Модели в нашей жизни Что такое модель? Модель – это объект, который обладает некоторыми свойствами другого объекта (оригинала) и используется вместо него. Оригиналы и модели Первый линейный русский корабль «Гото Предестинация» Что можно моделировать? Модели объектов: • уменьшенные копии зданий, кораблей, самолетов, … • модели ядра атома, кристаллических решеток • чертежи •… Модели процессов: • изменение экологической обстановки • экономические модели • исторические модели •… Модели явлений: • землетрясение • солнечное затмение • цунами •… Моделирование Моделирование – это создание и использование моделей для изучения оригиналов. Когда используют моделирование: • оригинал не существует - древний Египет - последствия ядерной войны • исследование оригинала опасно для жизни или дорого: - управление ядерным реактором (Чернобыль, 1986) - испытание нового скафандра для космонавтов - разработка нового самолета или корабля • оригинал сложно исследовать непосредственно: - Солнечная система, галактика (большие размеры) атом, нейтрон (маленькие размеры) процессы в двигателе внутреннего сгорания (очень быстрые) геологические явления (очень медленные) • интересуют только некоторые свойства оригинала - проверка краски для фюзеляжа самолета Цели моделирования • исследование оригинала изучение сущности объекта или явления • анализ («что будет, если …») научиться прогнозировать последствия различных воздействиях на оригинал • синтез («как сделать, чтобы …») научиться управлять оригиналом, оказывая на него воздействия • оптимизация («как сделать лучше») выбор наилучшего решения в заданных условиях Один оригинал – одна модель? • материальная точка ! Оригиналу может соответствовать несколько разных моделей и наоборот! Зачем нужно много моделей? ! Тип модели определяется целями моделирования! изучение наследственности изучение строения тела примерка одежды учет граждан страны тренировка спасателей Природа моделей (виды моделей) • материальные (физические, предметные) модели: • информационные модели представляют собой информацию о свойствах и состоянии объекта, процесса, явления, и его взаимосвязи с внешним миром: • вербальные – словесные или мысленные • знаковые – выраженные с помощью формального языка графические (рисунки, схемы, карты, …) табличные математические (формулы) логические (различные варианты выбора действий на основе анализа условий) специальные (ноты, химические формулы) Модели по области применения • учебные (в т.ч. тренажеры) • опытные – при создании новых технических средств аэродинамическая труба испытания в опытовом бассейне • научно-технические имитатор солнечного излучения вакуумная камера в Институте космических исследований вибростенд НПО «Энергия» Модели по фактору времени • статические – описывают оригинал в заданный момент времени силы, действующие на тело в состоянии покоя результаты осмотра врача фотография • динамические модель движения тела явления природы (молния, землетрясение, цунами) история болезни видеозапись события Модели по структуре • табличные модели (пары соответствия) • иерархические (многоуровневые) модели Директор Главный инженер Главный бухгалтер Вася Петя Маша Даша Глаша • сетевые модели (графы) 3 6 1 старт 2 8 финиш 5 4 7 Специальные виды моделей • имитационные - нельзя заранее вычислить или предсказать поведение системы, но можно имитировать её реакцию на внешние воздействия; - максимальный учет всех факторов; - только численные результаты; ! Задача – найти лучшее решение методом проб и ошибок (многократные эксперименты)! Примеры: испытания лекарств на мышах, обезьянах, … математическое моделирование биологических систем модели бизнеса и управления модели процесса обучения Специальные виды моделей • игровые – учитывающие действия противника Примеры: модели экономических ситуаций модели военных действий спортивные игры тренинги персонала ! Задача – найти лучший вариант действий в самом худшем случае! Моделирование 1) Материя 2) Сознание 3) Снова неживая материя (компьютер) построение и изучение моделей реально существующих предметов, процессов или явлений с целью получения объяснений этих явлений, а также для предсказания явлений, интересующих исследователя Модель Назначение моделирования: 1. Более доступное изучения объекта. 2. Прогнозирование того или иного явления. 3. Замена человека в той или иной сфере деятельности. 1. Текстовые 2. Математические 3. Графические 4. Табличные Шпаргалка: Математические модели в естествознании. Тип «Объект-свойство» Свойства объекта – его характеристики Объект – календарная дата дата осадки t◦ 15.03. снег -15 16.03. ясно -20 Тип «Объект - объект» ученик русский алгебра Объект - Объект - Иванов 4 4 предметы ученики Сидоров 5 3 Модель – упрощенное подобие реального объекта Объект моделирования – это любое - физическое тело, - явление природы, - процесс. Для текстовой задачи из карточки спроектировать и создать таблицу, в которой: - распределить все данные в ячейках таблицы, - выполнить расчеты и занести данные в таблицу Задача «Праздничный обед» Во время праздничного обеда Буратино съел 5 кусков торта, выпил 4 стакана лимонада и зажевал 20 драже «Тик-так». Мальвина, которая пригласила его в гости, съела 1 кусочек торта, выпила 1 стаканчик лимонада и зажевала 2 драже «Тик-так». Пьеро, который жить не может без Мальвины и всегда рядом с ней, съел 2 кусочка торта, выпил 3 стаканчика лимонада. Дуремар, который заглянул к друзьям в гости, доел оставшиеся 3 куска торта, допил 2 стаканчика лимонада. Драже не досталось ни Пьеро, ни Дуремару. В 1 кусочке торта содержится 150 калорий, в 1 стаканчике лимонада 15 – калорий, в 1 драже «Тик-так» – 2 калории. Вопросы к задаче: Сколько всего калорий заработал каждый из участников праздничного обеда? Сколько всего каждого вида продуктов было съедено за время обеда? Кто из друзей заработал наибольшее, а кто – наименьшее количество калорий? Сколько в среднем калорий заработали все участники обеда? Сколько всего калорий содержится в полном количестве каждого вида продуктов? Таблица «Праздничный обед» Таблица «Праздничный обед» Друзья Буратино Мальвина Пьеро Дуремар Калорий (в едце продуктов) Всего продуктов Всего калорий Торт (к) Лимонад (ст) «Тик-так» (д) Всего калорий Таблица «Праздничный обед» Друзья Торт (к) Лимонад (ст) «Тик-так» (д) Буратино Мальвина 5 4 20 1 1 2 Пьеро 2 3 0 Дуремар 3 2 0 150 15 2 Калорий (в едце продуктов) Всего продуктов Всего калорий Всего калорий Таблица «Праздничный обед» Друзья Торт (к) Лимонад (ст) «Тик-так» (д) Всего калорий Буратино Мальвина 5 4 20 850 1 1 2 169 Пьеро 2 3 0 345 Дуремар 3 2 0 480 Калорий (в едце продуктов) 150 15 2 Всего продуктов 11 10 22 43 1650 150 44 1844 Всего калорий Таблица «Праздничный обед» Друзья Торт (к) Лимонад (ст) «Тик-так» (д) Всего калорий Буратино Мальвина Пьеро 5 4 20 850 1 1 2 169 2 3 0 345 Дуремар 3 2 0 480 150 15 2 11 10 22 43 1650 150 44 1844 Калорий (в едце продуктов) Всего продуктов Всего калорий Ответы на вопросы: для 1, 2, 5 – го вопросов – ответы содержатся в таблице. 3 вопрос: Буратино заработал наибольшее количество калорий, а Мальвина – наименьшее. 4 вопрос: в среднем участники обеда заработали 461 калорий.