Укажите особенности информационных моделей информатика кратко

Обновлено: 02.07.2024

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.

Информационная модель — отображение объекта в виде информации, описывающей существенные для его изучения параметры и связи. В более широком, общенаучном смысле это информация, описывающая существенные свойства и состояния предмета (явления, процесса), а также его связь с внешним миром.

При анализе этого довольно типичного определения возникает вопрос: возможны ли неинформационные модели? Ответ неоднозначен, поскольку точная трактовка понятия "информация" в научной среде еще не выработана. Однако иногда в литературе информационные модели противопоставляются т.н. "натурным" моделям, т.е. таким, которые стремятся в аналоговой форме воспроизвести моделируемый объект. Типичным примером натурной модели является детская игрушка, поскольку для ребенка важно как можно более полное ее соответствие изображаемому предмету, тогда как при разработке информационной модели стремятся выделить основные черты и свойства.

Натурные модели малоприменимы в инженерной и научной практике. Тем не менее, в ряде ситуаций они незаменимы. Натурными моделями можно считать, например, некоторые произведения искусства, где авторам удается на интуитивном уровне воспроизвести тонкие эмоции и переживания, не поддающиеся формальному описанию.

Рисунок 1. Картина Клода Моне "Впечатление", давшая начало импрессионизму как направлению в живописи. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ

Абстрагирование как основной метод информационного моделирования

Мыслительный процесс один из наиболее энергозатратных в человеческом организме, поэтому чем меньшее количество воспринимаемых деталей придется обрабатывать головному мозгу, тем эффективнее будет модель.

Готовые работы на аналогичную тему

Процесс намеренного игнорирования ряда особенностей моделируемого объекта с целью сосредоточения на главных его свойствах называется абстрагированием.

Процесс абстрагирования рационален. Он отличается от интуитивных, эвристических умозаключений. Абстрагирование сводится к отделению главного от второстепенного, что требует не только логических размышлений, но и некоторой исследовательской работы, наблюдений, экспериментирования. В качестве примера можно привести хорошо известный опыт Галилея, который, сбросив с Пизанской башни шары разного размера, опроверг интуитивную иллюзию о том, что большой шар должен падать быстрее малого. С другой стороны, в процессе абстрагирования должны сохраняться существенные признаки объекта, его узнаваемость.

Рисунок 2. Абстрактная картина Казимира Малевича "Крестьяне". Автор24 — интернет-биржа студенческих работ

В процессе абстрагирования следует также отличать форму от содержания. Например, в сказке "Старик Хоттабыч" тщательно выполненный из драгоценного мрамора и внешне неотличимый от настоящего муляж телефона-автомата оказался неработающим, тогда как американские фермеры, понимая принципы электросвязи, умудрялись использовать в качестве телефонных линий совсем не предназначенную для этого колючую проволоку, ограждавшую их поля.

Дискретность и непрерывность в информационных моделях

Абстрагирование помогает исследователям сосредоточиться на основных свойствах моделей. Например, медиков, снимающих кардиограмму, интересует частота сокращения мышц, а не форма сердца, его величина, состав крови и т.п. По характеру импульсов они могут судить о заболевании и не зная остальных параметров изучаемого органа. Тем не менее, анализ кардиограммы часто носит экспертный характер. Опытный врач, просматривая множество таких изображений, сопоставляет их со случаями из своей прежней практики и вспоминает ранее поставленные диагнозы. Он не всегда в состоянии объяснить свои решения, но они по большей части безошибочны. В данном случае речь идет об интуитивном мышлении, где особенности модели с трудом поддаются описанию. Классифицировать аналоговые модели помогает математика, располагающая методиками приведения любых непрерывных линий к графикам сложных функций.

Иначе работают дискретные модели. В них используются средства формализации: алфавиты, состоящие из ограниченных количеств символов и строго определенные синтаксисы, описывающие алгоритмы. Например, если четко описать высоту всплесков кардиограммы и расстояний между ними и на большой выборке выявить соответствие этих параметров различным заболеваниям сердца, то с анализом кардиограммы справится даже начинающий врач.

Рисунок 3. Расшифровка кардиограммы. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ

Информационные модели и стандартизация

Рассмотрим пример сортировки яблок. Несмотря на то, что каждый плод имеет уникальную, неправильную форму, пропуская плоды через калибры разного диаметра можно распределить их по размерам и затем, в зависимости от качества, назначить цену, а самые некондиционные переработать в пюре и сок.

Моделирование всегда связано с приведением однотипных, но на практике несколько различающихся объектов к некоторому набору значимых образцов, заключающих в себе некоторые диапазоны значений "от. до". Например, шоколад по количеству содержания в нем какао-бобов делится на:

горький;
классический;
молочный.

Горький шоколад должен в себе содержать не менее 55% какао-продукта, классический – 35-60%, молочный – до 35%. Такой подход позволяет ускорить обработку информации за счет сокращения трат времени на анализ несущественных для большинства потребителей различий. Для тех, кого интересуют более тонкие градации, выпускаются дорогие сорта с более точной дозировкой, но и в этом случае имеют место некоторые допуски (стандарты) по количеству ингредиентов.

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:

Описательная. Сюда относятся модели, которые создаются на естественных языках. Они могут иметь любую произвольную структуру, которая удовлетворит составляющего их человека.
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.
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:

Зависимо от количества значений переменных они делятся на динамические и статистические.
По способу описания бывают знаковыми, натурными, формализованными.
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:

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.
Компьютерные. Используется для описания совокупности переменных, что представлены абстрактными типами данных и поданы в соответствии с выдвигаемыми требованиями среды обработки ЭОМ.
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:

Вербальные. Они создаются как результат умственной деятельности человека и представляются в словесной форме или при помощи жестикуляции.
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?

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.

Тема 2. Информационные модели и системы

Содержание темы: Информационные (нематериальные) модели. Использование информационных моделей в учебной и познавательной деятельности.
Назначение и виды информационных моделей. Формализация задач из различных предметных областей. Структурирование данных. Построение информационной модели для решения поставленной задачи.
Оценка адекватности модели объекту и целям моделирования (на примерах задач различных предметных областей).

Литература: 1; 4; 5; 7; 8.

Методические рекомендации:

Объект, система, модель, моделирование

В своей деятельности человек повсеместно использует модели, то есть создает образ, копию того объекта, с которым ему приходится иметь дело. Продумывая план действий, представляя результат своих действий, человек строит модель на уровне мысли.

Модель - это искусственно созданный объект, дающий упрощенное представление о реальном объекте, процессе или явлении, отражающий существенные стороны изучаемого объекта с точки зрения цели моделирования. Моделирование - это построение моделей, предназначенных для изучения и исследования объектов, процессов или явлений.

Объект, для которого создается модель, называют оригиналом или прототипом. Любая модель не является абсолютной копией своего оригинала, она лишь отражает некоторые его качества и свойства, наиболее существенные для выбранной цели исследования. При создании модели всегда присутствуют определенные допущения и гипотезы.

Системный подход позволяет создавать полноценные модели. Особенности системного подхода заключаются в следующем. Изучаемый объект рассматривается как система, описание и исследование элементов которой не выступает как сама цель, а выполняется с учетом их места (наличие подзадач). В целом объект не отделяется от условий его существования и функционирования. Объект рассматривается как составная часть чего-то целого (сам является подзадачей). Один и тот же исследуемый элемент рассматривается как обладающий разными характеристиками, функциями и даже принципами построения. При системном подходе на первое место выступают не только причинные объяснения функционирования объекта, но и целесообразность включения его в состав других элементов. Допускается возможность наличия у объекта множества индивидуальных характеристик и степеней свободы. Альтернативы решения задач сравниваются в первую очередь по критерию "стоимость-эффективность".

Создание универсальных моделей - это следствие использование системного подхода.

Моделирование (эксперимент) может быть незаменимо. Мы не можем, например, устроить ядерную катастрофу, чтобы выяснить масштабы возможного заражения, а с помощью компьютера возможен расчет (и достаточно точный) интересующих исследователей параметров.

Моделирование - исследование явлений, процессов или систем объектов путем построения и изучения их моделей - это основной способ научного познания. В информатике данный способ называется вычислительный эксперимент и основывается он на трех основных понятиях: модель - алгоритм - программа.
Использование компьютера при моделировании возможно по трем направлениям:

Вычислительное - прямые расчеты по программе.
Инструментальное - построение базы знаний, для преобразования ее в алгоритм и программу.
Диалоговое - поддержание интерфейса между исследователем и компьютером.

Виды моделей. Информационная модель

Модель - общенаучное понятие, означающее как идеальный, так и физический объект анализа. Важным классом идеальных моделей является математическая модель - в ней изучаемое явление или процесс представлены в виде абстрактных объектов или наиболее общих математических закономерностей, выражающих либо законы природы, либо внутренние свойства самих математических объектов, либо правила логических рассуждений.
Границы между моделями различных типов или классов, а также отнесение модели к какому-то типу или классу чаще всего условны. Рассмотрим наиболее распространенные признаки, по которым классифицируются модели:

Читайте также: