Сообщение на тему модель

Обновлено: 05.07.2024

Содержание

Введение
Модель
Классификация моделей
Моделирование
Этапы математического моделирования
Пример математической модели
Заключение
Список литературы.

Прикрепленные файлы: 1 файл

Модели_и_моделирование..docx

ФАКУЛЬТЕТ АВТОМАТИКИ И ВЫЧИСЛИТЕЛЬНОЙ ТЕХНИКИ

КАФЕДРА ВЫЧИСЛИТЕЛЬНОЙ ТЕХНИКИ

Новосибирск 2013 г.

Модель
Классификация моделей
Моделирование
Этапы математического моделирования
Пример математической модели

Целями данной работы является определение понятий терминов Модель и Моделирование, рассмотрение типа и классификации модели, изучение этапов моделирования.

В первой главе рассмотрим причины использования модели, требования к построению модели.

Вторая глава посвящена рассмотрению классификации моделей. Обозначим цели описательных и нормативных моделей, формы предоставления и их функциональное назначение.

Моделирование является темой третьей главы. Рассмотрим разнообразие применения моделирования в деятельности человека, виды моделирования. Отдельно изучим компьютерное моделирование.

В четвертой главе показаны этапы математического моделирования, в пятой показан пример математической модели.

Первая причина — сложность реальных объектов. Число факторов, которые относятся к решаемой проблеме, выходит за пределы человеческих возможностей. Поэтому одним из выходов (а часто единственным) в сложившейся ситуации является упрощение ситуации с помощью моделей, в результате чего уменьшается разнообразие этих факторов до уровня восприимчивости специалиста.

Вторая причина — необходимость проведения экспериментов. На практике встречается много ситуаций, когда экспериментальное исследование объектов ограничено высокой стоимостью или вовсе невозможно (опасно, вредно, ограниченность науки и техники на современном этапе).

Среди других причин можно назвать следующие:

• исследуемый объект либо очень велик (модель Солнечной системы), либо очень мал (модель атома);

• процесс протекает очень быстро (модель двигателя внутреннего сгорания) или очень медленно (геологические модели);

• исследование объекта может привести к его разрушению (модель самолета, автомобиля).

Построение и исследование моделей, то есть моделирование, облегчает изучение имеющихся в реальном устройстве (процессе) свойств и закономерностей. Применяют для нужд познания (созерцания, анализа и синтеза).

Моделирование является обязательной частью исследований и разработок, неотъемлемой частью нашей жизни, поскольку сложность любого материального объекта и окружающего его мира бесконечна вследствие неисчерпаемости материи и форм её взаимодействия внутри себя и с внешней средой.

Одни и те же устройства, процессы, явления и т. д. могут иметь много разных видов моделей. Как следствие, существует много названий моделей, большинство из которых отражает решение некоторой конкретной задачи

Разные науки исследуют объекты и процессы под разным углом зрения и строят различные типы моделей. В физике изучаются процессы взаимодействия и движения объектов, в химии — их внутреннее строение, в биологии — поведение живых организмов.

С другой стороны, разные объекты могут описываться одной моделью. Так, в механике различные материальные тела (от планеты до песчинки) могут рассматриваться как материальные точки.
Один и тот же объект может иметь множество моделей, а разные объекты могут описываться одной моделью.

Моделирование всегда предполагает принятие допущений той или иной степени важности. При этом должны удовлетворяться следующие требования к моделям:

адекватность, то есть соответствие модели исходной реальной системе и учет, прежде всего, наиболее важных качеств, связей и характеристик. Оценить адекватность выбранной модели, особенно, например, на начальной стадии проектирования, когда вид создаваемой системы ещё неизвестен, очень сложно. В такой ситуации часто полагаются на опыт предшествующих разработок или применяют определенные методы, например, метод последовательных приближений;
точность, то есть степень совпадения полученных в процессе моделирования результатов с заранее установленными, желаемыми. Здесь важной задачей является оценка потребной точности результатов и имеющейся точности исходных данных, согласование их как между собой, так и с точностью используемой модели;
универсальность, то есть применимость модели к анализу ряда однотипных систем в одном или нескольких режимах функционирования. Это позволяет расширить область применимости модели для решения большего круга задач;
целесообразная экономичность, то есть точность получаемых результатов и общность решения задачи должны увязываться с затратами на моделирование. И удачный выбор модели, как показывает практика, — результат компромисса между отпущенными ресурсами и особенностями используемой модели;
и др.

Выбор модели и обеспечение точности моделирования считается одной из самых важных задач моделирования.

2. Классификация моделей

Человек в своей деятельности обычно вынужден решать две задачи — экспертную и конструктивную.

В экспертной задаче на основании имеющейся информации описывается прошлое, настоящее и предсказывается будущее. Суть конструктивной задачи заключается в том, чтобы создать нечто с заданными свойствами.

Для решения экспертных задач применяют так называемые описательные модели, а для решения конструктивных — нормативные.

Описательные модели (дескриптивные, познавательные) предназначены для описания свойств или поведения реальных (существующих) объектов. Они являются формой представления знаний о действительности.

Примеры. План города, отчет о деятельности фирмы, психологическая характеристика личности.

Можно назвать следующие цели описательного моделирования в зависимости от решаемых задач:

• изучение объекта (научные исследования) — наиболее полно и точно отразить свойства объекта;

• управление — наиболее точно отразить свойства объекта в рабочем диапазоне изменения его параметров;

• прогнозирование — построить модель, способную наиболее точно прогнозировать поведение объекта в будущем;

• обучение - отразить в модели изучаемые свойства объекта. Построение описательной модели происходит по следующей схеме: наблюдение, кодирование, фиксация.

Моделировать можно не только то, что существует, но и то, чего еще нет. Нормативные модели (прескриптивные, прагматические) предназначены для указания целей деятельности и определенного порядка (алгоритма) действий для их достижения.

Цель — образ желаемого будущего, т. е. модель состояния, на реализацию которого и направлена деятельность.

Алгоритм — образ (модель) будущей деятельности.

Примеры. Проекты машин, зданий; планы застройки; законы; уставы организаций и должностные инструкции, бизнес-планы, программы действий, управленческие решения.

Кроме того, познавательные и прагматические модели можно классифицировать по характеру выполняемых функций, форме, зависимости объекта моделирования от времени.

Функциональное назначение моделей.

Можно выделить следующие функции, выполняемые моделями:

• исследовательская — применяется в научном познании;

• практическая — применяется в практической деятельности (проектировании, управлении и т. п.);

• тренинговая — используется для тренировки практических умений и навыков специалистов в различных областях;

• обучения — для формирования у обучаемых знаний, умений и навыков.

Формы представления моделей.

Модели по форме бывают:

• физические — материальные объекты, имеющие сходство с оригиналом (модель самолета, которая исследуется в аэродинамической трубе; модель плотины);

• словесные (вербальные) — словесное описание чего-либо (внешность человека, принцип работы устройства, структура предприятия);

• графические — описание в виде графических изображений (схемы, карты, графики, диаграммы);

• знаковые — описание в виде символов и знаков (дорожные знаки, условные обозначения на схемах, математические соотношения). Разновидностью знаковых моделей являются математические модели. Математическая модель (или математическое описание) - это система математических соотношений, описывающих изучаемый процесс или явление.

Моделирование — исследование объектов познания на их моделях; построение и изучении моделей реально существующих объектов, процессов или явлений с целью получения объяснений этих явлений, а также для предсказания явлений, интересующих исследователя.

Информационное моделирование
Компьютерное моделирование
Математическое моделирование
Молекулярное моделирование
Цифровое моделирование
Логическое моделирование
Психологическое моделирование
Статистическое моделирование
Структурное моделирование
Физическое моделирование
Экономико-математическое моделирование
Имитационное моделирование
Графическое и геометрическое моделирование
Натурное моделирование

• концептуальное моделирование, при котором с помощью некоторых специальных знаков, символов, операций над ними или с помощью естественного или искусственного языков истолковывается основная мысль (концепция) относительно исследуемого объекта;

Это понятие плотно вошло в повседневную речь, но немногие понимают его подлинное значение и умеют применять осознанно.

Без всякого занудства я расскажу о моделях и моделировании все, что нужно знать.

Что такое модель

Например, глобус – это модель земного шара. Он статичен, а не вращается вокруг солнца. Не может похвастаться собственной силой притяжения. Не имеет атмосферы. На поверхности глобуса не живут крошечные человечки. Он воспроизводит внешний вид нашей планеты, не затрагивая другие характеристики.

Военачальник разрабатывает план сражения. Чтобы обозначить ландшафт, он создает модель поля боя на своем столе. Вот этот камень будет горой, коробок спичек – вражеским танком, а зеленый платок – лесом.

При моделировании важна степень соответствия модели и реального объекта.

Поставив камешек не туда, можно проиграть настоящую битву.

Но избыточная схожесть также вредит делу — усложняет процесс и отвлекает от сути.

Стратег слишком увлекся, потратил время на воспроизведение полной копии танка в миниатюре. Враг начал наступление, застал военачальника врасплох, пока тот собирал макет.

Американский словарь английского языка дает такое определение:

Земля имеет шарообразную форму, но для простоты говорят, что она круглая.

Моделирование — это.

Моделирование — это метод познания. Он заключается в исследовании предметов, систем, процессов и явлений на основе их моделей.

Вот мы возвели небоскреб в зоне с высокой сейсмической активностью. Теперь хотим выяснить, выдержит ли постройка толчки земной коры. Как это сделать? Проведем эксперимент: произведем подрыв, чтобы вызвать землетрясение. Если здание устоит — все хорошо.

Но вот проблема — затея дорогостоящая, может привести к человеческим жертвам, уничтожить сам предмет исследования. Гораздо проще создать модель небоскреба в компьютерной программе, задать силу виртуального землетрясения и проверить устойчивость, не вставая с дивана.

Эта статья относится к рубрикам:

Комментарии и отзывы (2)

Компьютерное моделирование вряд ли сможет заменить полноценный эксперимент с физической моделью, тем более, что программу пишут люди, а они могут ошибаться. На модели же можно проверить, к примеру, аэродинамические качества объекта, поместив уменьшенную копию в аэродинамическую трубу, чего нельзя сделать с реальным объектом, например, пассажирским самолётом. Потому модели будут существовать всегда.

Раньше и дети моделированием увлекались, самолеты небольшие конструировали, а сейчас только в компьютерные стрелялки играют.

упрощенная копия реального объекта;
уменьшенное копия реального объекта;
схематичное представление явления или процесса;
графическое представление явления или процесса;
текстовое представление явления или процесса;
аналогичное представление физического объекта;
информационное представление реального объекта;
цифровой объект-аналог реального объекта;
и т. д.

То есть модель в информатике — это обширное понятие, определение которого может быть различным и зависит от конкретной ситуации.

Моделирование и модель в информатике, что это

Материальная группа. К этой группе относят модели, которые основываются на реально существующих объектах, например, на каком-либо реальном предмете или процессе.
Идеальная группа. К этой группе относятся модели, которые основываются не на реальных объектах, например, на произведениях искусства или литературе. То есть такие модели поддаются влиянию индивидуальным человеческим свойствам, например: мышлению, воображению или восприятию. Такие модели могут быть созданы разными людьми по-разному, даже если за основу будет взят один какой-то пример для моделирования.

Виды и цели моделирования в информатике

учебное моделирование — это процесс, который необходим для обучения студентов, учеников и других обучающихся людей;
моделирование для опытов — это процесс, при котором необходимо выяснить влияние на реальный объект каких-либо изменений в его сущность;
имитационное моделирование — это процесс, при котором происходит имитация реального объекта с максимальным количеством его свойств для предугадывания исхода какого-либо события с объектом;
игровое моделирование — это моделирование объектов для их использования в игровой индустрии;
научно-техническое моделирование — это процесс, который применяется в различных научных исследованиях.

проектировать новые реальные объекты, на основе уже имеющихся моделей (проектировать новые автомобили);
проводить расчеты последствий после внесения изменений в реальные объекты (что будет, если пересадить автомобиль на атомное топливо);
обеспечить подтверждение эффективности принятых решений (электромобили лучше дизельных автомобилей);
представлять материальные предметы (проект жилого дома);
и др.

Моделирование в информатике не происходит просто так, оно всегда преследует цель решить какую-то поставленную задачу. Задачи, которые решает моделирование, делятся на 2 большие группы:

Модель в информатике — это разнообразие видов

Образные модели. Эта группа включает в себя модели, где важна их внешняя составляющая, например рисунки и фотографии.
Смешанные модели. Эта группа включает в себя модели, где внешняя составляющая моделей имеет второстепенное значение. Сюда входят: таблицы, графики, диаграммы, схемы (карты, графы, блок-схемы, чертежи).
Знаковые модели. Эта группа включает в себя модели, где важна их символьная составляющая. Сюда входят: словесное описание, формулы, языки программирования.

Моделирование в информатике: этапы

манекен — это модель человеческой фигуры;
глобус — это модель нашей планеты;
и т. д.

О физическом моделировании мы поговорим в другой раз, а сегодня нас интересуют этапы, через которые проходит моделирование в информатике с применением электронно-вычислительных машин.

Этапы создания моделей в информатике:

вербальная или задокументированная постановка задачи в виде технического задания модели;
математический анализ поставленной задачи с целью выяснения необходимых подходов и инструментов для моделирования;
разработка модели или сам процесс моделирования с использованием компьютера;
использование модели для поставленных задач;
получение необходимого результата.

Примеры моделей и моделирования в информатике

электрические схемы;
топографические карты;
чертежи зданий, автомобилей, станков, агрегатов и прочих предметов;
карты передвижения автобусов, метро, самолетов;
таблица Менделеева;
и др.

Заключение

Модель в информатике — это некий цифровой объект, который является результатом моделирования — процесса цифрового представления реальных объектов. Моделирование в информатике является важной частью. Потому что любой современный реальный объект, прежде чем появится на свет, проходит через этапы моделирования и тестирования в информатике и/или программировании, потом он переходит на этап физического прототипирования или создания макета и только потом на этап полноценного производства и введения в эксплуатацию.

В данной работе мы предлагаем как можно подробно разобрать тему моделирования в информатике. Этот раздел имеет большое значение для подготовки будущих специалистов в сфере информационных технологий.

Для решения любой задачи (производственной или научной) информатика использует следующую цепочку:

Модель

Моделирование в информатике – это составление образа какого-либо реально существующего объекта, который отражает все существенные признаки и свойства. Модель для решения задачи необходима, так как она, собственно, и используется в процессе решения.

В школьном курсе информатики тема моделирования начинает изучаться еще в шестом классе. В самом начале детей необходимо познакомить с понятием модели. Что это такое?

Упрощенное подобие объекта;
Уменьшенная копия реального объекта;
Схема явления или процесса;
Изображение явления или процесса;
Описание явления или процесса;
Физический аналог объекта;
Информационный аналог;
Объект-заменитель, отражающий свойства реального объекта и так далее.

Модель – это очень широкое понятие, как это уже стало ясно из вышеперечисленного. Важно отметить, что все модели принято делить на группы:

Под материальной моделью понимают предмет, основанный на реально существующем объекте. Это может быть какое-либо тело или процесс. Данную группу принято подразделять еще на два вида:

Такая классификация носит условный характер, ведь четкую границу между двумя этими подвидами провести очень трудно.

Идеальную модель охарактеризовать еще труднее. Она связаны с:

мышлением;
воображением;
восприятием.

К ней можно отнести произведения искусства (театр, живопись, литература и так далее).

Цели моделирования

Моделирование в информатике – это очень важный этап, так как он преследует массу целей. Сейчас предлагаем с ними познакомиться.

В первую очередь моделирование помогает познать окружающий нас мир. Испокон веков люди накапливали полученные знания и передавали их своим потомкам. Таким образом появилась модель нашей планеты (глобус).

В прошлые века осуществлялось моделирование несуществующих объектов, которые сейчас прочно закрепились в нашей жизни (зонт, мельница и так далее). В настоящее время моделирование направлено на:

выявление последствий какого-либо процесса (увеличения стоимости проезда или утилизации химических отходов под землей);
обеспечение эффективности принимаемых решений.

Задачи моделирования

Мы упомянули в статье, что такое моделирование в информатике. Этот процесс имеет некоторые задачи, о которых мы поговорим в данном разделе.

Обратные задачи ставят перед нами немного другие вопросы: "Как максимизировать критерий эффективности? Какое решение из возможных удовлетворяет данному условию?"

Вербальная модель

Какие существуют методы моделирования? Информатика использует всего два метода – информационный и математический. Но важно упомянуть и еще один вид модели – вербальный. О нем мы сейчас поговорим немного подробнее.

Вербальная модель относится к категории идеальных или абстрактных. Это описание при помощи букв, слов, предложений. К таковым моделям относятся:

протокол;
правила дорожного движения;
информация в учебной литературе;
художественная литература;
устное или письменное описание какого-либо предмета, процесса или явления.

Математическая модель

Какие еще виды моделей изучаются в информатике? Информационное моделирование и математическое (алгоритмическое) принято разделять. Хотя, как говорилось уже ранее, границы между вербальными, математическими и информационными моделями весьма условны.

Если говорить простым языком, то математическая модель описывает любую ситуацию с математической точки зрения. Не замечая для себя, мы занимаемся математическим моделированием ежедневно. Например: мама отправляет ребенка за хлебом и молоком. Она знает сколько стоят данные продукты в магазине, расположенном рядом с домом. Теперь необходимо посчитать сколько денег дать ребенку. Предположим, молоко стоит 75 рублей и 50 копеек, а хлеб – 30 рублей 20 копеек. Вся покупка обойдется в 105 рублей, 70 копеек (75,5+30,2). Это и есть пример математической модели.

Информационная модель

Теперь поговорим еще об одном виде моделей, изучаемых в школьном курсе информатики. Компьютерное моделирование, которое необходимо освоить каждому будущему IT-специалисту, включает в себя процесс реализации информационной модели при помощи компьютерных средств. Но что это такое, информационная модель?

Она представляет собой целый перечень информации о каком-либо объекте. Что данная модель описывает, и какую полезную информацию несет:

свойства моделируемого объекта;
его состояние;
связи с окружающим миром;
отношения с внешними объектами.

Что может служить информационной моделью:

словесное описание;
текст;
рисунок;
таблица;
схема;
чертеж;
формула и так далее.

Отличительная особенность информационной модели заключается в том, что ее нельзя потрогать, попробовать на вкус и так далее. Она не несет материального воплощения, так как представлена в виде информации.

Системный подход к созданию модели

В каком классе школьной программы изучается моделирование? Информатика 9 класса знакомит учеников с данной темой более подробно. Именно в этом классе ребенок узнает о системном подходе моделирования. Предлагаем об этом поговорить немного подробнее.

Цель использования

Сейчас мы рассмотрим цели моделирования (информатика 11 класс). Ранее говорилось, что все модели делятся на некоторые виды и классы, но границы между ними условны. Есть несколько признаков, по которым принято классифицировать модели: цель, область знаний, фактор времени, способ представления.

Что касается целей, то принято выделять следующие виды:

учебные;
опытные;
имитационные;
игровые;
научно-технические.

Область знаний

В каком классе учеников более подробно знакомят с моделированием? Информатика 9 класса делает упор на подготовку своих учеников к экзаменам для поступления в высшие учебные заведения. Так как в билетах ЕГЭ и ГИА встречаются вопросы по моделированию, то сейчас необходимо как можно подробнее рассмотреть эту тему. И так, как происходит классификация по области знаний? По данному признаку выделяют следующие виды:

биологические (например, искусственно вызванные у животных болезни, генетические нарушения, злокачественные новообразования); поведения фирмы, модель формирования рыночной цены и так далее);
исторические (генеалогическое дерево, модели исторических событий, модель римского войска и тому подобное);
социологические (модель личного интереса, поведение банкиров при адаптации к новым экономическим условиям) и так далее.

Фактор времени

По данной характеристике различают два вида моделей:

Уже, судя по одному названию, не трудно догадаться, что первый вид отражает функционирование, развитие и изменение какого-либо объекта во времени. Статическая наоборот способна описать объект в какой-то конкретный момент времени. Этот вид иногда называют структурным, так как модель отражает строение и параметры объекта, то есть дает срез информации о нем.

набор формул, отражающих движение планет Солнечной системы;
график изменения температуры воздуха;
видеозапись извержения вулкана и так далее.

Примерами статистической модели служат:

перечень планет Солнечной системы;
карта местности и так далее.

Способ представления

Для начала очень важно сказать, что все модели имеют вид и форму, они всегда из чего-то делаются, как-то представляются или описываются. По данному признаку принято классифицировать модели таким образом:

К первому виду относятся материальные копии существующих объектов. Их можно потрогать, понюхать и так далее. Они отражают внешние или внутренние свойства, действия какого-либо объекта. Для чего нужны материальные модели? Они используются для экспериментального метода познания (опытного метода).

К нематериальным моделям мы уже тоже обращались ранее. Они используют теоретический метод познания. Такие модели принято называть идеальными либо абстрактными. Эта категория делится еще на несколько подвидов: воображаемые модели и информационные.

Информационные модели приводят перечень различной информации об объекте. В качестве информационной модели могут выступать таблицы, рисунки, словесные описания, схемы и так далее. Почему данную модель называют нематериальной? Все дело в том, что ее нельзя потрогать, так как она не имеет материального воплощения. Среди информационных моделей различают знаковые и наглядные.

Воображаемая модель – это один из этапов моделирования. Это творческий процесс, проходящий в воображении человека, который предшествует созданию материального объекта.

Этапы моделирования

содержательная постановка задачи;
математическая постановка задачи;
разработки с использованием ЭВМ;
эксплуатация модели;
получение результата.

Важно отметить, что при изучении всего, что окружает нас, используется процессы моделирования, формализации. Информатика – это предмет, посвященный современным методам изучения и решения каких-либо проблем. Следовательно, упор делается на модели, которые можно реализовать при помощи ЭВМ. Особое внимание в этой теме следует уделить пункту разработки алгоритма решения при помощи электронно-вычислительных машин.

Связи между объектами

Теперь поговорим немного о связях между объектами. Всего выделяют три вида:

один к одному (обозначается такая связь односторонней стрелкой в одну или в другую сторону);
один ко многим (множественная связь обозначается двойной стрелкой);
многие ко многим (такая связь обозначается двойной стрелкой).

Важно отметить, что связи могут быть условными и безусловными. Безусловная связь предполагает использование каждого экземпляра объекта. А в условной задействованы только отдельные элементы.

Читайте также: