Файл: Информационные компьютерные модели.pdf

Тема: Информационные компьютерные модели
Цель: получить представление о моделировании как методе научного познания. Исследование информационных моделей на компьютере.
Объект – некоторая часть окружающего мира, рассматриваемого человеком как единое целое.
Моделью называется некий объект-заменитель, который в определенных условиях может заменять объект-оригинал, воспроизводя интересующие нас свойства и характеристики оригинала, причем имеющий существенные преимущества
(наглядность, обозримость, доступность испытаний, легкость оперирования и т.д.).
Моделирование - это метод познания, состоящий в создании и исследовании моделей. Один и тот же объект может иметь множество моделей, а разные объекты могут описываться одной моделью.
Рисунок 1 - Примеры моделей
Несколько типов моделирования:
● предметное моделирование, при котором исследование ведется на модели, воспроизводящей определенные геометрические, физические, динамические или функциональные характеристики объекта-оригинала;
● знаковое моделирование, при котором в качестве моделей выступают схемы, чертежи, формулы. Важнейшим видом такого моделирования является математическое моделирование, производимое средствами математики и логики;
● мысленное моделирование, при котором вместо знаковых моделей используются мысленно-наглядные представления этих знаков и операций с ними.
Типы моделей (по форме представления)
1.
предметные (материальные) модели воспроизводят геометрические, физические и др. свойства объектов в материальной форме. Примеры: детские игрушки, скелет человека, чучело, макет солнечной системы, школьные пособия, физические и химические опыты
2.
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.
Информационные модели – целенаправленно отобранная информация об объекте, которая отражает наиболее существенные для исследователя свойств этого объекта.
Этапы моделирования:
1. Постановка задачи: описание задачи, цель моделирования, формализация задачи, математическая модель.
2. Разработка модели: информационная модель, компьютерная модель
3. Компьютерный эксперимент – план эксперимента, проведение исследования
4. Анализ результатов моделирования
На начальном этапе моделирования выделяются существенные признаки изучаемого объекта и дается развернутое содержательное описание связи между ними (системный анализ), то есть осуществляется неформальная постановка задачи. Следующим важным этапом моделирования является формализация содержательного описания связей между выделенными признаками с помощью некоторого языка кодирования: языка схем, языка математики и т.д.
(“перевод“ полученной структуры в какую- либо заранее определенную форму).
Формализация – этап перехода от содержательного описания связей между выделенными признаками объекта (словесного или в виде текста) к описанию, использующему некоторый язык кодирования (языка схем, языка математики и т. д.). Формализация - процесс построения информационных моделей с помощью формальных языков. Одним из наиболее

распространенных формальных языков является алгебраический язык формул в математике, который позволяет описывать функциональные зависимости между величинами. Модели, построенные с использованием математических понятий и формул, называются математическими моделями. По сути, формализация – это первый и очень важный этап процесса моделирования. Примером неформального описания модели является кулинарный рецепт или словесное описание модели парусника, или словесная формулировка второго закона Ньютона.
В тех случаях, когда моделирование ориентировано на исследование моделей с помощью компьютера, результатом формализации моделей должно быть программное средство. Поэтому принципы формализации можно сформулировать в следующем виде: разработка неформального описания модели (словесное описание существенных для рассматриваемой задачи характеристик изучаемого объекта и связей между ними); составление формализованного описания на некотором языке кодирования (с использованием математических соотношений и текстов); реализация формализованного описания в виде программы на некотором языке программирования.
Например, формула F=m*a является формализованным описанием второго закона
Ньютона.
Алгоритм представляет собой конечную упорядоченную совокупность предписаний исполнителю, четко и однозначно определяющих процесс преобразования исходной информации в конечный результат. Алгоритмы образуют важнейший класс информационных процессов. Каждый шаг алгоритма определяется только начальной и конечной информацией, все команды алгоритма можно выполнять формально, или автоматически (без непосредственного участия человека).
Информационная модель — это модель, содержащая целенаправленно отобранную и представленную в некоторой форме наиболее существенную информацию об объекте.
Информационный объект — это совокупность логически связанной информации.
Имитационным моделированием называют изучение физических явлений и процессов с помощью компьютерных моделей.
Выбор вида модели зависит от цели исследования объекта.
Компьютерный эксперимент состоит из последовательности этапов: построение математической модели - выбор численного метода - разработка алгоритма - исполнение программы на компьютере, анализ решения.
Рисунок 2 - Виды информационных моделей
Этапы разработки моделей:
● Построение описательной информационной модели.
● Создание формализованной модели.
● Преобразование формализованной модели в компьютерную.
● Проведение компьютерного эксперимента.
● Анализ полученных результатов и корректировка исследуемой модели.
Практическая часть

Задание 1.
Создать модели различных жизненных ситуаций:
Жизненная ситуация
Моделируемый объект
Цель моделирования
Моделируемые характеристики
Модель
Чтобы объяснить сестренке движение
Земли вокруг своей оси, девочка принесла глобус
Земной шар
Объяснение
Изучение
Форма земли и ее движение вокруг своей оси
Глобус
Участвуя в конкурсе по проектированию группа ребят воссоздали рабочий проект экскаватора, который мог двигать ковшом, и победили получив грамоты
Объясняя движение Земли вокруг солнца, девочка носит глобус по комнате вокруг настольной лампы
Новый друг просит показать как можно найти мой дом, поэтому я нарисовал схему пути к своему дому
Для улучшения качества работы надо построить информационную систему в медицинском центре, сотрудники создали базу данных, в которую добавили всех сотрудников и пациентов центра
На конкурс по благоустройству центральной улицы города архитекторы сдают свои рисунки
Для подготовки организма к перегрузкам в полете пилоты тренируются на центрифуге
Ребятам на занятии по искусству не хватает времени нарисовать натюрморт проекта выпускной работы, по этому им нужно дома доделать набросанный эскиз
Готовя к игре футбольную команду, тренер на макете футбольного поля передвигает фигурки, обозначающие игроков
Задание 2.
Создать различные модели одного объекта:
В таблице приведены примеры разные модели одного и того же объекта – водяной мельницы.
Заполните новое поле «природа объекта-модели», под этими словами понимается ответ на вопрос: что собою представляет моделирующий объект – мысленный образ, материальный предмет, рисунок, текст или что-нибудь еще.
Жизненная ситуация
Цель моделирования
Моделируемые характеристики
Модель
Природа объекта-модели
В магазине игрушек продается действующая модель водяной мельницы
Досуг
Познание
Внешний вид
Действие
Игрушка
Материальный предмет
Перед постройкой водяной мельницы средневековый строитель рисует ее чертеж
Изобретатель представляет, как погруженное в воду колесо начинает вращаться и вращать ось
Проектирование
Мысленный образ

Путешественник записывает в записную книжку точное описание водяной мельницы и фотографирует ее, чтобы построить похожую у себя на даче
Мастер-виртуоз по водяным мельницам по одной магнитофонной записи скрипа колеса определяет характер неисправности
Диагностика
Магнитофонна я запись скрипа
Звуковая информация
В новой книге поет пишет про себя, как про нового героя, добавляя черты характера, запутывает историю рассказа
Задание 3.
Создать информационные модели студентов вашей группы:
Фамилия
Имя
Рост
Вес
Любимый учебный предмет
Хобби
Фоторобот
Ответьте на вопросы к 3 заданию: что является объектом __________________________________________________________ что является атрибутом _________________________________________________________ что является связью между экземплярами объектов ________________________________
Задание 4.
Разработать схему развертки тетраэдра, в удобном для вас графическом редакторе.
Описать этапы разработки и создания объемной модели тетраэдра.
Сдать сложенную получившуюся фигуру.
Составить письменный отчет о проделанной практической работе в текстовом редакторе с титульным листом таблицами, рисунком и объемной фигурой.