Приведите примеры моделирования явлений в информатике кратко

Обновлено: 05.07.2024

Моделирование – широко применяемый метод исследования, который позволяет заменить реальный процесс или явление моделью. Это позволяет сконцентрироваться на существенных свойствах и параметрах прототипа. В науке рассматриваются материальная и информационная модель. Если первая позволяет создать подобие прототипа в форме конкретного объекта, который можно потрогать, понюхать, то вторая - абстрактная. Возрастают объемы данных, требующие обработки. Параллельно происходит стремительное развитие технических средств, позволяющие получить наиболее точные результаты в кратчайшее время.

Моделирование выходит на новый уровень, основное место на котором занимает информационная модель. Широкое использование такого подхода выводит экономику любого государства на более высокую ступень развития. Цифровизация позволяет экономить значительные объемы ресурсов.

Суть и характеристики информационной модели

Объектом в информационном моделировании может выступать любой прототип. Задача исследователя описать этот прототип, т.е. перевести все данные о нем (параметры, переменные, связи между ними), потоки данных на входе и выходе.

Результат – информационная модель, которая позволяет отследить поведение исходного объекта (результат на выходе) при различных комбинациях входных данных и корректирующих воздействиях на них.

Если рассматривать исследуемый объект, процесс или явление как систему взаимосвязанных данных о параметрах, то в результате преобразования получаем модель информационной системы. К параметрам относятся существенные характеристики элементов системы, связи между ними (внутренние) и окружающей средой (внешние).

В зависимости от назначения информационной модели выделяют ее характеристики:

отражение реальных или проектируемых процессов, явлений, объектов;

визуализация взаимного расположения и связей;

направленность на оптимизацию прототипа;

использование кодирования, позволяющего установить требуемые соотношения и взаимосвязи между параметрами;

проведение мониторинга работы прототипа и внести корректирующие действия;

поддержка принятия рациональных решений.

Учет при разработке указанных характеристик позволяет создать адекватную информационную модель данных. В качестве примера приведем технологическую карту любого производственного процесса. Сама технологическая линия, например, конвейер – это огромный по размерам прототип. Создание схемы позволит не только визуально охватить все происходящие операции и действия, но и создать условия для автоматического управления ими.

Разновидности моделей

Всю совокупность моделей, используемых в различных исследованиях можно поделить, исходя из различных оснований.

Результату моделирования свойственны адекватность, упрощенность, полнота, информативность, предсказуемость. Переход от оригинала к новому объекту происходит с учетом требований, вытекающих из целей и предметной области исследования.

Классифицировать их можно в зависимости:

от цели исследования: модели научного эксперимента, комплексных испытаний и оптимизационные;

от области применения: учебные (обучающие программы и тренажеры), опытные или натуральные (копии корабля или атома, представленные в нужных для исследования размерах); научно-технические (ускоритель электронов); игровые (экономические или стратегические игры); имитационные (допускают внесение поправок и проверку их воздействия на систему);

от широты применения: специализированные (исследование конкретной системы) и универсальные (исследование широкого спектра систем);

от учета фактора времени: статические (описывается система в конкретный момент времени) или динамическую (позволяет отследить изменения, происходящие в системе за проектируемый период времени);

от наличия воздействий на систему: стохастические (воздействие возможно) или детерминированные (воздействие отсутствует)

по способу представления: материальные и информационные.

Модели информационных систем по другим представленным основаниям могут относиться к любому из описанных классов.

Образная и вербальная модели

В зависимости от способа представления данных информационные модели делят на два основных класса:

Образные или формальные. При разработке используется формальный язык, т.е. специально разработанный с учетом предметной области. В качестве универсальных формальных инструментов описания прототипа используются формулы, схемы, рисунки, таблицы и т.п. В результате выделяют модели математические, графические и табличные.

Вербальные или описательные. Преставление происходит на любом естественном языке, т.е. языке общения создателя продукта (русский, английский и т.д.). В данном классе выделяют модели мыслительные или устные.

Разработка модели информационной системы ориентирована на реализацию процессов апробации и последующего использования в цифровом пространстве. Поэтому используется формализованный язык более высокого уровня, требующий специального изучения.

Примеры информационных компьютерных моделей

Основное назначение компьютерного моделирования – представление любого существующего или проектируемого оригинала с помощью специальных средств. Это могут быть различные программные и технологические среды: графические редакторы, анимационные программы, электронные таблицы, базы данных, программы по разработке 3D-моделей, виртуальные лаборатории. Рассмотрим некоторые информационные модели на примерах.

Виртуальные лаборатории находят широкое применение не только в процессе обучения, но и в исследовательских центрах. Использование такого подхода позволяет провести большое количество опытов, проведение которых в реальных условиях связано с определенным риском или требует дорогостоящего оборудования. Например, в целях безопасности такие комплексы дают возможность поэкспериментировать с кислотами или взрывчатыми веществами

Базы данных широко применяются в процессе цифровизации. Хранение и обработка больших объемов данных с помощью электронного варианта их представления облегчает и ускоряет проведение всех информационных процессов. В качестве примера можно сравнить работу с традиционным и электронным библиотечным хранилищем.

Поиск не только информационного источника, анализ внутреннего содержания по тегам, получение статистических данных, их графического представление и другие действия с элементами системы выполняются быстро и просто благодаря программному сопровождению.

3D-модели дают возможность отобразить, контролировать и совершенствовать множество технических и технологических процессов на различных производствах. От самых простых проектов (3D представление проектируемого оригинала, например, мебели или дизайна участка) до сложных промышленных разработок (стендов испытаний поведения высокотехнологичной продукции или процессов, например, в самолетостроении или добыче нефти и газа).

Использование информационных моделей вносит кардинальные изменения в процесс исследования и разработки разнообразных явлений и объектов. Это дает дополнительные возможности и значительно убыстряет процессы развития во всех предметных областях науки как фундаментальной, так и прикладной.

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

Описание презентации по отдельным слайдам:

Тема урока:
Примеры моделирования
Презентацию подготовила
преподаватель информатики и ИКТ
ОГБОУ НПО ПЛ № 3 г. Иваново
Меркулова Татьяна Дмитриевна

Цели урока:
Рассмотреть, что такое формы представления информационных моделей.
Научиться приводить примеры форм представления информационных моделей.
Можете ли вы полностью ответить на следующие вопросы:
Знаете ли вы, что такое модель?
Что такое моделирование ?
Что такое объект моделирования ?
Знаете ли вы на какие виды делятся все модели ?
Знаете ли вы, какие существуют формы представления информационных моделей ?
Можете ли вы привести примеры форм представления информационных моделей?
Тема урока:
Примеры моделирования

Заполните СХЕМУ КЛАССИФИКАЦИИ МОДЕЛЕЙ и пропуски в предложении:
МОДЕЛИ

В основе метода моделирования лежит ______________ подход к изучению окружающей действительности. Предметом изучения информатики являются ___________________ модели.
Материальные (предметные) модели воспроизводят геометрические, физические и другие свойства оригинала
Информационные (абстрактные) модели – строятся только на информации, характеризующей свойства и состояние объекта моделирования
Образные (наглядные) модели - это чертежи, графики, фотографии
Знаковые (символьные) модели – это текст, формула, программа, описание ТП
Смешанные модели – это таблицы, схемы, плакаты, фильмы
В основе метода моделирования лежит информационный подход к изучению окружающей действительности. Предметом изучения информатики являются информационные модели.

Цели моделирования
Информационное
моделирование
применяют для:

• представления (описания)
материальных предметов;
• объяснения известных фактов;
• построения гипотез;
• получения новых знаний об исследуемых
объектах;
• прогнозирования;
• управления.

Разные науки исследуют объекты и процессы под разными углами зрения и строят различные типы моделей. Возьмем в качестве примера человека: в разных науках он исследуется в рамках различных моделей. В рамках механики его можно рассматривать как материальную точку, в химии — как объект, состоящий из различных химических веществ, в биологии — как систему, стремящуюся к самосохранению, и так далее.

Один и тот же объект может иметь множество моделей,
а разные объекты могут описываться одной моделью.

Информационные модели отражают различные типы систем объектов, в которых реализуются различные структуры взаимодействия и взаимосвязи между элементами системы.

Формы представления информационных моделей

В настоящее время существуют следующие
формы представления информационных моделей:
описание,
таблица,
граф (дерево, сеть, блок – схема),
рисунок,
формула,
чертеж,
схема.

Для отображения систем с различными структурами используются различные типы информационных моделей, основными из которых являются табличные, иерархические и сетевые.

Естественные языки используются для построения словесных, текстовых, описательных моделей.
Описательные модели – это устные и письменные описания с использованием иллюстраций.
1. Описание
Словесные модели могут описывать ситуации, события, происходящие в жизни, с целью их осмысления и использования опыта.
Например, описание любого технологического процесса – это информационная описательная модель.

Со словесного описания начинается построение вообще любой модели, так как оно более или менее точно отражает оригинал. При создании словесной модели важно уметь ясно и понятно строить фразы, выделять ключевые моменты, правильно пользоваться терминологией, ссылаться на известные факты.

Информационные модели, в том числе описательные, - это продукт творческой деятельности человека. Компьютер позволяет
на качественно новом уровне перевести мысленную модель в знаковую форму.

2. Таблицы
Одним из наиболее часто используемых типов информационных моделей является
прямоугольная таблица.
Такой тип моделей применяется для описания ряда объектов, обладающих одинаковыми наборами свойств.
Широко известно табличное представление математических функций, статистических данных, расписаний поездов и самолетов, уроков и так далее.

Табличная модель (таблица) – состоит из строк и столбцов.
В верхней строке таблицы обычно располагаются заголовки столбцов. Пересечение строки и столбца образует ячейку.

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 текстовом редакторе
создать компьютерный текстовый документ, содержащий описательную и табличную модели на базе профессиональной информации.

Итоги урока:
Мы рассмотрели формы представления информационных моделей – описание и таблицу.
Научились приводить примеры форм представления информационных моделей.
Продолжили совершенствовать навыки работы с тестом на компьютере.

Приведите примеры моделирования в вашей профессиональной деятельности.
Как модели помогают определить нам качество продукта?

При создании презентации и подготовке урока были использованы следующие материалы и литература:

Презентацию подготовила
преподаватель информатики и ИКТ
ОГБОУ НПО ПЛ № 3 г. Иваново
Меркулова Татьяна Дмитриевна

Модель - это упрощенное представление реальных или вымышленных объектов (предметов, явлений или процессов), а также их свойств.

Обычно модель отображает не все свойства объекта, а только те из них, которые необходимы для изучения объекта. К примеру, модель самолёта может отличаться от реального её прототипа габаритами, а также уровнем детализации.

Моделированием является формирование модели предмета, явления или процесса. При моделировании модель может выступать в виде цели, или в виде средства, или же как исследуемый объект. Создание модели преследует следующие цели:

Отобразить объект, представить его внешний облик и набор характерных особенностей.
Изучить устройство конкретного объекта, его структуры, установить его базовые свойства, правила развития и взаимодействия с окружающей действительностью.
Освоить методы управления объектом.
Выполнить прогноз последствий определённых воздействий на объект и так далее.

Отталкиваясь от намеченных целей, итогом моделирования может стать более простой аналог реального объекта, его воспроизводство в других габаритах, а именно, меньше или больше, то есть макет объекта.

Примеры компьютерного моделирования

Информатика занимается изучением как реальных, так и абстрактных объектов. Информация реального мира способна овеществляться в виде разных физических процессов. С целью их исследования и отображения при помощи компьютеров применяются специальные формализованные модели, то есть реальные объекты замещаются их моделями.

Информационной моделью является совокупность величин и (или) изображений, которые содержат требуемые информационные данные об изучаемых объектах или процессах. Форматы реализации информационных моделей могут быть следующие:

Формат словесного описания, включая описание алгоритма.
Табличный формат.
Формат рисунков, схем, чертежей.
Математический, то есть формульный, формат.
Формат компьютерной программы и так далее.

В качестве распространённых и понятных всем информационных моделей можно привести следующие:

Готовые работы на аналогичную тему

Библиотечные каталоги.
Географические карты.
Схемы метрополитенов.
Схемы автобусных маршрутов.
Формулы различных веществ.

В информационных моделях следует выделить следующие виды:

Математические модели.
Графические модели.
Табличные модели.
Словесные описательные модели.

Одним из самых важных видов моделирования считается математическое моделирование, в котором изучаемый объект представляется моделью, выраженной на математическом языке, и с применением математических методов. Математическая модель является математическим соотношением или системой математических соотношений, которые отражают основные свойства объекта.

При создании математической модели с целью решения определённой задачи, следует выполнить следующие процедуры:

Осуществить выделение предположений, на которых станет базироваться математическая модель.
Выполнить определение исходных данных и желаемых результатов.
Осуществить запись математических соотношений, которые связывают итоговые результаты с начальными (исходными) данными.

Классическим примером математического моделирования можно считать описание и изучение базовых законом механики Исаака Ньютона. К примеру, известна математическая модель перемещения шарика, висящего на пружине:

ma = –kx, где:

a является ускорением, с которым перемещается шарик.
m является массой шарика.
x является величиной деформации пружины.
k является коэффициентом упругости пружины.

Когда выполняется управление определённым процессом или явлением, то является важным определить, какие действия приведут к наилучшим итоговым результатам, а какие могут ухудшить ситуацию, с количественной оценкой результатов всех действий. Математические модели, которые описывают данные процессы и реализуют их алгоритмы, именуются оптимизационными.

К примеру, модели оптимальных раскроек материалов при изготовлении одежды, мебели и так далее. Существуют и экологические оптимизационные модели, при помощи которых возможно вычислить, какая численность определённой популяции рыбы является оптимальной для разрешения или запрещения её отлова.

К оптимизационному типу задач также следует отнести, к примеру, задачу определения в К-мерном пространстве точки с самым маленьким общим отклонением от набора из N задаваемых точек. Чтобы решить такую задачу, можно применить методику простых итераций. То есть, в первом приближении выбрать точку с координатами, равными среднему арифметическому координат заданных точек. Приближение будет окончено, когда весь набор координат точки последнего приближения будет находиться по отношению к координатам точки предыдущего приближения менее чем на величину заданной точности.

Для исследования и отображения объектов при помощи компьютерного оборудования применяются специальные формализованные модели, то есть, в компьютере исследуются не реальные объекты, а их модельное отображение. Компьютерным моделированием является моделирование объектов, процессов, явлений при помощи специализированных компьютерных программных приложений, таких как, графические редакторы, анимационные редакторы, табличные процессоры, программы для формирования баз данных, специализированные компьютерные симуляторы, виртуальные лаборатории.

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

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.

Системный подход к созданию модели

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.

Читайте также: