Модели объектов и процессов классификация моделей доклад

Обновлено: 03.07.2024

Форма организации обучения: фронтальная, парная или групповая.

Методы и приемы обучения: объяснительно-иллюстративный; словесный (фронтальная беседа); наглядный (демонстрация компьютерной презентации); практический.

Цели урока: сформировать у учащихся понятие моделирования как метода познания; рассмотреть различные классификации моделей; сформировать у учащихся понятие “информационная модель”; научить учащихся описывать информационные модели.

Тип урока: изучение нового материала.

Оборудование урока: проектор с экраном, презентация, рисунки- слайды.

Ход урока

I. Организационный момент. Постановка целей урока

Макет здания, детская мягкая игрушка, математическая формула, теория развития общества - это все модели. Как же назвать такие разные понятия одним словом?

Можно привести огромное количество примеров моделей. Как их классифицировать?

Наиболее полно отразить существенные свойства объекта можно с помощью информационной модели. Как ее построить?

Какова степень необходимости использования формализации при описании информационных моделей?

II. Изложение нового материала

Введение понятия “модель”

В своей деятельности человек очень часто использует модели, то есть создает образ того объекта, явления или процесса, с которым ему предстоит иметь дело.

Модель – это некий новый упрощенный объект, который отражает существенные особенности реального объекта, процесса или явления.

Анализ модели и наблюдение за ней позволяют познать суть реально существующего, более сложного объекта, процесса, явления, называемого прототипом или оригиналом.

Вопрос: почему бы не исследовать сам оригинал, а не строить его модель?

Назовем несколько причин, по которым прибегают к построению моделей.

В реальном времени оригинал может уже не существовать или его нет в действительности.

Пример: теория вымирания динозавров, Атлантиды .

Оригинал может иметь много свойств и взаимосвязей. Чтобы глубоко изучить какое-то конкретное свойство, иногда полезно отказаться от менее существенных, вовсе не учитывая их.

Примеры: карта местности, модели живых организмов.

Оригинал либо очень велик, либо очень мал.

Примеры; глобус, модель Солнечной системы, модель атома.

Процесс протекает очень быстро или очень медленно.

Примеры: модель двигателя внутреннего сгорания .

Исследование объекта может привести к его разрушению.

Примеры: модель самолета или автомобиля.

(Дети могут назвать другие причины)

Моделирование – это процесс построения моделей для исследования и изучения объектов, процессов, явлений.

Что можно моделировать? Ответим на этот вопрос.(Учащиеся приводят примеры)

копии архитектурных сооружений;
копии художественные произведения;
наглядные пособия;
модель атома водорода или солнечной системы;
глобус;
модель, демонстрирующая одежду;
и т.д.

2. Явления

модели физических явлений: грозового разряда, магнитных и электрических сил. ;
геофизические модели: модель селевого потока, модель землетрясения, модель оползней.

модель развития вселенной;
модели экономических процессов;
модели экологических процессов.

в механике человек – это материальная точка;
в химии – это объект, состоящий из различных химических веществ;
в биологии – это система, стремящаяся к самосохранению;
и т.д.

С другой стороны, разные объекты могут описываться одной моделью. Например, в механике различные материальные объекты от песчинки до планеты рассматриваются как материальные точки.

Таким образом, совершенно неважно, какие объекты выбираются в качестве моделирующих. Важно лишь то, что с их помощью удается отразить наиболее существенные признаки изучаемого объекта, явления или процесса.

Моделирование – это метод научного познания объективного мира с помощью моделей.

Объектов моделирования, как мы только что с вами убедились, огромное количество. И для того, чтобы ориентироваться в их многообразии, необходимо все это классифицировать, то есть каким-либо образом упорядочить, систематизировать.

При классификации объектов по “родственным” группам необходимо правильно выделить некий единый признак (параметр, а затем объединить те объекты, у которых он совпадает). Рассмотрим наиболее распространенные признаки, по которым можно классифицировать модели ( демонстрация компьютерной презентации Приложение 1)

Для создания моделей используется огромный спектр инструментов. Если модель имеет материальную природу. То для ее создания используются традиционные инструменты: фотоаппарат, кисть художника, карандаш, и.т.д., и, наконец самый совершенный в наши дни инструмент - компьютер.

Окружающий нас мир состоит из множества различных объектов, каждый из которых имеет разнообразные свойства, и при этом объекты взаимодействуют друг с другом.

Система – это целое, состоящее из объектов, взаимосвязанных между собой.

Примеры систем: человек, компьютер, дом, дерево, книга, стол, и т.д.

Материальные (человек, компьютер, дерево, дом).
Нематериальные (человеческий язык, математика)
Смешанные (школьная система, так как включает в себя как материальные элементы (здание, оборудование, школьников, учебники), нематериальные (расписание занятий, темы уроков, устав школы).

Важным признаком системы является ее целостное функционирование. Пример

Компьютер нормально работает до тех пор, пока исправны основные устройства, входящие в его состав. Если удалить одно из них, то компьютер выйдет из строя, то есть прекратит свое существование как система.

Система “компьютер” состоит из подсистем “оперативная память”, “процессор”, “системный блок” и т.д., так как оперативную память, процессор системный блок можно так же считать системами (они состоят из элементов).

Системный анализ и систематизация

Чтобы описать систему, недостаточно только перечислить ее элементы. Необходимо указать, как эти элементы связаны друг с другом.

Система – это порядок и организация.

Если графически представить связи между элементами системы, то получится ее структура. Структура может определять пространственное взаиморасположение элементов (цепочка, звезда, кольцо), их вложенность- хронологическую последовательность (линейную, ветвящуюся, циклическую).

Описав элементы системы и указав их взаимосвязь вы проведете системный анализ. Например: генеалогическое древо .

Систематизация – это процесс превращения множества объектов в систему.

Систематизация имеет огромное значение. В повседневной жизни каждый из нас занимается систематизацией – разделяет посуду – на стаканы, тарелки, кастрюли и т.д.

Систематизация знаний в различных науках. Начало многих

вязано с именем великого древнегреческого ученого Аристотеля, ко-

жил в 4 в. до н.э. Вместе со своими учениками Аристотель проделал

колоссальную работу по классификации накопленных знаний, разделил их

только частей и дал каждой свое название. Именно тогда на свет появились физика, биология, экономика, логика и другие науки.

III. Закрепление изученного материала.

1. Задание (устно).

Составьте различные знаковые модели для геометрических фигур треугольник, квадрат, круг.

Систематизируйте перечисленные факты и определите основание систематизации.

Выполнение задания по карточкам в группах из 4 учащихся.

IV. Подведение итогов урока.

V. Домашнее задание

Уровень знания: выучить определение основных терминов и понятий (словарь урока).

Уровень понимания: составьте различные по типу модели объектов: самолет, человек.

Модель – упрощенный объект, который отражает существенные особенности реального объекта, процесса или явления.
Все модели можно разбить на два больших класса: модели предметные (материальные) и модели информационные. Предметные модели воспроизводят геометрические, физические и другие свойства объектов в материальной форме (глобус, анатомические муляжи, модели кристаллических решеток, макеты зданий и сооружений и др.).

Введение
Типы информационных моделей
Классификация моделей
Табличные информационные модели
Иерархические и сетевые модели
Классификация моделей по временному фактору
Знаковые и вербальные информационные модели

Файлы: 1 файл

Министерство сельского хозяйства российской Федерации ФГБОУ ВПО.docx

Министерство сельского хозяйства российской Федерации

МОДЕЛИ ОБЪЕКТОВ И ПРОЦЕССОВ

Введение
Типы информационных моделей
Классификация моделей
Табличные информационные модели
Иерархические и сетевые модели
Классификация моделей по временному фактору
Знаковые и вербальные информационные модели

Практически во всех науках о природе, живой и неживой, об обществе, построение и использование моделей является мощным орудием познания. Реальные объекты и процессы бывают столь многообразны и сложны, что лучшим способом их изучения часто является построение модели, отображающей лишь какую-то грань реальности и поэтому многократно более простой, чем эта реальность, и исследование вначале этой модели. Кроме того, в реальном времени оригинал (прототип объекта, процесса, явления) может уже не существовать. На основании известных фактов методом гипотез и аналогий можно построить модель событий или природных катаклизмов далекого прошлого (теории вымирания динозавров или гибели Атлантиды, теоретическая модель “ядерной войны” и т.д.).

Модель – упрощенный объект, который отражает существенные особенности реального объекта, процесса или явления.

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

Моделирование – процесс построения моделей для исследования и изучения объектов, процессов, явлений.

копии архитектурных объектов

копии художественных произведений

модели физических явлений: грозовой разряд, магнитная сила…

географический модели: модель землетрясения, оползня…

модель развития вселенной

Типы информационных моделей

Информационные модели представляют объекты и процессы в образной или знаковой форме. 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 образовании (учебные плакаты по различным предметам) и науках, где требуется классификация 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 в форме текста (например, программы на языке программирования), формулы (например, второго закона Ньютона F=ma), таблицы (например, периодической таблицы элементов Д. И. Менделеева) и так далее.

Иногда при построении знаковых информационных моделей используются одновременно несколько различных языков. Примерами таких моделей могут служить географические карты, графики, диаграммы и пр. Во всех этих моделях используются одновременно как язык графических элементов, так и символьный язык.

1. с учетом фактора времени

Одномоментный (на данный момент времени) срез информации по объекту

Обследование учащихся в поликлинике дает картину физического состояния детей на данный момент времени.

Расчет прочности и устойчивости к постоянной нагрузке на фундамент, на стены, на балки при строительстве здания

Позволяют увидеть изменения состояния объекта во времени

Карточка школьника, отражающая состояние здоровья ребенка в течение многих лет при воздействии экологических и социальных факторов.

Учет противодействия ветрам, движению грунтовых вод.

2. по способу представления

Воспроизводят геометрические и физические свойства объекта и всегда имеют реальное воплощение

Детские игрушки, чучела птиц, карты, схемы, макеты..

Любое описание объекта на одном из разговорных или формальных языков

Информационная модель, выраженная средствами формального языка

Рисунки, тексты, графики, схемы…

Информационная модель в мысленной или разговорной форме

Мысленный образ объекта

Модель, реализованная средствами программной среды

Электронные варианты рисунков, чертежей, текстов…

Модель, созданная с помощью традиционных инструментов инженера, художника, писателя…

Рисунки, чертежи, созданные вручную

Табличные информационные модели

Одним из наиболее часто используемых типов информационных моделей является прямоугольная таблица, которая состоит из столбцов и строк. Такой тип моделей применяется для описания ряда объектов, обладающих одинаковыми наборами свойств. С помощью таблиц могут быть построены как статические, так и динамические информационные модели в различных предметных областях. Широко известно табличное представление математических функций, статистических данных, расписаний поездов и самолетов, уроков и так далее.

Представление объектов и их свойств в форме таблицы часто используется в научных исследованиях. Так, на развитие химии и физики решающее влияние оказало создание Д. И. Менделеевым в конце XIX века периодической системы элементов, которая представляет собой табличную информационную модель. В этой модели химические элементы располагаются в ячейках таблицы по возрастанию атомных весов, а в столбцах — по количеству валентных электронов, причем по положению в таблице можно определить некоторые физические и химические свойства элементов.

Табличные информационные модели проще всего строить и исследовать на компьютере с помощью электронных таблиц и систем управления базами данных. Визуализируем полученную табличную модель путем построения диаграммы в электронных таблицах.

Иерархические и сетевые модели

Множество окружающих нас объектов обладает одинаковыми свойствами, которые отличают их от других групп объектов. Группа объектов, обладающих одинаковыми общими свойствами, называется классом объектов. Внутри класса объектов могут быть выделены подклассы, объекты которых обладают какими-то особыми свойствами. В свою очередь подклассы могут делится на более мелкие группы и т.д.

В процессе классификации объектов часто строят информационные модели, которые имеют иерархическую структуру.

В иерархической информационной модели объекты распределены по уровням. Каждый элемент более высокого уровня может состоять из элементов нижнего уровня, а элемент нижнего уровня может входить в состав только одного элемента более высокого уровня.

Иерархические информационные модели для наглядного представления удобно изображать в форме графа.

Сетевые информационные модели применяются для отражения систем со сложной структурой, в которых связи между элементами имеют произвольный характер.

Пример, структура глобальной сети Интернет, в которой различные региональные части связаны между собой высокоскоростными линиями связи. Причем, одни части имеют прямые связи со всеми региональными частями Интернета, а другие могут обмениваться информацией между собой только через американскую часть.

Классификация моделей по временному фактору

Статическая модель — это как бы одномоментный срез информации по объекту. Например, обследование учащихся в стоматологической поликлинике дает картину состояния их ротовой полости на данный момент времени: число молочных и постоянных зубов, пломб, дефектов и т.п.

Динамическая модель позволяет увидеть изменения объекта во времени. В примере с поликлиникой карточку школьника, отражающую изменения, происходящие с его зубами за многие годы, можно считать динамической моделью.

При строительстве дома рассчитывают прочность и устойчивость к постоянной нагрузке его фундамента, стен, балок — это статическая модель здания. Но еще надо обеспечить противодействие ветрам, движению грунтовых вод, сейсмическим колебаниям и другим изменяющимся во времени факторам. Это можно решить с помощью динамических моделей

Информационные модели отражают различные типы систем объектов, в которых реализуются различные структуры взаимодействия и взаимосвязи между элементами системы. Для отражения систем с различными структурами используются различные типы информационных моделей: табличные, иерархические и сетевые.

Знаковые и вербальные информационные модели

Вербальная модель – информационная модель в мысленной или разговорной форме.

Знаковая модель – информационная модель, выраженная специальными знаками, т. е. средствами любого формального языка.

Знаковые модели окружают нас повсюду. Это рисунки, тексты, графики и схемы. Вербальные и знаковые модели, как правило, взаимосвязаны. Мысленный образ, родившийся в мозгу человека, может быть облечен в знаковую форму. И наоборот, знаковая модель помогает сформировать в сознании верный мысленный образ.

Согласно легенде, яблоко, упавшее на голову Ньютону, вызвало в его сознании мысль о земном притяжении. И только впоследствии эта мысль оформилась в закон, т. е. обрела знаковую форму.

Человек прочитал текст, объясняющий некоторое физическое явление, и у него сформировался мысленный образ. В дальнейшем такой образ поможет распознать реальное явление.

Для учеников 1-11 классов и дошкольников
Бесплатные сертификаты учителям и участникам

Описание презентации по отдельным слайдам:

Учащиеся должны уметь: приводить примеры различных моделей; классифицировать модели по различным признакам; систематизировать объекты; осуществлять системный анализ

Модель - это некий новый упрощенный объект, который отражает существенные особенности реального объекта, процесса или явления.

Моделирование – это процесс построения моделей для исследования и изучения объектов, процессов, явлений.

Моделировать можно: 1. Объекты копии архитектурных сооружений; копии художественных произведений; наглядные пособия; модель атома водорода или солнечной системы; глобус; модель, демонстрирующая одежду; детские игрушки… 2. Явления модели физических явлений: грозового разряда, магнитных и электрических сил. ; геофизические модели: модель селевого потока, модель землетрясения 3. Процессы модель развития вселенной; модели экономических процессов; модели экологических процессов… 4. Поведение при выполнении человеком какого-либо действия ему обычно предшествует возникновение в его сознании модели будущего поведения.

Классификация моделей с учетом факторов времени

Классификация информационных моделей

Вербальные и знаковые модели, как правило, взаимосвязаны. Мысленный образ, родившийся в голове человека, может быть облечен в знаковую форму. Например, мелодия, родившаяся в голове композитора, будет представлена в виде нот на бумаге. Для создания моделей используется огромный спектр инструментов. Если модель имеет материальную природу, то для ее создания используются традиционные инструменты: фотоаппарат, токарный, фрезерный станки, пила, топор, кисть художника, карандаш, линейка и т.д., и, наконец самый совершенный в наши дни инструмент – компьютер.

Система – это целое, состоящее из объектов, взаимосвязанных между собой. Примеры систем: человек, компьютер, дом, дерево, книга, стол, науки, обучение в школе… Системы бывают: Материальные (человек, компьютер, дерево, дом). Нематериальные (человеческий язык, математика). Смешанные (школьная система – здание, оборудование, школьники, учебники / устав школы, расписание, темы уроков)

Составные части системы называются элементами или компонентами системы. Каждый такой элемент может в свою очередь является системой. Тогда по отношению к исходной системе ее называют подсистемой, а систему, включающую в себя подсистему как элемент, рассматривают как надсистему. 1 – подсистема по отношению к системе; 2 – подсистема по отношению к системе; 3 – подсистема по отношению к 4; 4 – надсистема по отношению к 3. Система

Систематизация Систематизация – это процесс превращения множества объектов в систему. В повседневной жизни каждый из нас занимается систематизацией – разделяет одежду на зимнюю и летнюю, посуду – на стаканы, тарелки кастрюли… Неоценима систематизация знаний в различных науках. Начало многих наук связано с именем великого древнегреческого ученого Аристотеля, который жил в 4 в. до н.э. Вместе со своими учениками Аристотель проделал колоссальную работу по классификации накопленных знаний, разделил их на несколько частей и дал каждой свое название. Именно тогда на свет появились физика, биология, экономика, логика и другие науки. Математические знания классифицировал Евклид в 3в.до н.э. Живых существ классифицировал Карл Линней (1735 г.). Химические вещества классифицировал Д.И. Менделеев. Звездное небо было разделено на созвездия, причем эта классификация отличается тем, что признаки, по которым были классифицированы звезды, к ним самим не имеют никакого отношения. Задание: А Задание: Б

Закрепление изученного № 1. Фронтальное задание (устно) Мысленно представьте квадрат и составьте различные знаковые модели данного объекта. (Подсказка: чертеж, текст, формулы). № 2 (устно) Для следующих объектов осуществите системный анализ, выделите подсистемы, надсистемы и простые элементы. А) фонтан; Б) журнал; В) завтрак.

№3 Попробуйте повторить подвиг вышеназванных знаменитых людей, систематизировав перечисленные факты и определив основание систематизации.

Б) Подвиг Карла Линнея. Рожь. Дуб. Репа. Апельсин. Лиственница. Акация. Помидор. Василек. Ель. Крыжовник. 11. Ромашка. 12. Арбуз. 13. Морковь. 14. Овес. 15. Персик. 16. Кабачок. 17. Пихта. 18. Кукуруза. 19. Лимон. 20. Малина. 21. Грейпфрут. 22. Яблоня. 23. Пшеница. 24. Липа. 25. Подорожник. 26. Ячмень. 27. Картофель. 28. Береза. 29. Тыква. 30. Смородина. 31. Можжевельник. 32. Огурец. 33. Крапива. 34. Свекла. 35. Сосна. 36. Одуванчик. 37. Дыня. 38. Мандарин. 39. Груша. 40. Кедр.

Домашнее задание: Уровень знания: выучить определение основных терминов и понятий (словарь урока). Уровень понимания: составьте различные по типу модели объектов: Прямая линия; Мягкая игрушка; Человек; Провести системный анализ следующих объектов: Квартира; Сердце; Река. Уровень применения: воспользуйтесь дополнительной литературой и приведите фрагмент систематизации звезд, указав основание систематизации. Творческий уровень: Постройте материальную модель какого-либо объекта.

Благодарю за внимание! Автор урока Седова В.И., учитель информатики и ИКТ МБОУ СОШ № 80 г.Краснодара 2016 г.

Использование модели для замены исследуемого реального объекта. Возникновение учения о моделировании, его основные цели: прогноз, объяснение и понимание. Классификация по характеру моделируемой стороны объекта и характеру процессов, протекающих в объекте.

Рубрика	Экономико-математическое моделирование
Вид	реферат
Язык	русский
Дата добавления	03.02.2011
Размер файла	222,4 K

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Процесс моделирования предполагает получение и обработку информации об объектах, которые взаимодействуют между собой и внешней средой. В общем случае под объектом понимается все то, на что направлена человеческая деятельность. Другими словами - это все то, что мы воспринимаем как нечто целое, реально существующее, или возникающее в нашем сознании и обладающее определенными свойствами. Свойством называется характерная особенность объекта, которая может быть качественно и количественно оценена исследователем. С точки зрения исследователя свойства делятся на внутренние, называемые параметрами объекта, и внешние, называемые факторами и представляющие собой свойства среды, влияющей на параметры исследуемого объекта или модели. Объект, с целью изучения которого проводятся исследования, называется оригиналом, а объект, исследуемый вместо оригинала для изучения определенных свойств, называется моделью.

Модель - это мысленно представляемая или материально реализованная система, которая, отображая или воспроизводя объект исследования, способна замещать его так, что ее изучение дает новую информацию об этом объекте. Модель, представляющая собой совокупность математических соотношений, называется математической. В конечном итоге под моделью системы понимается описание системы (оригинала), отображающее определенную группу ее свойств. Углубление описания - детализация модели.

Модели и моделирование

Моделирование - это замещение одного объекта другим с целью получения информации о важнейших свойствах объекта-оригинала.

Моделирование - это, во-первых, процесс создания или отыскания в природе объекта, который в некотором смысле может заменить исследуемый объект. Этот промежуточный объект называется моделью. Модель может быть материальным объектом той же или иной природы по отношению к изучаемому объекту (оригиналу). Модель может быть мысленным объектом, воспроизводящим оригинал логическими построениями или математическими формулами и компьютерными программами.

Моделирование, во-вторых, это испытание, исследование модели. То есть, моделирование связано с экспериментом, отличающимся от натурного тем, что в процесс познания включается "промежуточное звено" - модель. Следовательно, модель является одновременно средством эксперимента и объектом эксперимента, заменяющим изучаемый объект.

Моделирование, в-третьих, это перенос полученных на модели сведений на оригинал или, иначе, приписывание свойств модели оригиналу. Чтобы такой перенос был оправдан, между моделью и оригиналом должно быть сходство, подобие.

Подобие может быть физическим, геометрическим, структурным, функциональным и т.д. Степень подобия может быть разной - от тождества во всех аспектах до сходства только в главном. Очевидно, модели не должны воспроизводить полностью все стороны изучаемых объектов. Достижение абсолютной одинаковости сводит моделирование к натурному эксперименту, о возможности или целесообразности которого было уже сказано.

Основные цели моделирования

Прогноз - оценка поведения системы при некотором сочетании ее управляемых и неуправляемых параметров. Прогноз - главная цель моделирования.

Объяснение и лучшее понимание объектов. Здесь чаще других встречаются задачи оптимизации и анализа чувствительности. Оптимизация - это точное определение такого сочетанная факторов и их величин, при котором обеспечиваются наилучший показатель качества системы, наилучшее по какому-либо критерию достижение цели моделируемой системой. Анализ чувствительности - выявление из большого числа факторов тех, которые в наибольшей степени влияют на функционирование моделируемой системы. Исходными данными при этом являются результаты экспериментов с моделью.

Часто модель создается для применения в качестве средства обучения: модели-тренажеры, стенды, учения, деловые игры и т.п.

Моделирование как метод познания применялось человечеством - осознанно или интуитивно - всегда. На стенах древних храмов предков южно-американских индейцев обнаружены графические модели мироздания. Учение о моделировании возникло в средние века. Выдающаяся роль в этом принадлежит Леонардо да Винчи (1452-1519).

Гениальный полководец А. В. Суворов перед атакой крепости Измаил тренировал солдат на модели измаильской крепостной стены, построенной специально в тылу.

Наш знаменитый механик-самоучка И.П. Кулибин (1735-1818) создал модель одноарочного деревянного моста через р. Неву, а также ряд металлических моделей мостов. Они были полностью технически обоснованы и получили высокую оценку российскими академиками Л. Эйлером и Д. Бернулли. К сожалению, ни один из этих мостов не был построен.

Огромный вклад в укрепление обороноспособности нашей страны внесли работы по моделированию взрыва - генерал-инженер Н.Л. Кирпичев, моделированию в авиастроении - М.В. Келдыш, С.В. Ильюшин, А.Н. Туполев и др., моделированию ядерного взрыва - И.В. Курчатов, А.Д. Сахаров, Ю.Б. Харитон и др.

Широко известны работы Н.Н. Моисеева по моделированию систем управления. В частности, для проверки одного нового метода математического моделирования была создана математическая модель Синопского сражения - последнего сражения эпохи парусного флота. В 1833 году адмирал П.С. Нахимов разгромил главные силы турецкого флота. Моделирование на вычислительной машине показало, что Нахимов действовал практически безошибочно. Он настолько верно расставил свои корабли и нанес первый удар, что единственное спасение турок было отступление. Иного выхода у них не было. Они не отступили и были разгромлены.

Сложность и громоздкость технических объектов, которые могут изучаться методами моделирования, практически неограниченны. В последние годы все крупные сооружения исследовалась на моделях - плотины, каналы, Братская и Красноярская ГЭС, системы дальних электропередач, образцы военных систем и др. объекты.

Поучительный пример недооценки моделирования - гибель английского броненосца "Кэптен" в 1870 году. В стремлении еще больше увеличить свое тогдашнее морское могущество и подкрепить империалистические устремления в Англии был разработан суперброненосец "Кэптен". В него было вложено все, что нужно для "верховной власти" на море: тяжелая артиллерия во вращающихся башнях, мощная бортовая броня, усиленное парусное оснащение и очень низкими бортами - для меньшей уязвимости от снарядов противника. Консультант инженер Рид построил математическую модель остойчивости "Кэптена" и показал, что даже при незначительном ветре и волнении ему грозит опрокидывание. Но лорды Адмиралтейства настояли на строительстве корабля. На первом же учении после спуска на воду налетевший шквал перевернул броненосец. Погибли 523 моряка. В Лондоне на стене одного из соборов прикреплена бронзовая плита, напоминающая об этом событии и, добавим мы, о тупоумии самоуверенных лордов Британского Адмиралтейства, пренебрегших результатами моделирования.

Классификация моделей и моделирования

модель реальный объект прогноз

Каждая модель создается для конкретной цели и, следовательно, уникальна. Однако наличие общих черт позволяет сгруппировать все их многообразие в отдельные классы, что облегчает их разработку и изучение. В теории рассматривается много признаков классификации и их количество не установилось. Тем не менее, наиболее актуальны следующие признаки классификации:

- характер моделируемой стороны объекта;

- характер процессов, протекающих в объекте;

- способ реализации модели.

Классификация моделей и моделирования по признаку "характер моделируемой стороны объекта"

В соответствии с этим признаком модели могут быть:

Функциональные модели отображают только поведение, функцию моделируемого объекта. В этом случае моделируемый объект рассматривается как "черный ящик", имеющий входы и выходы. Физическая сущность объекта, природа протекающих в нем процессов, структура объекта остаются вне внимания исследователя, хотя бы потому, что неизвестны. При функциональном моделировании эксперимент состоит в наблюдении за выходом моделируемого объекта при искусственном или естественном изменении входных воздействий. По этим данным и строится модель поведения в виде некоторой математической функции.

Компьютерная шахматная программа - функциональная модель работы человеческого мозга при игре в шахматы.

Структурное моделирование это создание и исследование модели, структура которой (элементы и связи) подобна структуре моделируемого объекта. Как мы выяснили ранее, подобие устанавливается не вообще, а относительно цели исследования. Поэтому она может быть описана на разных уровнях рассмотрения. Наиболее общее описание структуры - это топологическое описание с помощью теории графов.

Учение войск - структурная модель вида боевых действий.

Классификация моделей и моделирования по признаку "характер процессов, протекающих в объекте"

По этому признаку модели могут быть детерминированными или стохастическими, статическими или динамическими, дискретными или непрерывными или дискретно-непрерывными.

Детерминированные модели отображают процессы, в которых отсутствуют случайные воздействия.

Стохастические модели отображают вероятностные процессы и события.

Статические модели служат для описания состояния объекта в какой-либо момент времени.

Динамические модели отображают поведение объекта во времени.

Дискретные модели отображают поведение систем с дискретными состояниями.

Непрерывные модели представляют системы с непрерывными процессами.

Дискретно-непрерывные модели строятся тогда, когда исследователя интересуют оба эти типа процессов.

Очевидно, конкретная модель может быть стохастической, статической, дискретной или какой-либо другой, в соответствии со связями, показанными на рис. 1.

Рис. 1. ? Классификация моделей и моделирования

Классификация моделей и моделирования по признаку "способ реализации модели"

Согласно этому признаку модели делятся на два обширных класса:

- абстрактные (мысленные) модели;

Нередко в практике моделирования присутствуют смешанные, абстрактно-материальные модели.

Абстрактные модели представляют собой определенные конструкции из общепринятых знаков на бумаге или другом материальном носителе или в виде компьютерной программы.

Абстрактные модели, не вдаваясь в излишнюю детализацию, можно разделить на:

Символическая модель - это логический объект, замещающий реальный процесс и выражающий основные свойства его отношений с помощью определенной системы знаков или символов. Это либо слова естественного языка, либо слова соответствующего тезауруса, графики, диаграммы и т.п.

Символическая модель может иметь самостоятельное значение, но, как правило, ее построение является начальным этапом любого другого моделирования.

Математическое моделирование - это процесс установления соответствия моделируемому объекту некоторой математической конструкции, называемой математической моделью, и исследование этой модели, позволяющее получить характеристики моделируемого объекта.

Математическое моделирование - главная цель и основное содержание изучаемой дисциплины.

Математические модели могут быть:

Аналитические модели - это функциональные соотношения: системы алгебраических, дифференциальных, интегро-дифференциальных уравнений, логических условий. Уравнения Максвелла - аналитическая модель электромагнитного поля. Закон Ома - модель электрической цепи.

Преобразование математических моделей по известным законам и правилам можно рассматривать как эксперименты. Решение на основе аналитических моделей может быть получено в результате однократного просчета безотносительно к конкретным значениям характеристик ("в общем виде"). Это наглядно и удобно для выявления закономерностей. Однако для сложных систем построить аналитическую модель, достаточно полно отражающую реальный процесс, удается не всегда. Тем не менее, есть процессы, например, марковские, актуальность моделирования которых аналитическими моделями доказана практикой.

Имитационное моделирование. Создание вычислительных машин обусловило развитие нового подкласса математических моделей - имитационных.

Имитационное моделирование предполагает представление модели в виде некоторого алгоритма - компьютерной программы, - выполнение которого имитирует последовательность смены состояний в системе и таким образом представляет собой поведение моделируемой системы.

Процесс создания и испытания таких моделей называется имитационным моделированием, а сам алгоритм - имитационной моделью.

В чем заключается отличие имитационных и аналитических моделей?

В случае аналитического моделирования ЭВМ является мощным калькулятором, арифмометром. Аналитическая модель решается на ЭВМ.

В случае же имитационного моделирования имитационная модель - программа - реализуется на ЭВМ.

Имитационные модели достаточно просто учитывают влияние случайных факторов. Для аналитических моделей это серьезная проблема. При наличии случайных факторов необходимые характеристики моделируемых процессов получаются многократными прогонами (реализациями) имитационной модели и дальнейшей статистической обработкой накопленной информации. Поэтому часто имитационное моделирование процессов со случайными факторами называют статистическим моделированием.

Если исследование объекта затруднено использованием только аналитического или имитационного моделирования, то применяют смешанное (комбинированное), аналитико-имитационное моделирование. При построении таких моделей процессы функционирования объекта декомпозируются на составляющие подпроцессы и для которых возможно используют аналитические модели, а для остальных подпроцессов строят имитационные модели.

Материальное моделирование основано на применении моделей, представляющих собой реальные технические конструкции. Это может быть сам объект или его элементы (натурное моделирование). Это может быть специальное устройство - модель, имеющая либо физическое, либо геометрическое подобие оригиналу. Это может быть устройство иной физической природы, чем оригинал, но процессы в котором описываются аналогичными математическими соотношениями. Это так называемое аналоговое моделирование. Такая аналогия наблюдается, например, между колебаниями антенны спутниковой связи под ветровой нагрузкой и колебанием электрического тока в специально подобранной электрической цепи.

Нередко создаются материально-абстрактные модели. Та часть операции, которая не поддается математическому описанию, моделируется материально, остальная - абстрактно. Таковы, например, командно-штабные учения, когда работа штабов представляет собой натурный эксперимент, а действия войск отображаются в документах.

Классификация по рассмотренному признаку - способу реализации модели - показана на рис. 2.

Рис. 2. ? Классификация по способу реализации модели

1. Кочергин А.Н. Моделирование мышления. - М.: Наука, 2002.

2. Философия: Учебное пособие для высших учебных заведений. - Р-н/Д.: Феникс, 2002.

3. Тумаркин А. Философские аспекты моделирования как метода познания окружающего мира. Применение моделирования в различных отраслях человеческого знания и деятельности. ? 2005. (Новая версия)

4. Эксперимент. Модель. Теория. ? М., Берлин: Наука, 2000.

Подобные документы

Главные требования к математическим моделям в САП. Применение принципа декомпозиции при математическом моделировании сложного технического объекта. Разработка приближенных моделей объектов на микроуровне. Сущность метода сеток, метода конечных элементов.

презентация [705,6 K], добавлен 09.02.2015

Характеристика основных принципов создания математических моделей гидрологических процессов. Описание процессов дивергенции, трансформации и конвергенции. Ознакомление с базовыми компонентами гидрологической модели. Сущность имитационного моделирования.

презентация [60,6 K], добавлен 16.10.2014

Определение, цели и задачи эконометрики. Этапы построения модели. Типы данных при моделировании экономических процессов. Примеры, формы и моделей. Эндогенные и экзогенные переменные. Построение спецификации неоклассической производственной функции.

презентация [1010,6 K], добавлен 18.03.2014

Основной тезис формализации. Моделирование динамических процессов и имитационное моделирование сложных биологических, технических, социальных систем. Анализ моделирования объекта и выделение всех его известных свойств. Выбор формы представления модели.

реферат [493,5 K], добавлен 09.09.2010

Основные понятия и типы моделей, их классификация и цели создания. Особенности применяемых экономико-математических методов. Общая характеристика основных этапов экономико-математического моделирования. Применение стохастических моделей в экономике.

реферат [91,1 K], добавлен 16.05.2012

Метод имитационного моделирования, его виды, основные этапы и особенности: статическое и динамическое представление моделируемой системы. Исследование практики использования методов имитационного моделирования в анализе экономических процессов и задач.

курсовая работа [54,3 K], добавлен 26.10.2014

Основные этапы математического моделирования, классификация моделей. Моделирование экономических процессов, основные этапы их исследования. Системные предпосылки формирования модели системы управления маркетинговой деятельностью предприятия сферы услуг.

ГОСТ

Понятие модели

В ходе своей деятельности люди используют модели, т.е. создают образ, копию того объекта, с которым им приходится работать. Человек, когда продумывает план действий, представляет результат своих действий, строит модель в уме.

Модель – это объект, который был создан искусственно с целью упрощенного представления о реальном объекте, процессе или явлении и отражает существенные стороны объекта, который изучается, с точки зрения цели моделирования.

Моделирование – это процесс построения моделей, которые предназначены для изучения и исследования объектов, процессов или явлений.

Объект, для которого создают его модель, называют оригиналом или прототипом. Модель не является абсолютной копией своего прототипа, а лишь отражает основные его качества и свойства, которые являются наиболее существенными для выбранной цели исследования. При создании модели всегда имеют место определенные допущения и гипотезы.

С помощью системного подхода можно создавать полноценные модели. Особенностями системного подхода является:

Готовые работы на аналогичную тему

Создание универсальных моделей является следствием использования системного подхода.

В некоторых случаях моделирование незаменимо. Нельзя, например, устроить ядерную катастрофу для выяснения масштабов возможного заражения, а с помощью компьютерных программ возможен расчет (причем достаточно точный) параметров, которые интересуют исследователей.

Моделирование является основным способом научного познания. В информатике данный способ именуется вычислительным экспериментом и основан на трех основных понятиях: модель – алгоритм – программа.

Компьютер при моделировании используется в трех направлениях:

Вычислительном для прямых расчетов по программе.
Инструментальном при построении базы знаний для преобразования ее в алгоритм и программу.
Диалоговом при поддержании интерфейса между пользователем и компьютером.

Понятие объекта

Объектом моделирования считают любой предмет, процесс или явление, которые изучаются с помощью методов моделирования. При изучении объекта учитывают только те свойства, которые необходимы для достижения цели. Выбор необходимых свойств объекта при построении модели является наиболее важным моментом на первых этапах моделирования.

Модель объекта – это:

система, которую можно мысленно представить или материально реализовать, которая отображает или воспроизводит объект исследования, и при этом способна заменить его таким образом, что изучение этой системы дает новую информацию об объекте;
объект-заместитель, учитывающий реальные свойства объекта, которые необходимы для достижения цели.

Основной функцией модели является описание объекта и получение информации о нём.

Любой объект можно представить как совокупность элементов, объединенных в единое целое. Однако невозможно изучить все свойства объекта в целом, если изучать каждый элемент объекта отдельно. Сила связи между элементами значительно мощнее силы связи с элементами, которые не принадлежат объекту, что позволяет выделить объект из окружающей среды. Любой объект (система), не являющийся неделимым (элементарным), имеет свою структуру.

Структурой объекта является сеть взаимосвязей между его частями, приводящая к появлению свойств, которые отсутствуют у всех и каждой части объекта в отдельности.

Принцип, по которому объединение элементов приводит к появлению у объекта новых свойств, которые являются отличными от свойств элементов, называется принципом организации. Например, из совокупности отдельных деталей можно собрать какой-то целостный прибор.

Классификация моделей

Классификация моделей относится к проблеме распознавания образов. Каждый класс имеет некоторые характеристические признаки и по этим признакам осуществляется классификация.

Классификация моделей основывается на анализе информации об объекте и отнесении объекта к определенному классу из заданного их набора. Одним из наиболее общих критериев классификации служит способ отображения объектов:

I класс моделей:

Изобразительная модель – простейший тип модели. Это подобие оригинала, отображающие лишь внешние свойства объектов. Например, фотографии, рисунки, картины, фарфоровые и другие фигуры и т.д. С помощью фотографии невозможно отобразить характер, темперамент, а рост можно представить только относительно.
Аналоговая модель – это вспомогательный объект, природа которого отличается от природы изучаемого объекта, и который замещает изучаемый объект настолько, что его изучение дает полезные сведения об исходном объекте. Это модель, в которой совокупность одних свойств представляют в виде совокупности других свойств. Аналоговое моделирование основывается на теории подобия. Например, лекарства имеют разные названия, но обладают одинаковым действием, хотя имеют различные ингредиенты.
Символьная модель – модель, в которой объект описывается на формальном языке, который состоит из конечного набора символов, правил отношений между ними и правил интерпретации этих символов. Например, алгоритмические языки программирования, совокупность знаков, которые обозначают правила дорожного движения. К символьным моделям также относятся математические модели, которые содержат множество математических символов, знаков, уравнений, множеств и т.д.

II класс моделей:

III класс моделей:

Статическая модель отображает какое-либо состояние объекта в фиксированный момент времени.
Динамическая модель отображает переход объекта из состояния в состояние.

Одну модель можно отнести сразу к нескольким классам. В реальности не существует объекта, который принадлежит к какому-либо одному классу моделирования. Множество вариантов классификаций моделей говорит о том, что любая модель зависимо от критерия классификации может относится к различным классам и что между этими классами не всегда проходит четкая грань, которая позволяет выполнять однозначную классификацию моделей.

Получи деньги за свои студенческие работы

Курсовые, рефераты или другие работы

Автор этой статьи Дата написания статьи: 01 06 2017

Михаил Алексеевич Шашин

Автор24 - это сообщество учителей и преподавателей, к которым можно обратиться за помощью с выполнением учебных работ.

Читайте также: