МОДЕЛИРОВАНИЕ и ФОРМАЛИЗАЦИЯ ИНФОРМАЦИОННЫЕ МОДЕЛИ И ФОРМАЛИЗАЦИЯ Информационная модель – описание реального объекта (процесса, явления) на одном из языков (разговорном или формальном) Вернемся к классификации информационных моделей. Выберем другое основание классификации и выполним ее по форме представления. ПО ФОРМЕ ПРЕДСТАВЛЕНИЯ ИНФОРМАЦИОННЫЕ МОДЕЛИ словесные специальные • устные и письменные описания с использованием иллюстраций • ноты • химические формулы и т.п. математические • математические формулы • неравенства • системы и т.п. логические геометрические структурные • графические формы • схемы • объемные конструкции • графики • таблицы • графы и т.п. • модели, в которых на основе анализа различных условий принимаются решения Для представления информационных моделей в той или иной форме используются естественные и формальные языки. Естественные языки используются для построения словесных, описательных моделей. (Например, различные литературные произведения имеют непосредственное отношение к понятию модели, поскольку фиксируют внимание читателя на определенных сторонах человеческой жизни. Особенно можно выделить жанр, как басня или притча ). Формальные языки используются для построения формальнологических моделей – математических, логических и специальных. Процесс построения информационных моделей с помощью формальных языков называется формализацией. Рассмотрим процессы построения некоторых информационных моделей, путем формализации этих моделей с помощью естественных и формальных языков (по схеме слева направо). При возможности применим компьютерные модели. Компьютерные модели – это модели, реализованные на компьютере средствами программного обеспечения. СЛОВЕСНЫЕ МОДЕЛИ Словесные модели могут описывать ситуации, события, происходящие в жизни, с целью их осмысления и использования опыта. Со словесного описания начинается построение любой модели, т.к. оно более или мене точно отражает оригинал. При создании словесной модели важно уметь: • ясно и понятно строить фразы, • выделять ключевые моменты, • правильно пользоваться терминологией, • ссылаться на известные факты и др. Сегодня для описания словесных моделей используется компьютер, а именно текстовый редактор или процессор. ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА Тема: «Построение словесной модели в среде текстового редактора» Объект моделирования: одноклассник Цель моделирования: построение словесной модели человека Параметры моделирования: 1. Фамилия, имя, отчество объекта 3. Любимый учебный предмет объекта 2. Черты лица, телосложение (рост, вес) 4. Хобби объекта Составьте мысленный образ в соответствии с параметрами моделирования и оформите его средствами текстового редактора. МАТЕМАТИЧЕСКИЕ МОДЕЛИ Модели, построенные с использованием математических формул и понятий, называются математическими. Математическая модель, как правило, идет вслед за описательной. Компьютер позволяет на качественно новом уровне перевести мысленную модель в знаковую форму. В компьютерном моделировании для оформления формул используется специальное приложение – редактор формул. В приложении MS Word это приложение называется Microsoft Equation. ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА совместно с преподавателем Тема: «Построение математической модели средствами редактора формул» Объект моделирования: математическая формула прямолинейного равноускоренного движения тела axt 2 X X 0 xt 2 Цель моделирования: построение математической модели Инструмент моделирования: редактор формул Microsoft Equation САМОСТОЯТЕЛЬНО Построить математические модели различных математических формул с помощью приложения Microsoft Equation предложенных преподавателем. ГЕОМЕТРИЧЕСКИЕ МОДЕЛИ Геометрические (или графические) информационные модели являются простейшим видом моделей, которые передают внешние признаки объекта – размеры, форму, цвет. Без графических моделей трудно представить себе ботанику, биологию, географию, физику и т.п. предметы. В качестве инструмента для графического моделирования сегодня используется графический редактор (растровый или векторный). Любой геометрический (графический) объект обладает формой, размерами, пропорциями и цветом и его можно перемещать, тиражировать, редактировать, поворачивать, отражать, изменять размеры и пропорции. Конструирование – это процесс сбора объекта из элементов. Конструировать можно плоские и объемные объекты. ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА Тема: «Построение графических моделей средствами векторного редактора WORD» Объект моделирования: плоские и объемные графические фигуры Цель моделирования: построение различных графических моделей Прочитать из папки «МОДЕЛИРОВАНИЕ» текстовый документ «Урок4(приложение)» и выполнить задания предложенные преподавателем. СТРУКТУРНЫЕ МОДЕЛИ Структурное моделирование (смотри схему) включает множество вариантов построения информационных моделей. ТАБЛИЧНЫЕ ИНФОРМАЦИОННЫЕ МОДЕЛИ Одной из наиболее часто встречающихся структур информационных моделей является таблица. С помощью таблиц строятся информационные модели в различных предметных областях. Все многообразие таблиц разделим на типы: Таблицы типа «объекты-свойства» (ОС). Это таблица, в которой рассматриваются объекты, принадлежащие одному классу. Название класса объектов Название свойства Название объектов Значение свойств пример СКЛАД Наименование товара Количество (тонны) Картофель 20 Таблицы типа «объекты-объекты» (ОО). Это таблица, которая описывает пары объектов, и только одно свойство. Название класса первых Название класса вторых объектов объектов Название вторых объектов Название первых объектов Значение свойств пример ГОДОВЫЕ ОЦЕНКИ Фамилия Предмет Имя Русский Литература Физика Иванов Петр 4 5 4 ИНФОРМАЦИОННЫЕ МОДЕЛИ НА ГРАФАХ Для того, чтобы представить информацию о составе и структуре системы графически, необходимо в виде чертежа изобразить компоненты системы и соединить их между собой какими-либо линиями. Например: Н Н Н Н Н Н С С С С С Н Н Н Н Н Н Здесь компоненты системы (атомы) соединены между собой линиями. Причем способ соединения выбран определенный, т.к. при другом варианте соединения получится другое вещество. Такой чертеж будет называться графом. ОСНОВНЫЕ ОПРЕДЕЛЕНИЯ Граф – это средство для наглядного представления состава и структуры системы. Вершины графа – это компоненты системы изображаемые кругами, овалами, прямоугольниками и пр. Дуги – это направленные линии (стрелки), связывающие компоненты между собой определенным образом. Ребра – это ненаправленные линии, связывающие компоненты между собой определенным образом. Дерево – это граф, предназначенный для отображения вложенности, подчиненности, наследования и т.п. между объектами. В таком графе нет связанных по замкнутой линии вершин. Каждая вершина связана только с верхней и не связана больше ни с чем. Корень (единственная вершина 1-го уровня) Вершины 2-го уровня Вершины 3-го уровня Сеть – это граф, в котором вершины связаны между собой по принципу «многие ко многим» Блок-схема – это граф, отображающий последовательность выполнения действий. Его вершины отображают отдельные действия и изображаются определенными геометрическими фигурами. ЛОГИЧЕСКИЕ МОДЕЛИ Для представления логической модели можно использовать таблицы. С помощью таких таблиц можно находить решения логических задач. Логической моделью являются также логические схемы компьютера. Используя алгебру логики и логические схемы компьютера гораздо проще, дешевле и быстрее изучать свойства и доказывать правильность работы технического устройства, чем сразу создавать реальный объект. ЛОГИЧЕСКИЕ СХЕМЫ КОМПЬЮТЕРА А А В Схема И Сделаем выводы и запишем основные этапы моделирования. В Схема ИЛИ А Схема (автоматический НЕ ключ) ОСНОВНЫЕ ЭТАПЫ МОДЕЛИРОВАНИЯ НА КОМПЬЮТЕРЕ 1. Построение модели – обычно описательной информационной модели 2. Формализация модели – запись на каком-либо формальном языке 3. Построение компьютерной модели – на языке программирования или с использованием прикладных программ 4. Проведение компьютерного эксперимента 5. Анализ результатов моделирования ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ 1. Моделирование является одним из ключевых видов деятельности человека. 2. Моделирование всегда предшествует любому делу в той или иной форме. 3. Моделирование позволяет обосновано принимать решения о том, как совершенствовать привычные объекты, надо ли создавать новые, как изменять процессы управления и многое другое.