Какие типы моделей вам известны кратко

Обновлено: 08.07.2024

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.

С помощью моделей данных объекты реального мира можно представить как абстрактные информационные объекты. Информационный объект состоит из совокупности значений, каждое из которых описывает то или иное свойство моделируемого объекта.

Как правило, для упрощения работы с моделями данных каждому значению, описывающему свойство моделируемого объекта, присваивается имя – атрибут. Таким образом, с тем или иным свойством моделируемого объекта в модели связаны атрибут и его значение. В конструкторской базе данных хранятся значения, атрибуты, информационные объекты и модели.

Модель объекта как физическая, так и логическая может служить не только для построения его изображений, но и для других целей, например, описания структуры и динамики поведения, как самого объекта, так и различных систем, которые включают в себя объекты такого рода.

Модели могут описывать экономические процессы, и позволять находить численные значения их характеристик.

Для того чтобы модель некоторой системы позволяла строить изображения, в нее должны входить следующие данные:

· характеристики составных частей модели – объектов;

· базовые элементы и описания и форм;

· отношения, в которых находятся базовые элементы;

· описания внешних связей различных объектов;

· параметры описываемых объектов и допустимые области их изменения;

· алгоритмы для анализа значений параметров объектов;

· алгоритм оценки результатов моделирования.

Около 80 % решаемых при конструкторском проектировании задач связаны со сбором и обработкой данных. Остальные 20 % задач – вычислительного характера – их автоматизация требует моделирования.

Только стандартизация представления элементов моделей позволит обеспечить обмен моделями между различными системами, объединенными сетью связи. Основная цель такой метасистемы – объединить усилия специалистов различных специальностей, работающих над проектом, предоставляя им средства связи, как друг с другом, так и с базами данных конструкторских, производственных и управленческих подразделений.

В качестве исходных данных система визуализации использует составляющие модель информационные объекты, представленные структурами данных. В результате последовательных преобразований этих данных строится изображение, соответствующее модели. Построенное изображение может быть воспроизведено на графическом дисплее или фиксирующем графическом устройстве – графопостроителе, принтере.

Модели широко используются в научных исследованиях (с целью приобретения новых знаний об окружающем мире), в технике и практической деятельности людей.

Например, математические модели физических процессов, основанные на законах Ньютона, применимы лишь в определенном диапазоне плотностей, скоростей, температур. В земных условиях эти модели вполне удовлетворяют нас, однако многие процессы во Вселенной (для которых характерны чудовищные плотности, скорости, температуры) нельзя ни понять, ни описать на основе законов Ньютона. В этих условиях необходимо использовать другие, более точные модели физических процессов, например, специальную и общую теорию относительности Эйнштейна (хотя существуют и другие).

Создавая модель, человек, прежде всего, старается отобрать наиболее важные, существенные для объекта моделирования черты и свойства, пренебрегая при этом теми характеристиками объекта, которые не оказывают заметного влияния на поведение объекта в рамках поставленной задачи.

В зависимости от поставленной задачи, способа создания модели и предметной области различают множество типов моделей.

Существуют общепринятые и широко используемые типы:

· математическая (в первую очередь);

- реляционная и т.д.

Какова же роль моделирования в нашем предмете?

Компьютерная технология играет решающую роль в численном исследовании различных математических моделей, которые разрабатываются, например, в атомной и ядерной физике, в гидродинамике атмосферы и океана, в обороне, при освоении космоса и т.д. Многие из таких моделей настолько сложны, что ручные вычисления по ним заняли бы сотни, тысячи и даже миллионы лет (даже при большом количестве расчетчиков.

Например, в вычислительном центре Академии наук под руководством академика Н.Н. Моисеева была разработана математическая модель возможных последствий ядерной войны на планете Земля. На основании этой модели, с использованием мощных компьютеров, были проведены численные эксперименты, которые показали, как

Итак, математическая модель – это система математических соотношений, описывающих процесс или явление, а операции по составлению и изучению таких моделей называют математическим моделированием.

Что такое информационная модель? В целом это широкое понятие.

Иногда информационной моделью называют просто набор неких величин, которые содержат необходимую информацию об объекте, системе объектов, процессе или явлении. Под определение попадает очень широкий класс информационных моделей (например, модель города, исторической эпохи, транспортной сети и т.д.).

Итак, информационной моделью объекта или набора объектов мы называем совокупность атрибутов (характеристик) данного объекта (объектов) вместе с числовыми или иными значениями этих атрибутов.

Это определение поясню примером. Допустим, Вы хотите создать информационную модель свой видеотеки. Видеотека – это некоторое количество однородных объектов (видеокасет), причем на каждой кассете записан некий видеоматериал (фильм, клип, личные съемки и т.д.).

Простейшая модель видеотеки – это просто список всех кассет, составленный в произвольной форме, с указанием, скажем, номера кассеты, названия видеоматериала, длительности воспроизведения и т.п.

Но просто так компьютер такую модель обрабатывать не будет. Поэтому придумаем для видеотеки набор атрибутов. Для каждой кассеты укажем:

- рубрику (исторический, музыкальный, фантастический);

- уровень (отлично, хорошо, средне и т.п.);

- длительность и т.д.

Конечно, Вы скажете, что в своей видеотеке разберетесь сами, без моделей. Но представьте себе телекомпанию или другую мощную структуру, где надо вести поиск, исследовать коллекции по различным признакам и т.д.

Наша модель содержит не всю, а только существенную информацию о системе объектов. Вы можете уточнять модель, дополняя ее новыми атрибутами, например:

- тип видеоматериала (художественный фильм, документальный фильм, клип и т.п.);

- персонажи и исполнители;

- сценарист и т.д. и т.п.

Таким образом, информационные модели ближе к повседневной практике человека и играют огромную роль в современном обществе, а математические модели – это, в первую очередь, предмет внимания научных исследований, основной наукой здесь является вычислительная математика.

Решение задачи начинается с ее постановки, изложенной на языке строго определенных математических понятий. Поэтому, чтобы можно было решить задачу, связанную с исследованием реального объекта, необходимо сначала описать этот объект в математических терминах, т.е. построить его математическую модель.

Математическая модель объекта позволяет поставить задачу математически и. тем самым, свести решение реальной задачи к решению задачи математической. Она, отражая наиболее существенные свойства реального исследуемого объекта или явления, не тождественна этому объекту, а является лишь приближенным его описанием. В этом смысле математические модели – те же относительные истины, через посредство которых познается реальная действительность с асимптотическим приближением к истине абсолютной.

Степень соответствия модели реальному объекту проверяется практикой, экспериментом. Критерий практики дает возможность оценить построенную модель и уточнить ее в случае необходимости.

Метод математического моделирования реальных явлений возник и получил свое развитие в физике. Внедрение математических методов исследования в другие науки также тесно связано с созданием математических моделей. Например, такие модели успешно используются для прогноза погоды, исследования и предсказания поведения тропических тайфунов и т.п. Созданы модели, прогнозирующие глобальные последствия термоядерного конфликта, которые играют значительную роль в борьбе за уничтожение ядерного оружия.

Все большее значение приобретает математическое моделирование в экономике.

Именно с помощью метода математического моделирования можно сейчас решать глобальные проблемы развития человеческой цивилизации, которые невозможно решить никакими другими способами:

· предотвращение загрязнения окружающей среды;

· рациональное использование природных ресурсов;

· прогнозирование климата в результате развития промышленного производства и т.п.

Эти проблемы экологии являются комплексными, т.е. соединяющими в себе и естественно-научные, и социологические проблемы. Поэтому и соответствующие модели состоят из целого комплекса моделей.

Примером комплексной модели является созданная в нашей стране модель биосферы, описывающая глобальные потоки вещества и энергии. Эта модель включает группу моделей, описывающих человеческую деятельность: промышленность, сельское хозяйство, научно-технический прогресс, демографический процесс т.д.

Итак, построение математической модели приводит к математической постановке реальной задачи. Далее необходимо найти способ решения этой задачи. Очень часто

решение такой задачи не удается получить в явном виде, т.е. в виде формулы, связывающей исходные данные и результаты. В таких случаях решение ищется в виде алгоритма. Следовательно, построение алгоритма – следующий этап решения задачи с использованием ЭВМ.

Описанные этапы решения задачи выполняются человеком и носят творческий характер: каждая новая задача требует новых подходов и новых способов решения, и этому, вряд ли, можно научить, даже анализируя способы решения многих других уже известных задач.

Однако уже этап построения алгоритма включает, помимо творческих, и чисто технологические вопросы. Используя определенную дисциплину при конструировании алгоритма, можно получить алгоритм с явно выраженной структурой, что облегчает его понимание и дальнейшую работу с ним.

Аналогичная технология может быть использована и на последующих этапах: при разработке программы для ЭВМ и работе с этой программой. Конечно, и здесь от человека требуется немало творчества и требовательности, тем не менее, именно эти этапы решения задачи на ЭВМ получили наибольшее технологическое развитие.

Срочно?
Закажи у профессионала, через форму заявки
8 (800) 100-77-13 с 7.00 до 22.00

План урока:

Модели вокруг нас

Мы постоянно сталкиваемся с самыми разными моделями в жизни, даже не задумываясь, для чего была создана та или иная вещь, что изменится, если бы их не было.

Давайте вспомним, где мы видим модели каждый день.

Подсказка (виды моделей):

глобус, карта;
модели машинок, самолетов, ракет;
манекен, скелет, макет человека;
модель атома, молекулы, кристаллическая решетка металлов;
макет дома, жилого комплекса, древнего города;
фигурка динозавра, макет вулкана.

Изучая мир вокруг и внутри себя, человек стремится зафиксировать полученные знания о процессах и объектах. Существует множество способов сохранить информацию, но создавая образ, ему удается пространственно и детально показать все важные свойства.

Например, глобус. Если мы попытаемся описать Землю словами, то нам придется потратить десятки страниц, расписывая, какой она формы и то, что находится на ее поверхности.

Если мы решим нарисовать планету, то нам понадобится минимум 2 рисунка, чтобы изобразить материки и океаны с двух сторон, а лучше 4 (с двух боков, низ и верх).

А модель Земли (глобус) позволяет оценить самые важные характеристики голубой планеты с первого взгляда.

Модель – поверхностный образ, в котором отображены признаки оригинала, имеющие ценность для данной задачи. Оригинальный объект, по сравнению с моделью, сложнее, динамичнее, он состоит из сотен или тысяч различных свойств, параметров, характеристик, участвует в различных процессах.

При помощи модели можно управлять прототипом, не разрушая оригинал, то есть моделировать процесс или явление. Моделирование – важнейший способ получения информации, незаменимый инструмент инженеров, архитекторов, метеорологов и даже медиков. Это описание оригинала различными способами.

Мы ежедневно используем моделирование в обычной жизни, ведь это помогает выбирать потенциально лучшие варианты. Например, какое яблоко взять с полки магазина. Оценивая плод как пищу, мы выбираем лучший вариант. Перебирая в голове характеристики, мы выбираем самое красивое, здоровое, аппетитное яблоко.

Главные свойства моделей, причины создания

Одна и та же копия может изготавливаться для различных целей. Любая модель обладает частью свойств исходного прототипа. Это хорошо понятно на примере модели самолета.

Сравните, пожалуйста, эти самолетики. Скажите, для чего их сделали, с какой целью.

Делая самолет игрушку, человек старается получить примитивную копию для развлечения и обучения малыша. Он стремится сделать ее безопасной, простой и яркой, но с сохранением функционально важных элементов (крылья, пропеллер, хвост). Чем младше ребенок, тем меньше будет деталей, острых углов, ведь производитель выберет приоритетными 2 критерия: безопасность и простоту. Если же игрушка предназначена для детей постарше, изготовителю будет важно, чтобы уменьшенная копия максимально близко повторяла оригинал, плюс была прочной.

Наклейки в виде самолетов должны быть яркими, напоминать оригинал, и хорошо клеиться.

Если это конструктор самолета, то он должен быть простым и безопасным в сборке, повторять оригинал, вплоть до возможности полета.

Коллекционные модели самолетов должны быть максимально точной уменьшенной копией прототипа (с масштабированием). Все детали, цвета должны четко соответствовать реальному образцу. Плюс сохраняются все пропорции.

Детальный чертеж, схема или графическая модель самолета позволяют разобраться в его строении, найти нужные отсеки или быстро выбраться в случае катастрофы.

Самолет является прототипом или оригиналом, а полученный результат (объект-заместитель) моделью.

Цели моделирования процессов – управлять, прогнозировать, проецировать и рассматривать все возможные варианты развития того или иного процесса при изменении исходных и текущих параметров.

Для примера возьмем развитие планеты Земля. Это изучение возможного будущего при изменении различных параметров (выделение СО₂, повышение температуры, загрязнение океана, вырубка лесов).

Давайте вместе придумаем, где люди могут использовать такой способ, и какие цели и задачи моделирования будут в каждом случае:

примитивное изображение окружающего мира (манекен для магазина, швеи, парикмахерской, игрушки для малышей);

процессы, происходящие в прошлом (3d моделирование жизни динозавров, их внешний вид, формирование угля или других ископаемых);

прогнозирование процессов будущего (оценить опасность глобального потепления, составить прогноз погоды или моделирование развития эпидемии);

охватить процессы, которые слишком объемные, глобальные (действующая модель солнечной системы, моделирование землетрясения или наводнения);

безопасно проверить результаты опасных процессов (краш-тесты автомобилей, важность ремня безопасности в машине, ядерная реакция);

представить слишком маленькие явления (строение атома, молекул, ЭКО, строение человека).

А теперь попытаемся систематизировать то, что мы обсудили и найти общие свойства для всех моделей:

Модель – это неточная копия, а отображение части особенностей, связей или свойств прототипа.
В зависимости от свойств и назначения, один и тот же объект может быть изготовлен по-разному (авто игрушка, коллекционная модель, рекламный образец, раритетный автосувенир, прототип для измерения обтекаемости, прочности или безопасности механизмов).

Как вы уже увидели, есть простые, примитивные, упрощенные модели, и детализированные, полные. Чем полнее по свойствам копия, тем сложнее ее изготавливать, процесс производства будет дороже. Поэтому, специалисты в каждом конкретном случае определяют цели моделирования проекта.

Например, настольная модель динозавра отражает:

корпус, соотношение частей тела;
цвет (хотя это предположительно);
отдельные процессы (как ходил, летал ли, был плото- или травояден).

Сразу понятно, что такая модель не отражает:

размер в реальности;
большинство происходящих процессов.

Если предмет предназначался для игр, он будет изготовлен из безопасных материалов, с минимумом мелких или острых деталей, удобного для детской руки размера. Если фигурка для изучения природы, то динозавр будет выполнен максимально реалистично, с правильными пропорциями, в большом размере. Если изделие создавалось как часть коллекции, серии, то она будет соответствовать основным признакам всей группы (размеры одного уровня или масштабирование, общие материалы, позы животных).

Методы моделирования, виды и типы моделей

Чтобы выразить свойства прототипа, используют несколько подходов:

Физическая копия – так получают натуральную модель (рисунок, фигура, видео). В эту группу входят манекены, муляжи, фигурки и макеты. Это копия предмета, размер может быть разным (соответствовать оригиналу, быть меньше или больше).

Такой подход позволяет передать характеристики внешнего вида (глобус – круглый), структуру или соотношение с другими составляющими (солнечная система), движение или поведение (радиоуправляемая модель).

Виды графических моделей: карты, схемы, графики, фотографии, диаграммы, таблицы и многое другое.

Информационную модель получают при помощи любого из способов кодирования информации (описание словами, математический расчет, схема, чертеж, плоский или пространственный, компьютерная программа). Признаки, которые в материальной копии можно увидеть, потрогать, в информационной модели выражены при помощи знаков.

Если описание идет при помощи букв (родной или иностранный язык), то используют разговорный, научный или литературный стили. Если при помощи символов и цифр, то это знаковые информационные модели. Например, математические замеры, расчеты формы или скорости движения. Они позволяют выражать физические и геометрические параметры, происходящие химические или биохимические процессы.

Прогрессивным направлением является создание программ для моделирования. Это позволяет написать приложение, в которое вносятся различные параметры, а в результате получается модель процесса или явления.

При изучении глобального потепления ученые используют только компьютерное моделирование. Специалисты вносят показатели температуры по годам, повышение уровня Мирового океана, истощение озонового слоя Земли и повышение солнечной радиации. В результате программа с высокой точностью прогнозирует, как именно будет меняться климат планеты через 10-100 лет, сколько километров ледников растает.

Например, архитекторы перед постройкой здания сначала создают его модель — макет здания. Это делают для того, чтобы перевести замысел архитектора в трёхмерную модель, и увидеть наглядно будущий объект. Проверить инженерные возможности, как здание будет сочетаться с остальными объектами на местности и т.п.

В школе мы встречаемся с такими моделями, как глобус, карты, графики, макет скелета человека, модели молекул, модели геометрических фигур и т. д.

Модели создают когда:
• изучаемый объект слишком большой или маленький (модель Вселенной, модель строения атома);
• процесс протекает слишком быстро или медленно (модель двигателя внутреннего сгорания, модель изменения земной поверхности);
• исследование является опасным для окружающей среды (модель атомного взрыва);
• может произойти разрушение самого объекта (модель здания, вертолёта);
• реальный объект очень дорогой (макет города, производства).

Создавая макет здания, в нём не прокладывают электропроводку и не делают водопровод, потому что для наглядности это неважно.

Для одного объекта-оригинала можно создать несколько моделей и каждая из них будет отражать какое-то одно или несколько свойств важных для данного исследования.

Модели бывают двух видов:
• Натурные модели — это реальные предметы в уменьшенном или увеличенном виде, которые воспроизводят облик объекта, его структуру, действия.

Примерами натурных моделей являются: манекен, глобус, скульптура, дом, игрушки.
• Информационные модели — описание объекта-оригинала на языке кодирования информации — блок-схема, график, таблица, формула.

Примерами информационных моделей могут быть описание исторического события с помощью текста, решение математической задачи с помощью формул, таблица умножения, график роста цен на продукты и т. п.

Читайте также: