Знаковые модели:

- Математические – представлены математическими формулами, отображающими связь параметров;

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

- Алгоритмические – программы.

Информационные модели процессов управления - это модели, описывающие информационные процессы управления в сложных процессах.

Разомкнутая система управления - не учитывает состояние управляемого объекта управление идет по прямому каналу.

Замкнутая система управления - управляющий объект получает информацию по каналу обратной связи о реальном положении дел, а по прямому каналу происходит управление.

Дата добавления: 2014-01-20