Конспект уроку №8 (Програмування) Чайки Едуарда
Поняття інформаційної моделі. Побудова моделі.
Тип уроку: лекція.
1. Поняття інформаційної моделі Слово «модель» походить від латинського modulus, що означає «міра», «взірець», «норма».
Модель — це матеріальний або уявлюваний аналог деякого об'єкта (предмета, явища або процесу), який зберігає суттєві риси об'єкта і здатний заміщувати його під час вивчення, дослідження або відтворення.
Процес створення моделі об'єкта називається моделюванням. Об'єкт, що моделюється, називається прототипом, або оригіналом.
Моделювати можна не тільки існуючі предмети, явища та процеси, але й абстракції, яких немає у реальності; об'єкти, що тільки плануються для створення; явища, які можуть і не відбутися.
Моделювання здійснюється з метою пізнання та перетворення людиною навколишнього світу, тому термін моделювання застосовується і в іншому значенні, як дослідження об'єктів за допомогою побудови і вивчення їх моделей.
Моделлю предмета може бути його зменшена копія, креслення, яке відображає його структуру чи склад, схема, що відбиває взаємозв'язки окремих елементів. Наприклад, макет корабля, креслення будівлі, схема комп'ютера.
Модель явища або процесу відтворює його хід, послідовну зміну стану, етапи розвитку. Наприклад, модель еволюції людства, модель розвитку економіки тощо.
Модель завжди є штучно створюваним людиною об'єктом, який дає ідеалізоване уявлення про об'єкт-оригінал.
Ідеалізація об'єкта є неодмінним етапом створення моделі. Сутність ідеалізації полягає у визначенні, які саме риси та властивості об'єкта є суттєвими для розв'язання поставленої задачі, впливають на результат рішення і мають бути відтвореними в моделі, а які риси та властивості є несуттєвими і при побудові моделі можуть не враховуватися.
Відсутність у моделі несуттєвих якостей є не менш важливим моментом, ніж наявність суттєвих, тому що це дозволяє знизити рівень складності задачі, зробити її придатною для дослідження спрощеними методами, позбавитися від зайвих витрат праці та часу на врахування невпливових факторів.
Так, в умовах багатьох задач з фізики ви зустрічаєте фразу, що можна нехтувати, наприклад, опором повітря чи залежністю прискорення вільного падіння від висоти. Саме це і дозволяє вам розглядати задачу у спрощеній постановці і застосовувати для знаходження рішення прості закони фізики.
Ступінь ідеалізації моделі визначає межі її адекватності, тобто відповідності оригіналу в межах поставленої задачі. Оскільки значущими і потрібними можуть бути тільки надійні результати, які відповідають реальності, то визначення границь адекватності моделі є надзвичайно важливим.
За областю застосування розрізняють:
навчальні моделі (засоби наочності, навчальні програми, тренажери);
дослідні моделі (зменшені чи збільшені копії об'єкта проектування);
науково-технічні моделі (пристрої, що створюються для дослідження явищ і процесів, — наприклад, системи);
ігрові моделі (воєнні, економічні, спортивні, ділові ігри, які застосовуються для виявлення реакції об'єкта на ту чи іншу ситуацію);
імітаційні моделі (такі моделі застосовуються для вивчення та оцінювання можливих наслідків певних дій; наприклад, перед тим, як ввести у вжиток новий лікарський препарат, здійснюють імітаційний експеримент — випробують препарат на мишах).
За способом подання моделі поділяються на дві великі групи
матеріальні
інформаційні.
Матеріальні моделі можна назвати також предметними, натурними, фізичними. Вони завжди мають реальне втілення.
Прикладами матеріальних моделей є дитяча іграшка, макет птаха, макет ракети.
Інформаційні моделі являють собою сукупність інформації, що характеризує властивості та стан об'єкта і його взаємозв'язки із зовнішнім світом. Такі моделі називають також уявними (тому що вони не мають матеріального втілення), іноді — логічними.
Прикладами інформаційних моделей є усний чи письмовий опис, математичні формули, які відбивають взаємозалежності параметрів об'єкта.
E = mc2
ax2+bx+c=y
За інструментами реалізації інформаційні моделі поділяються на комп'ютерні і некомп'ютерні моделі.
Сьогодні перевага віддається комп'ютерному моделюванню, яке орієнтоване на застосовування найпотужнішого та найефективнішого інструменту зі створених людиною — комп'ютера. Сучасні комп'ютери здатні сприймати та опрацьовувати числову і текстову, звукову та графічну інформацію, відео зображення і анімацію, схеми і таблиці і т.п. Такі різноманітні можливості комп'ютера забезпечуються як програмними, так і апаратурними (технічними) засобами.
За допомогою комп'ютерного моделювання встановлюються причини технічних чи природних катастроф, що сталися, прогнозуються зміни клімату нашої планети чи її можливі зустрічі з іншими космічними об'єктами, здійснюється проектування споруд, досліджуються соціальні процеси, вирішується безліч наукових, технічних, економічних та інших проблем.
Комп'ютер застосовується для розв'язання найрізноманітніших задач: проведення складних інженерних розрахунків, визначення оптимальної стратегії планування виробництва, опрацювання текстів, створення динамічних графічних зображень тощо.
2. побудова інформаційної моделі.
На цьому етапі розробляється інформаційна модель (спочатку звичайно у вербальній (усній) формі, далі — у знаковій формі), добирається метод розв'язування задачі.
З цією метою реалізуються такі дії:
встановлюються параметри задачі, взаємозв'язки між ними, оцінюється залежність результатів рішення задачі від її параметрів, і на цій основі з урахуванням сутності задачі, мети її постановки створюється інформаційна модель задачі;
задача формалізується (вводиться система умовних позначень, і задача подається у формалізованому вигляді);
здійснюється перехід до знакової інформаційної моделі з використанням прийнятої системи позначень;
аналізуються можливі методи розв'язування задачі та вибирається найбільш ефективний з використанням певних критеріїв.
Критеріями ефективності методу можуть виступати простота його реалізації, швидкість одержання розв'язку, точність здобутих результатів тощо.
Вибір методу розв'язування задачі теж є компромісним: бажано, щоб він був по можливості простим і швидким, але його точність повинна узгоджуватися з точністю моделі і не впливати на її якість.
Наприклад, якщо задача полягає у визначенні відстані, на яку відлетить ядро після пострілу зі старовинної гармати, то кривизною земної поверхні, опором повітря можна нехтувати і для розв'язування задачі застосувати прості формули фізики, які стосуються польоту тіла, випущеного із заданою початковою швидкістю під заданим кутом до горизонтальної поверхні.
Домашнє завдання.
Підготувати приклади про інформаційні моделі.
--Чайка Едуард 16:31, 21 декабря 2008 (EET)
