Какие типы моделей вам известны информатика кратко

Обновлено: 07.07.2024

Сайт учителя информатики. Технологические карты уроков, Подготовка к ОГЭ и ЕГЭ, полезный материал и многое другое.

Какие существуют типы моделей систем? Чем они различаются?

Ответ

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.

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.

• Табличные модели. Применяются для описания ряда объектов, обладающих одинаковыми наборами свойств. Перечень однотипных объектов или свойств размещается в первом столбце (или строке) таблицы, а значения их свойств размещаются в следующих столбцах (или строках) таблицы. 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.

• Сетевые модели. Сетевые информационные модели применяют для отражения систем со сложной структурой, в которых связи между элементами имеют произвольный характер. Например, различные региональные части глобальной компьютерной сети Интернет (американская, европейская, российская, австралийская и так далее) связаны между собой высокоскоростными линиями связи. При этом одни части имеют прямые связи со всеми региональными частями только через американскую часть Интернета, а другие могут обмениваться информацией между собой (например, российская и австралийская).

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.

Если исследователю удастся классифицировать свою будущую модель, то можно воспользоваться идеями для создания подобных моделей.

На этом классификация моделей не заканчивается. Провести классификацию моделей можно по любому существенному признаку, и предыдущие классификации служат этому примером. Например, знаковые информационные модели могут быть представлены в виде рисунка, таблицы, графа или схемы.

Умение исследователя строить адекватные модели объектов, процессов и явлений — результат широкого кругозора, опыта и глубоких знаний. Так, например, алгоритм поиска кратчайшего пути в графе, предложенный кибернетиком Дейкстрой, применяется во многих отраслях науки и в практической деятельности человека.

Между населёнными пунктами A, B, C, D, E, F, Z построены дороги, протяжённость которых приведена в таблице. (Отсутствие числа в таблице означает, что прямой дороги между пунктами нет.)

Определи длину кратчайшего пути между пунктами A и Z (при условии, что передвигаться можно только по построенным дорогам).

На рисунке — схема дорог, связывающих города А, В, Г, Д, Ж, З, К. По каждой дороге можно двигаться только в одном направлении, указанном стрелкой. Сколько существует различных путей из города А в город К?

Решение этого задания можно проводить прямо на схеме. Рядом с каждой вершиной подписать, сколько путей ведёт в эту вершину с учётом предыдущих путей.

Или с помощью таблицы.

Куда

Откуда

Сколько

На рисунке схема дорог изображена в виде графа, в таблице содержатся сведения о длине этих дорог в километрах. Так как таблицу и схему рисовали независимо друг от друга, нумерация населённых пунктов в таблице никак не связана с буквенными обозначениями на графе. Определи длину более длинной из дорог: ГЖ и ЕИ. В ответе запиши целое число — длину дороги в километрах.

Определим степени вершин на графе. Степенью вершины называется количество рёбер, входящих или выходящих из вершины.

А	\(7\)
Б	\(2\)
В	\(2\)
Г	\(3\)
Д	\(3\)
Е	\(3\)
Ж	\(2\)
И	\(2\)

Из рассмотрения таблицы видно, что вершина П\(1\) — это вершина А; вершинами Г, Д, Е могут быть П\(4\), П\(5\), П\(6\), вершинами Б, В, Ж, И — вершины П\(2\), П\(3\), П\(7\) и П\(8\).
Вершина Г со степенью \(3\) связана с вершинами со степенями \(2\), \(3\) и \(5\); вершина Д со степенью \(3\) связана с вершинами со степенями \(2\), \(2\) и \(5\); вершина Е со степенью \(3\) связана с вершинами со степенями \(2\), \(2\) и \(5\).
Основываясь на этом, легко определить вершину Г — это П\(4\), связанная с ней вершина со степенью \(2\) — П\(7\) (это Ж), а вершина со степенью \(3\) — П\(5\) (это Д). Таким образом, мы узнали, что ГЖ \(=27\). Оставшаяся вершина со степенью \(3\) — П\(6\) (это Е). Расстояние от неё до смежных вершин со степенью \(2\) равно \(21\) и \(23\), что меньше \(27\).

Рассмотренные нами примеры — реализация реальных задач с помощью знаковой информационной модели, представленной в виде графа. Ещё одна разновидность графа — дерево — позволяет решать иной круг задач. Это задачи построения иерархии, и применяются они в задачах, где важно учитывать наследование признаков.

Для решения этой задачи составляют дерево кодов. Для однозначного декодирования никакой из кодов не должен начинаться другим кодом. Это условие сформулировал итальяно-американский учёный в области информатики Роберт Марио Фано. Построим и прокомментируем дерево кодов.

Буква А кодируется кодом \(0\), значит все коды, которые могли начинаться с этой цифры, не удовлетворяют условию однозначного декодирования. На схеме это помечено знаком запрета. Также никакие коды нельзя начинать с \(100\), \(101\), \(1100\) и \(1110\). Не заблокированы коды \(1101\) и \(1111\), но из них совокупно получится только \(4\) кода, нам же, по условию задачи, нужно составить \(5\) кодов. Поэтому один из оставшихся кодов используем для создания ещё двух кодов длиной в \(6\) цифр. Например, так, как показано на схеме.
Считаем суммарную длину всех кодов: А — \(1\); Б, В по \(3\), Г, Д по \(4\), три кода по \(5\) и два кода по \(6\).
\(1+2×3+2×4+3×5+2×6=1+6+8+15+12=42\).

Этот тип решения можно применять и в том случае, когда коды состоят более чем из двух символов. Тогда дерево не будет называться двоичным, как в предыдущем примере, но знаковая графическая модель не изменится.
Во многих реальных задачах информационная модель представляется в табличном виде. И для простоты восприятия её удобно переводить в графическое представление. Диаграммы нагляднее позволяют сделать качественный вывод из количественных данных.

Ниже приведены фрагменты таблиц базы данных победителей городской олимпиады по информатике за \(2000\) год.

По данным таблицы были построены диаграммы. Определи, какая из диаграмм правильно отражает данные, представленные в таблице.

По данным, приведённым в таблице, видно, что количество участников олимпиады, использовавших Python и Basic равно, а участников, использовавших C\(++\), меньше. Две равные величины мы видим на диаграммах А и В, но на диаграмме В — третья категория, подразумевается C\(++\), имеет большее значение, значит, правильный ответ этой задачи — диаграмма А.
Ответ: А.

Примечание: диаграмму В вообще стоит исключить из рассмотрения, потому что график подразумевает наличие промежуточных значений, т. е. непрерывной зависимости. В нашем примере зависимость дискретная.

Читайте также: