Когда человек слышит слова «модель» и «моделирование», перед его мысленным взором обычно пробегают картинки из его детства: уменьшенные копии автомобилей и самолетов, глобус, манекен, макеты зданий... Эти и многие другие вещи часто отражают какие-то общие свойства или функции настоящих предметов или объектов, только в более упрощенном виде. Используя такие модели, можно проще объяснить особенности оригинала. Информационная модель, примеры которой наглядно и понятно объясняют многие сложные для понимания процессы, также подчиняется основным требованиям моделирования.
Цели
Вышесказанное может привести нас к такому выводу: модели, являясь подобием реальных предметов или процессов, не должны отображать все свойства оригиналов, а только те характеристики, которые в определенной ситуации более востребованы для их применения. Нет необходимости отображать все многообразие свойств объекта - это может привести к усложнению модели и неудобству ее использования. Поэтому очень важно понимать, с какой целью была создана модель, какие ее параметры должны быть отражены в данном конкретном случае. При моделировании необходимо строго придерживаться такой логической цепочки: «объект - цель - модель».
Информационная модель. Примеры. Системный анализ
При формировании цели моделирования встает вопрос правильности и полноты создания списка качеств и характеристик будущей модели. Описание объекта моделирования часто называют термином "информационная модель". Примеры ее использования можно видеть в различных формах: графических, словесных, табличных, математических и многих других. Чем точнее информационная модель, тем более качественно и полно она отображает совокупность свойств оригинального объекта. Поэтому необходимо выделить только самые необходимые параметры для моделирования и установить связи между ними. Этот процесс называется системным анализом.
Форма представления
Одной из характеристик информационной модели является форма ее представления, которая тесно связана с целью создания образа. Если одним из требований к проекту является его наглядность, то используется графическая информационная модель. Примеры таковой найти не сложно: электрические схемы, карты местности, различные графики и чертежи. Причем одни и те же данные, например, график изменения температуры в течение месяца, можно представить в различных формах, например, в табличной или текстовой.
Использование моделирования
Когда информационная модель сформирована, ее параметры можно использовать для изучения реального объекта, прогнозирования его поведения в различных условиях, проведения расчетов. Часто задействуют смешанные информационные модели. Примеры использования такой формы моделирования часто можно встретить в строительстве, когда формируются и отражаются отдельные характеристики сложного объекта, например, здания, в виде чертежей, математических расчетов прочности и допустимых нагрузок.
Еще одним ярким примером смешанной информационной модели служит географическая карта с ее топографическими символами, надписями, таблицами. Такая модель может также представляться в виде графиков, диаграмм, таблиц, схем. Последние условно разделяются на карты, блок-схемы и графы.
Классификация
Для удобства работы с информационными моделями их условно делят на несколько больших блоков: по области использования, по фактору времени, по отрасли знаний и по форме представления. Также их еще можно разделить по типу построения (табличные, иерархические и сетевые), по форме представления данных (знаковые и образно-знаковые) и по объекту (описание свойств объекта или процесса).
Типичные примеры образной информационной модели
Формы моделей этого типа отличаются графическим изображением объекта, зафиксированным на каком-либо носителе информации (пленке, бумаге, доске).
К такому типу моделей можно причислить различные фотографии, рисунки, графики. Примеры образной информационной модели часто встречаются в учебных заведениях, где на плакатах предоставляется много информации в графическом виде. Еще один вариант ее использования - иллюстрации в любом школьном учебнике, такие как схема построения войск на битве под Сталинградом. Примеры образной информационной модели можно увидеть и в научных организациях, где производится разделение объектов по их внешнему признаку.
Классификация моделей по времени
Модели могут быть статическими и динамическими. Характеристики объекта в определенный срез времени описывают статические информационные модели. Примеры их использования можно встретить при постройке дома, когда рассматриваются его прочность и устойчивость к статической нагрузке. Или в стоматологии, где описывается состояние полости рта пациента во время текущего приема: количество пломб, наличие дефектов и т. д.
Если рассматривать динамику изменения состояния пациента за несколько приемов или в течение нескольких лет, то при описании тех же характеристик будет использоваться динамическая модель.
Примеры динамических информационных моделей встречаются при работе с факторами или характеристиками, которые изменяются во времени. Среди них изменения температур, сейсмические колебания и пр.
Вербальные модели
К информационным относят и вербальные модели, которые представляются в разговорной или мысленной форме. Они еще имеют название "словесные информационные модели". Примеры такого моделирования можно наблюдать при управлении автомобилем: ситуация на дороге, показания светофоров, скорость соседних автомобилей и т. д. анализируются человеком. При этом вырабатывается определенная модель поведения. Если текущая ситуация смоделирована правильно, то данный отрезок пути будет безопасным. Если нет, велика вероятность аварии.
Также к вербальным моделям относят рифму, промелькнувшую в мозгу поэта, или пока еще не нанесенный на холст образ пейзажа перед мысленным взором художника.
К вербальному типу относят и описательную информационную модель, которая представляет собой письменное или устное описание объекта средствами языка. Пример описательной информационной модели: проза в художественных книгах, описания в художественной литературе, текстовое описание событий и объектов.
Знаковые модели
Если характеристики объекта предстают в виде специальных знаков, отображены средствами формального языка, то они являют собой знаковые информационные модели. Примеры оных окружают нас со всех сторон: графики, схемы, тексты и т. д. 
Знаковые и вербальные модели тесно взаимосвязаны между собой: мысленный образ можно облечь в знаковую форму, а знаковая модель формирует определенный мысленный образ. Например, прочитав описание какого-либо явления, человек создает себе его модель, и и, встретив это явление в жизни, может его узнать по сформированной модели.
Знаковые информационные модели можно разделить на геометрические, словесные, математические, структурные, логические, специальные.
Математические модели
Как вариант знаковой можно рассмотреть математическую информационную модель. Ее особенность в том, что характеристики, параметры или процессы представлены математическими формулами. Также этот вид описывает соотношения между количественными характеристиками объектов. Например, зная массу тела, мы можем вычислить скорость его свободного падения в определенный момент времени. При этом информационные объекты обычно представлены в форме математических.
Математические модели можно разделить на множество типов: статические, динамические, дискретные, непрерывные, имитационные, вероятностные, логические, множественные, алгоритмические, игровые и т. д.
Табличные модели
Модель, объекты или свойства которой представляются в виде списка, а их значения располагаются в ячейках прямоугольной таблицы, называют табличной. Это один из самых часто встречающихся типов передачи информации. При помощи таблиц есть возможность сформировать статические и динамические информационные модели в различных прикладных областях. В жизни мы используем это, например, когда создаем расписание транспорта, программу телепередач, дневник погоды и т. д.
Виды табличных информационных моделей
Таблицы бывают трех видов: двоичные, «объект-свойство», «объект-объект». Для того чтобы привести примеры табличных информационных моделей, нужно разобрать их структуру.
В таблицах типа «объект-объект» в первой строке и в первом столбце перечисляются объекты. В остальных ячейках отражается взаимоотношение между ними. Таблица, в столбцах и строках которой находятся названия городов, а информационное наполнение показывает наличие качественного характера связи между ними (наличие прямой дороги), может служить образцом типа «объект-объект».
В таблицах типа «объект-свойство» в каждой строке размещаются параметры одного объекта или события, а в столбцах содержится информация об их характеристиках или свойствах. Примером структуры такого типа может быть информация об изменении состояния погоды в разные дни.
Иерархические и сетевые информационные модели
Табличные модели удобны для небольших систем объектов. При создании сложной системы модель может стать слишком большой и неудобной для использования именно из-за того, что она представлена в виде прямоугольной таблицы. Например, если создать в табличном виде схему линий метрополитена с объектами-станциями и указанием, есть ли между ними переход или пересечение, то такая таблица будет иметь огромную избыточность - более десяти тысяч значений, и пользоваться ей окажется очень сложно.
Иерархические системы обычно представлены в графическом виде, в форме графов - связей между объектами, распределенными по уровням. Все элементы верхних уровней состоят из элементов нижних, а элементы нижнего уровня принадлежат только одному элементу более высокого уровня. Частный пример модели такого типа - генеалогическое древо.
Сетевые модели более компактны, так как отражают наиболее важные связи между объектами. Чаще всего они представлены в наглядном графическом виде. Примером такой сетевой модели является схема линий метрополитена.
Использование информационных моделей в процессе моделирования на компьютере
Производить моделирование удобно с использованием вычислительной техники. Сам процесс можно условно разбить на несколько этапов.
Вначале производится построение информационной модели: определение проводимого исследования, выделение важных параметров объекта, соответствующих этой цели, удаление несущественных параметров.
На втором этапе происходит создание формализованной модели: производится выражение описательной информационной модели средствами формального языка, фиксируются отношения между величинами и ставятся необходимые ограничения на их изменение.
На следующем этапе осуществляется преобразование формализованной модели в компьютерную, то есть составление алгоритма, проведение расчетов, написание программ или использование специализированного ПО.
После проверки правильности создания модели и ее соответствия назначенной цели начинается непосредственное использование. При возникновении необходимости проводится коррекция.
Применение вычислительной техники заметно упрощает создание информационных моделей, их изменение, исправление. Имеется возможность поместить смоделированный объект в любое окружение и проверить его поведение или трансформацию характеристик в различных условиях, не подвергая его при этом воздействию данных факторов.
1. Вставьте пропущенные слова.
2. Продолжите фразы.
а) Модель
– объект, который используется в качестве «заместителя», представителя другого объекта (оригинала) с определённой целью.
б) Натурная (материальная) модель
в) Информационная модель
3. Отметьте истинные высказывания.
4. Почему в представленных ситуациях целесообразно прибегать к моделированию?
5. Определите, какие из следующих моделей являются информационными, а какие натурными (соедините стрелками).
6. Для каждой из приведённых моделей запишите действие, которое можно выполнять и с ней, и с объектом – оригиналом, а также действие, которое невозможно выполнить с моделью.
7. Опишите примеры использования моделей для:
8. Внимательно прочитайте текст п. 2.1 «Модели объектов и их назначение». С каким методом познания окружающего мира вы познакомились? Опишите его.
9. Укажите информационные модели.
10. Укажите пары объектов, о которых можно сказать, что они находятся в отношении «Объект - модель».
11. Заполните схему разновидностей информационных моделей.
12. Приведите примеры:
а) образной информационной модели – чертежи, рисунки
б) знаковой информационной модели – словесное описание, формулы
в) смешанной информационной модели – таблицы, графики, диаграммы, схемы (карты, графы, блок-схемы)
13. Встречались ли вы с информационными моделями в повседневной жизни. Приведите пример.
Таблицы с формулами, с физическими характеристиками.
Расписание уроков.
Различные графики.
Формулы в математике, физике.
Чертежи различных механизмов.
Фотографии, иллюстрации в учебниках и на плакатах.
14. Внимательно прочитайте текст п. 2.2 «Информационные модели». Составьте план пересказа этого параграфа
15. Воспользуйтесь учебником истории и приведите пример словесной модели исторического события.
Последствия событий 13 века:
события этого века положили начало отстаивания русских земель от стран Западной Европы;
Золотоордынское иго нанесло огромный ущерб экономическому, политическому и культурному развитию Руси.
16. Воспользуйтесь учебником географии и приведите пример словесной модели географического объекта или природного процесса.
Океан – главный хранитель воды, давно поражающий исследователей необычностью своих свойств.
Вода пронизывает всю географическую оболочку и производит в ней разнообразную работу.
17. Воспользуйтесь учебником биологии и приведите пример словесной модели объекта растительного или животного мира.
Симбиоз – это взаимовыгодное отношение двух организмов.
18. Приведите примеры:
а) многозначных слов:
ключ (от замка) – ключ (родник), ручка (для письма) – ручка (дверная), лист
железа – лист (дерева)
б) использование слов в прямом и переносном значении:
весенняя погода – весеннее настроение, золотые изделия – золотые руки, игрушка для детей – быть игрушкой в чьих-то руках
в) слов-синонимов:
хранилище – склад, хвор – болезнь, гиппопотам – бегемот, ключ – родник, расслабление – релаксация, радость – веселье
г) слов – омонимов:
ключ (от замка)- ключ (родник), коса (волос) – коса (инструмент), лук (оружие) – лук (растение)
д) слов – профессионализмов:
индустриализация, индивидуализация, зона поражения, дифференциал, интеграл, релаксация, мотивация, экономическое развитие.
19. а) Модель каких отношений между людьми построена в басне И. А. Крылова «Волк и ягнёнок»? Приведите строки басни, подтверждающие вашу мысль.
Перед нами пример авторитарного стиля отношений. С одной стороны, волк, как олицетворение силы и, с другой стороны, ягнёнок – слабости. Строки: «Ягнёнка видит он, на добычу стремится» и «у сильного всегда бессильный виноват» подтверждают наши размышления.
б) Модели каких характеров людей построены в басне И. А. Крылова «Стрекоза и муравей»? Приведите строки басни, подтверждающие вашу мысль.
Противопоставляется модель беспечного типа характера (стрекоза) и трудолюбивого (муравей). Строки: «кто зимой быть сытым хочет» и «ты всё пела? Это дело: так иди же попляши!»
20. Пословицы, поговорки, крылатые выражения являются своеобразными моделями, которые мы используем в речи для придания ей образности и эмоциональности. Прочитайте истории возникновения поговорок и опишите современные ситуации, моделями которых они служат.
21. Придумайте и запишите сиквейны.
22. Внимательно прочитайте текст п. 2.3 «Словесные информационные модели». Письменно ответьте на вопрос «Почему естественный язык не всегда пригоден для создания информационных моделей»?
23. Постройте математическую модель решения задачи.
В одной упаковке находится n керамических плиток размером 33 см х 33 см. Сколько упаковок плитки потребуется для того, чтобы выложить ею пол в ванной комнате прямоугольной формы размером а см х b см?
Пусть Х – искомое количество упаковок, тогда:
Х=(axb)/(33х33)/n
24. Постройте графическую модель решения задачи.
Из пункта А в пункт F ведёт прямолинейная дорога длиной 35 км. Остановки автобуса расположены в точках B, C, D, E. Известно, что АС=12 км, BD=11 км, СЕ=12 км, DF=16 км. Найдите расстояние: AB, BC, CD, DE и EF.
25. Почему расположенный ниже рисунок можно считать геометрической моделью формулы
26. У садовника имеется 22 метра провода, которым он хочет обозначить на земле границу будущей клумбы. Форму клумбы ему надо выбрать из следующих вариантов:
Размер одной клетки – 1 м х 1 м. Хватит ли садовнику имеющегося провода, чтобы обозначить границу каждой из представленных клумб?
На 1-ю необходимо 20 м, на 2-ю -22 м, 3-ю – 22 м, 4-ю – 24 м.
→ не хватает только на 4-ю клумбу.
27. Внимательно прочитайте текст п. 2.4 «Математические модели». Письменно ответьте на вопрос: «Почему основным языком информационного моделирования в науке является язык математики, а не естественный язык?»
28. Приведите пример таблиц, с которой вы познакомились в школе.
29. Приведите пример таблицы, с которой вы повстречались в повседневной жизни.
30. Укажите основные элементы структуры правильно оформленной таблицы, обозначив места общего, верхнего и бокового заголовков, а также строку, столбец и ячейку таблицы.
31. Выпишите основные правила оформления таблиц.
1. Заголовок таблиц должен давать представление о содержащейся в ней информации.
2. Заголовки граф должны быть краткими, не содержать лишних слов и, по возможности, сокращений.
3. В таблице должны быть указаны единицы измерения. Если они общие для всей таблицы, то указываются в заголовке таблицы (либо в скобках, либо через запятую после названия). Если единицы измерения различаются, то они указываются в заголовках строк или граф.
4. Желательно, чтобы все ячейки таблицы были заполнены. При необходимости в них заносят следующие условные обозначения:
?- данные неизвестны,
8-данные невозможны,
↓-данные должны быть взяты из вышележащей ячейки.
32. Внесите необходимые дополнения в схему.
33. Приведите пример таблицы типа «объекты - свойства».
34. Приведите пример таблицы типа «объекты – объекты - один».
35. Приведите пример таблицы типа «объекты - объекты - несколько».
36. Приведите пример таблицы типа «объекты – свойства - объекты».
37. Внимательно прочитайте текст п. 2.5 «Табличные информационные модели». Письменно ответьте на вопрос: «Какие достоинства и недостатки имеют табличные информационные модели?»
38. В небольшом городке живут пятеро друзей: Иванов, Петров, Сидоров, Гришин и Алексеев. Профессии у них разные: один – маляр, другой – мельник, третий – плотник, четвёртый – почтальон, пятый – парикмахер. Петров и Гришин никогда не держали в руках малярной кисти. Иванов и Гришин всё собираются посетить мельницу, на которой работает их товарищ. Петров и Иванов живут в одном доме с почтальоном. Иванов и Сидоров каждое воскресенье играют в городки с плотником и маляром. Петров брал билеты на футбол для себя и мельника. Определите профессию каждого из друзей.
39. Студенты педагогического института организовали эстрадный квартет. Михаил играет на саксофоне. Пианист учится на географическом факультете. Ударника зовут не Валерием, а студента географического факультета зовут не Леонидом. Михаил учится не на историческом факультете. Андрей не пианист и не биолог. Валерий учится не на физическом факультете, а ударник – не на историческом. Леонид играет не на контрабасе. На каком инструменте играет Валерий и на каком факультете он учится?
{reklama}
40. Внимательно прочитайте текст п. 2.6 «Табличное решение логических задач». Опишите класс логических задач, которые удобно решать с помощью таблиц.
41. Мини-исследование. В течение недели фиксируйте в таблице время, которое вы затрачиваете на учёбу в школе, подготовку домашних заданий, помощь по дому, активный отдых, сон и другое.
Самостоятельно
Напишите небольшой текст о том, как проходит ваша неделя. Дайте оценку тому, как проходит ваша неделя. Что бы вы хотели изменить, чтобы время использовалось более рационально?
Самостоятельно
42. Внимательно прочитайте текст п. 2.7 «Вычислительные таблицы». Сформулируйте основной признак вычислительных таблиц.
43. Рассмотрите общий вид приложения Microsoft Excel. Соедините стрелками надписи с соответствующими элементами окна, знакомыми вам по работе с приложением Microsoft Word.
44. Внимательно прочитайте текст п. 2.8. «Электронные таблицы». Сформулируйте основные преимущества, которые даёт обработка информации с помощью электронных таблиц по сравнению с обработкой вручную.
45. Проведите наблюдения за погодой в своём населённом пункте в течение полного месяца. Результаты наблюдений занесите в таблицу.
46. В течение недели фиксируйте в таблице то, как вы распоряжаетесь своим свободным временем: сколько времени посвящаете чтению книг, сколько просмотру телепередач, сколько – общению с друзьями и т. д.
Самостоятельно
Проанализируйте, как вы используете своё личное время. Напишите об этом небольшой текст.
Самостоятельно
47. Каждый школьник ежегодно отдыхает в каникулы, выходные и праздничные дни. Во все оставшиеся дни школьнику положено учится. В соответствии с действующими на территории Российской Федерации нормативными правовыми актами нерабочими праздничными днями считаются: 1-5 января, 7 января, 23 февраля, 8 марта, 1 мая, 9 мая, 12 июня, 4 ноября. Если нерабочий праздничный день приходится на выходной, то предоставляется дополнительный нерабочий день.
На календаре 2007 года отметьте все нерабочие дни (выходные и праздничные) красным маркером, дни каникул – зелёным маркером.
Самостоятельно
48. Проведите небольшой опрос среди родственников, друзей, знакомых или соседей по следующим вопросам:
1) Что вы читаете (учебную или научную, научно-популярную, художественную литературу, глянцевые журналы и газеты)?
2) Сколько времени в день вы затрачиваете на чтение (до 30 минут, от 30 минут до 1 часа, более 1 часа)?
Опросите не менее 10 человек. Информацию представьте в таблицах.
Самостоятельно
49. Результат внезапного воздействия на организм человека какого-либо фактора внешней среды называется травмой.
На основании диаграммы, представляющей структуру детского травматизма, составьте соответствующее словесное описание. Подкрепите его примерами из реальной жизни.
По данным статистики детского травматизма за 2002 год зафиксировано:
45% - случаев бытового,
36% - уличного,
11% - школьного,
4% - дорожного,
4% - спортивного травматизма
Примеры приведите самостоятельно.
50. Данные о росте численности населения в мире представлены с помощью таблицы, столбчатой диаграммы и графика.
Какая из представленных информационных моделей даёт наиболее наглядное представление о росте численности населения и почему?
Из представленных моделей диаграмма даёт наиболее наглядное представление о росте численности населения.
Данная диаграмма обеспечивает точность и наглядность информации. С помощью данной диаграммы удобно сравнивать численность населения разных периодов.
51. Установите соответствие.
52. В цехе трудятся рабочие трёх специальностей – токари (Т), слесари (С) и фрезеровщики (Ф). Каждый рабочий имеет разряд, не меньший второго и не больший пятого. На диаграмме а) отражено количество рабочих с различными разрядами, а на диаграмме б) – распределение рабочих по специальностям. Каждый рабочий имеет только одну специальность и один разряд.
53. В электронную таблицу внесены следующие исходные данные и расчётные формулы:
54. Внимательно прочитайте текст п. 2.9 «Графики и диаграммы». Сформулируйте основные достоинства и недостатки, которыми обладают диаграммы.
55. Кратко опишите реальную жизненную ситуацию, в которой вам или членам вашей семьи доводилось пользоваться схемой.
При ремонте радио, электротехники пользуются электросхемами.
Удобно пользоваться схемами маршрутов при путешествиях.
Схемы метро помогают сориентироваться человеку при передвижении.
Есть наглядные схемы действий в различных ситуациях.
Схемы квартир помогают в создании дизайнерских решений.
56. Продолжите фразы:
а) Схема – это представление некоторого объекта в общих, главных чертах с помощью условных обозначений.
б) Географическая карта даёт нам уменьшенное обобщённое изображение поверхности Земли на плоскости в той или иной системе условных обозначений.
в) Чертёж – это условные графические изображения предметов с точным соотношением их размеров, получаемые методом проецирования.
г) Блок-схема – это один из наиболее наглядных способов записи алгоритмов; при этом используются условные обозначения.
57. Какие значения будут иметь переменные a и b после выполнения алгоритма?
61. Отношение между элементами множеств X и Y задано уравнением y=x+1. Изобразите это отношение с помощью графа, если X={3,6,9,12}, Y={7,10,13}.
62. Постройте дерево каталогов по следующим полным именам файлов.
63. По многоуровневому списку «Устройства персонального компьютера» (работа 5 компьютерного практикума) постройте древовидную схему отношений.
64. В таблице приведена стоимость перевозок между соседними железнодорожными станциями. Числа, стоящие на пересечениях строк и столбцов таблицы, означают стоимость проезда между соответствующими соседними станциями. Если пересечение строки и столбца пусто, то станции не являются соседними.
65. В таблице приведена стоимость перевозок между соседними железнодорожными станциями.
66. В таблице приведена стоимость перевозок между соседними железнодорожными станциями.
Стоимость проезда по маршруту складывается из стоимостей проезда между соответствующими соседними станциями. Определите наименьшую стоимость проезда из A в B.
67. Сергей – большой любитель кататься на скейтборде. Он нередко заходит в магазин «Спорт», чтобы выяснить цены на некоторые товары. В этом магазине можно купить полностью собранный скейтборд. Но можно купить платформу, один комплект из 4 колёс, один комплект из 2 держателей колёс, а также комплект металлических и резиновых деталей (подшипники, резиновые прокладки, болты и гайки), и собрать свой собственный скейтборд.
Цены на эти товары представлены в таблице:
68. Для составления цепочек разрешается использовать бусины пяти типов, обозначаемых буквами А, Д, Г, О, У. Каждая цепочка должна состоять из трёх бусин, при этом должны соблюдаться следующие правила:
1) на первом месте стоит одна из букв: А, О, У;
2) после гласной буквы в цепочке не может снова идти гласная, а после согласной – согласная;
3) последней буквой не может быть А.
Запишите все цепочки, которые могут быть построены по этим правилам.
69. Выпишите основные понятия главы 2 «Информационное моделирование» и дайте их определения.
Модель –
объект, который используется в качестве «заместителя», представителя другого объекта (оригинала) с определённой целью.
Информационная модель
– описания объектов-оригиналов на языках кодирования.
Натурная (материальная) модель
– реальные предметы, в уменьшенном или увеличенном виде, воспроизводящие внешний вид, структуру и поведение объекта.
Модель математическая
– модель, построенная с использованием математических понятий и формул.
Модель словесная
– описание ситуации, события, процесса на естественном языке.
Таблица
– перечень сведений, числовых данных, приведённых в определённую систему и разнесённых по графам; разновидность информационных моделей. Используется для описания ряда объектов, обладающих одинаковыми наборами свойств.
Таблица типа «объекты – объекты - несколько» (ООН)
– это таблица, содержащая информацию о нескольких свойствах пар объектов, принадлежащих разным классам.
Таблица типа «объекты – объекты - один» (ООО)
– это таблица, содержащая информацию о некотором одном свойстве пар объектов, чаще всего принадлежащих разным классам.
Таблица типа «объекты – свойства» (ОС)
– это таблица, содержащая информацию о свойствах отдельных объектов, принадлежащих одному классу.
Таблица типа «объекты – свойства - объекты» (ОСО)
– это таблица, содержащая информацию о свойствах пар объектов, принадлежащих разным классам, а также об одиночных свойствах объектов одного из классов.
Таблица вычислительная
– таблица, в которой значения некоторых свойств вычисляются с использованием значений других свойств из этой же таблицы.
Схема
– представление некоторого объекта в общих, главных чертах с помощью условных обозначений.
Информационная модель – модель объекта, представленная в виде информации, описывающей существенные для данного рассмотрения параметры и переменные величины объекта, связи между ними, входы и выходы объекта, и позволяющая путем подачи на модель информации об изменениях входных величин моделировать возможные состояния объекта.
Информационные модели нельзя потрогать или увидеть, она не имеют материального воплощения, потому что строятся только на информации. Информационная модель – совокупность информации, характеризующая существенные свойства и состояния объекта, процесса, явления, а также взаимосвязь с внешним миром.
Информационная модель – формальная модель ограниченного набора фактов, понятий или инструкций, предназначенная для удовлетворения конкретному требованию.
Для построения информационной модели необходимо пройти ряд стадий, представленных на схеме 3. Процесс, проводимый от «объекта познания» жл «формальной конструкции», носит название «формализация», а обратный процесс – «интерпретация» - чаще всего используется в познании мира и обучении.
В основе информационного моделирования лежат три постулата:
все состоит из элементов;
элементы имеют свойства;
элементы связаны между собой отношениями.
Объект, к которому применимы эти постулаты, может быть представлен информационной моделью.
Стадии построения информационной модели.
Ф Объект познания И
О Познающие субъекты Н
Р Личностное представление Т
М Сформировавшаяся мысль Е
А «Живое» слово Р
Л Записанное слово П
И Научный текст Р
З Формальные конструкции Е
Классификации информационных моделей:
-по способу описания:
С помощью формальных языков (язык математики, таблицы, языки программирования, расширение естественного языка человека и т.д.);
Графические (блок-схемы, диаграммы, графики и т.д.).
-по цели создания:
Классификационное (древовидные, генеалогическое дерево, дерево каталогов в компьютере);
Динамические (как правило, строятся на основе решения дифференциальных уравнений и служат для решения задач управления и прогнозирования).
- по природе моделируемого объекта:
Детерминированные (определенные), для которых известны законы, по которым изменяется или развивается объект;
Вероятностные (обработка статистической неопределенности и некоторых видов нечеткой информации).
Историческое происхождение и методологическое значение понятий модели и аналогии.
Слово «модель» произошло от латинского слова «modulus», означает «мера», «образец». Его первоначальное значение было связано со строительным искусством, и почти во всех европейских языках оно употреблялось для обозначения образа или прообраза, или вещи, сходной в каком-то отношении с другой вещью.
Моделирование в научных исследованиях стало применяться еще в глубокой древности и постепенно захватывало все новые области научных знаний: техническое конструирование, строительство и архитектуру, астрономию, физику, химию, биологию и, наконец, общественные науки. Большие успехи и признание практически во всех отраслях современной науки принес методу моделирования ХХ век. Однако методология моделирования долгое время развивалась отдельными науками независимо друг от друга. Отсутствовала единая система понятий, единая терминология. Лишь постепенно стала осознаваться роль моделирования как универсального метода научного познания.
Термин «модель» широко используется в различных сферах человеческой деятельности и имеет множество смысловых значений. В этом разделе мы будем рассматривать только такие модели, которые являются инструментами получения знаний.
Таким образом,модель – упрощенное представление о реальном объекте, процессе или явлении. Модель – это такой материальный или мысленно представляемый объект, который в процессе исследования замещает объект-оригинал так, что его непосредственное изучение дает новые знания об объекте-оригинале.
Под моделированием понимается процесс построения, изучения и применения моделей. Оно тесно связано с такими категориями, как абстракция, аналогия, гипотеза и др. Процесс моделирования обязательно включает и построение абстракций, и умозаключения по аналогии, и конструирование научных гипотез.Моделирование – построение моделей для исследования и изучения объектов, процессов, явлений.
Модели объектов должны отражать нечто реально существующее. Поэтому часто под моделями объектов понимают абстрактное обобщение реально существующих объектов. Например, моделями объектов могут быть копии архитектурных сооружений, Солнечной системы, структура парламентской власти в стране и т.д. Модель может описывать явления живой и неживой природы, причем не одно, а целый класс явлений с общими свойствами. В моделях объектов или явлений отражаются свойства оригинала – его характеристики, параметры.
Можно также создавать модели процессов, т.е. моделировать действия над материальными объектами: ход, последовательную смену состояний, стадий развития одного объекта или их системы. Примеры тому общеизвестны: это модели экономических или экологических процессов, развития Вселенной или общества и т. п.
Методологическая основа моделирования .
В основе теории моделирования лежит системный подход. Системный подход заключается в том, что исследователь пытается изучать поведение системы в целом, а не концентрировать свое внимание на отдельных ее частях. Такой подход основывается на признании того, что если даже каждый элемент или подсистема имеет оптимальные конструктивные или функциональные характеристики, то результирующее поведение системы в целом может оказаться лишь субоптимальным вследствие взаимодействия между ее отдельными частями.
Возрастающая сложность организационных систем и потребность преодолеть эту сложность привели к тому, что системный подход становится все более и более необходимым методом исследования.
Определенная совокупность элементов рассматриваемой системы может представляться как ее подсистема. Считается, что к подсистемам относят некоторые самостоятельно функционирующие части системы. Поэтому для упрощения процедуры исследования первоначально необходимо грамотно выделить подсистемы сложной системы, то есть – определить ее структуру. Структура системы – это устойчивая во времени совокупность взаимосвязей между ее компонентами (подсистемами). И при системном подходе важным этапом является определение структуры изучаемой, описываемой системы.
Система – целое, составленное из частей. Система – множество элементов находящихся в отношениях и связях друг с другом и образующих определенное целостность и единство.
Компьютерная модель.
Компьютерная модель – модель, реализованная средствами программной среды.
Имея дело с компьютером как с инструментом, нужно помнить, что он работает с информацией. Поэтому следует исходить из того, какую информацию и в каком виде может воспринимать и обрабатывать компьютер. Современный компьютер способен работать со звуком, видеоизображением, анимацией, текстом, схемами, таблицами и т.д. Но для использования всего многообразия информации необходимо как техническое (Hardware), так и программное (Software) обеспечение. И то и другое – инструменты компьютерного моделирования. Сейчас имеется широкий круг программ, позволяющих создавать различные виды компьютерных знаковых моделей: текстовые процессоры, редакторы формул, электронные таблицы, системы управления в базах данных, профессиональные системы проектирования, а также различные среды программирования.
Современные ЭВМ представляют широкие возможности для моделирования различных явлений и процессов. В учебном процессе ЭВМ не должна просто заменять классную доску, плакат, кино- и диапроектор, натуральный эксперимент. Такая замена целесообразна только тогда, когда использование ЭВМ даст весомый дополнительный эффект по сравнению с использованием других средств обучения.
компьютерное моделирование (КМ) является перспективным методом активизации учебного процесса. Оно приобретает все большее и большее значение в современном научном познании, и, кроме того, в настоящее время становится популярным дидактическим средством. Рассмотрим это направление подробнее.
Предметом КМ является изучение процессов и явлений с помощью компьютера, который при этом выступает в роли экспериментальной установки. При использовании КМ для решения задач выделяются этапы постановки задачи, разработки модели, компьютерного (вычислительного) эксперимента, анализа результатов моделирования. Если результаты моделирования не соответствуют цели, то возникает необходимость возвращения на предыдущие этапы.
Математические модели.
Математическое моделирование позволяет при помощи математических символов и зависимостей составить описание происходящего процесса.
Математическая модель - это совокупность математических объектов и соотношений между ними, адекватно отображающая свойства и поведение исследуемого объекта. Модель считается адекватной, если отражает исследуемые свойства с приемлемой точностью. Точность оценивается степенью совпадения предсказанных в процессе вычислительного эксперимента на модели значений выходных параметров с истинными их значениями.
Математическая модель охватывает класс неопределяемых (абстрактных, символических) математических объектов таких, как числа или векторы, и отношения между этими объектами.
Математическое отношение – это гипотетическое правило, связывающее два или более символических объекта. Многие отношения могут быть описаны при помощи математических операций, связывающих один или несколько объектов с другим объектом или множеством объектов (результатом операции).
Математическая модель будет воспроизводить подходящим образом выбранные стороны физической ситуации, если можно установить правило соответствия, связывающее специфические физические объекты и отношения с определенными математическими объектами и отношениями. Поучительным и/или интересным может также быть и построение математических моделей, для которых в физическом мире аналогов не существует. Наиболее общеизвестными математическими моделями являются системы целых и действительных чисел и евклидова геометрия; определяющие свойства этих моделей представляют собой более или менее непосредственные абстракции физических процессов (счет, упорядочение, сравнение, измерение).
Объекты и операции более общих математических моделей часто ассоциируются с множествами действительных чисел, которые могут быть соотнесены с результатами физических измерений.
В качестве математических объектов выступают числа, переменные, множества, векторы, матрицы и т.п.
Классификация математических моделей на основе особенностей применяемого математического аппарата .
Услышав такие слова как «моделирование», «модель», человек представляет себе образы из своего детства: макеты домов, маленькие автомобили, самолеты, глобус. Именно с помощью таких упрощенных вариантов отражают функции и характеристики подлинных предметов и объектов. Глядя на примеры информационных моделей, намного проще понять суть и предназначение самого оригинала.
Основная цель моделирования
Примеры графических информационных моделей в повседневной жизни встречаются часто. Именно с их помощью можно наглядно представить сложность реальных процессов. Они являются подобием реальных предметов, но обладают только теми характеристиками, которые будут востребованы в определенной ситуации. Примеры информационных моделей показывают, что нет смысла наделять их абсолютно всеми характеристиками реального объекта. Ведь придется существенно усложнить структуру, ею будет неудобно пользоваться.
Важно понимать, какова основная цель создания модели, в какой ситуации она будет использоваться. Исходя из этих характеристик, создаваемую уменьшенную копию реального объекта наделяют определенными параметрами. В современном моделировании стараются придерживаться четкой последовательности. Она включает в себя создание самого объекта, постановку цели для сотворения уменьшенной копии, определение ее основных характеристик.
Системный анализ
Если анализировать примеры информационных моделей, необходимо остановиться на словесных, графических, математических, табличных вариантах. Попробуем выявить наиболее важные параметры, которые необходимы для моделирования, а также найти между ними взаимосвязь. Процесс, касающийся составления совокупности свойств реального объекта для формирования его уменьшенной копии, принято называть системным анализом.
Вариант представления
Примеры информационных моделей различных видов подтверждают важность поиска оптимальной формы их представления. Именно она связана с формированием некого образа о реальном предмете. Среди основных требований, которые предъявляются к проекту, лидирующие позиции принадлежат наглядности. Ее обеспечивает информационная графическая модель. О ней поговорим подробней.
Примеры графических привести достаточно легко. Ими могут стать карты определенного участка местности, электрические схемы, разнообразные чертежи, графики. Интересным можно считать тот факт, что одну и ту же изучаемую величину, к примеру, среднесуточную температуру воздуха, можно представить в разнообразных формах. Она может быть выражена в виде таблицы, системы координат, текста. Пример построения информационной модели по одним и тем же данным применяется и в общеобразовательных учреждениях, и в высшей школе.
Применение моделирования
После того как сформирован прообраз реального объекта, его параметры можно применять для знакомства с оригиналом, прогнозировать поведение изучаемого предмета в зависимости от условий, проводить необходимые расчеты. Примеры информационных моделей объектов свидетельствуют о том, что часто удобнее пользоваться смешанными вариантами. Где можно встретить подобный симбиоз? Примеры информационных моделей смешанного вида распространены в строительстве. Они позволяют определять путем предварительных математических вычислений оптимальные нагрузки на разные части здания, не допускать «просадки» фундамента.
Яркие примеры графических информационных моделей смешанного вида - разнообразные географические карты. Они дополняются таблицами, пояснительными надписями, топографическими специальными символами. Кроме того, в географии часто пользуются диаграммами, графиками, схемами. Последние подразделяют на графы, блоки, карты.
О классификации моделей
Для того чтобы работать с создаваемыми моделями было удобно, существует условное подразделение их на блоки:
- по сферам применения;
- отрасли знаний;
- временному фактору;
- виду представления.
Кроме того, возможно разделение по типу построения на сетевые, иерархические, табличные виды. В зависимости от варианта представления данных существуют различные примеры графических информационных моделей знакового либо образно - знакового вида. Рассматриваться реальный объект может с помощью описания свойств либо анализа принципа его действия.
Примеры образной информационной модели
Допустим, преподаватель на уроке дал задание учащимся: приведите примеры графических информационных моделей. Что нужно сделать для этого? Для начала можно подобрать варианты, зафиксированные на бумажном носителе. Ими можно считать любые географические карты, рисунки, фотографии, графики. В учебных заведениях подобных примеров довольно много. Ведь одним из основных способов наглядного обучения является предоставление изучаемого материала в графическом и табличном виде.
Не только на уроках географии педагог предлагает своим воспитанникам многочисленные схемы и карты. Такой предмет, как история, также тесно связан с рисунками, графиками, разнообразными таблицами. Если учитель истории скажет своему воспитаннику: «Приведите примеры графических информационных моделей, касающихся Сталинградской битвы», ребенку достаточно открыть атлас на нужной странице. С помощью стрелок и цветового акцента на карте отражены все основные моменты, касающиеся этого легендарного события. Помимо учебных заведений, варианты образной информационной модели встречаются и научных учреждениях, специализирующихся на разделении объектов по их внешним признакам.
Подразделение моделей по времени
Существуют динамические и статические варианты. Они существенно отличаются. Статические информационные модели предполагают изучаемого объекта в конкретный промежуток времени. Их примеры можно встретить при возведении здания. Строительство предполагает первоначальные расчеты прочности, устойчивости к статической нагрузке. Встречаются статические варианты и в стоматологии. Описывая состояние полости рта пациента при медицинском осмотре, доктор отмечает присутствие различных дефектов, количество пломб.
С помощью стоматолог будет анализировать динамику изменения состояния зубов у человека на протяжении определенного промежутка времени. Например, за последний год или от момента предыдущего приема. Встречаются динамические информационные модели и при работе с характеристиками либо факторами, предполагающими изменение во времени. Среди таких параметров можно упомянуть сейсмические колебания, скачки температур, изменение влажности воздуха.
Вербальные информационные модели
Наглядно поясняет эту группу пример информационной модели ученика. Во время ответа на вопросы, предлагаемые учителем, ребенок пользуется словесным описанием явления, процесса. Например, рассказывая о правилах поведения пешехода на дороге, школьник самостоятельно моделирует ситуацию, предлагает свой способ ее разрешения. Относят к этой категории и рифму, которую поэт еще не успел перенести на лист бумаги. Вербальная информационная модель имеет описательный характер. Ее примером является проза в произведениях, текстовое описание определенных объектов и явлений.
Знаковые модели
В качестве еще одной характеристики можно представить отображение средствами формального языка характеристик объекта. Приводя 2 примера знаковой информационной модели, остановимся на текстах и схемах. Оба способа представления объекта применяются практически во всех сферах деятельности современного человека. Существует подразделение знаковых моделей на структурные, специальные, словесные, логические, геометрические виды.
Математические формы
Основной особенностью математической информационной модели является поиск при описании объекта соотношения между количественными характеристиками. К примеру, зная массу рассматриваемого тела, можно, воспользовавшись формулой, рассчитать скорость его передвижения за определенный временной промежуток. Математические информационные модели подразделяют на виды: дискретные, статические, имитационные, непрерывные, динамические, логические, алгоритмические, множественные, игровые, вероятностные.
Табличные информационные модели
Если свойства объекта, модели представлены в виде списка, а значения находятся в ячейках, речь идет о табличной модели. Ее считают одним из самых распространенных способов передачи сведений. С помощью таблиц формируют динамические и статические информационные характеристики в разнообразных прикладных областях. В повседневной жизни человек сталкивается с подобными вариантами, анализируя расписание пригородных поездов, изучая программу телевизионных передач, просматривая прогноз погоды. Существуют двоичные таблицы, в которых представлено две характеристики рассматриваемого процесса или явления.
Например, для того чтобы составить график скорости, чертится таблица данных. В ней присутствуют параметры перемещения и времени. Таблицы «объект - объект» предполагают перечисление в строках и столбцах их названий. К примеру, там может быть указание населенных пунктов. Взаимосвязью между ними будут качественные характеристики. Таблицы варианта «объект - свойство» содержат сведения о событии в строке, информацию о его характеристиках в столбике. По подобным таблицам можно определить параметры погоды: температуру, силу ветра, осадки на несколько дней. Пользоваться табличными моделями удобно в тех случаях, когда у рассматриваемого объекта немного характеристик. Если же необходимо составить схему линий метрополитена, имеющую массу разветвлений, переходов, нужна сетевая информационная модель. Примером иерархической информационной модели является генеалогическое древо.
Заключение
Многочисленные информационные модели помогают современному человеку упорядочить характеристики предметов и объектов, находящихся в природе, технике, встречающиеся ему в повседневной жизни. Именно с их помощью можно получить представление о каком-то реальном объекте, явлении, чтобы найти оптимальные способы для его применения, управления им. Без информационных моделей разных типов проблематично работать представителям многих профессий.