1. Понятие модели
2. Материальные и информационные модели
3. Этапы моделирования
3.1. Постановка задачи.
3.2. Разработка модели.
3.3. Компьютерный эксперимент.
3.4. Анализ результатов моделирования
4. Понятие формализации
5. Задания для самостоятельного решения
1. Понятие модели
Объект – некоторая часть окружающего нас мира, которая может быть рассмотрена как единое целое.
Свойства объекта – совокупность признаков объекта, по которым его можно отличить от других объектов
Модель – это упрощенное представление о реальном объекте, процессе или явлении.
Моделирование – построение моделей для изучения объектов, процессов, явлений.
2. Материальные и информационные модели
По способу представления модели делятся на материальные и информационные (См. Схему 1.).
Материальные модели иначе можно назвать предметными или физическими. Они воспроизводят геометрические свойства оригинала и имеют реальное воплощение.
Примеры материальных моделей:
1. Детские игрушки (куклы – модель ребенка, мягкие игрушки-звери – модель живых зверей, машинки – модели реальных автомобилей и т.д.).
2. Глобус – модель планеты Земля.
3. Школьные пособия (скелет человека – модель реального скелета, модель атома кислорода и т.д.)
4. Физические и химические опыты.
Информационные модели нельзя потрогать или увидеть, они не имеют материального воплощения, потому что строятся только на информации.
Информационная модель – совокупность информации, характеризующая свойства и состояния объекта, процесса, явления, а также взаимосвязь с внешним миром.
К информационным моделям можно отнести вербальные и знаковые модели.
Вербальная модель – информационная модель в мысленной или разговорной форме.
Примеры вербальных моделей:
1. Модель поведения человека при переходе через улицу. Человек анализирует ситуацию на дороге (сигналы светофора, наличие и скорость машин и вырабатывает модель своего движения)
2. Идея, возникшая у изобретателя - модель изобретения.
3. Музыкальная тема, промелькнувшая в голове композитора – модель будущего музыкального произведения.
Знаковая модель – информационная модель, выраженная специальными знаками, т.е. средствами любого формального языка.
Примеры знаковых моделей:
1. Чертеж кухонной мебели – модель мебели для кухни.
2. Схема Московского метрополитена – модель метро г. Москвы.
3. График изменения курса евро – модель роста курса евро.
Вербальные и знаковые модели, как правило, взаимосвязаны. Мысленный образ (например, пути по определенному адресу), может быть облечен в знаковую форму, например, в схему. И наоборот, знаковая модель помогает сформировать в сознании верный мысленный образ.
По способу реализации информационные знаковые модели делятся на компьютерные и некомпьютерные.
Компьютерная модель – это модель, реализованная средствами программной среды.
3. Этапы моделирования
В процессе моделирования выделяют 4 этапа (См. Схему 2):
1. Постановка задачи.
2. Разработка модели.
3. Компьютерный эксперимент.
4. Анализ результатов моделирования.
1. Постановка задачи
• Описание задачи
Задача (или проблема) формулируется на обычном языке, и описание должно быть понятным. Главное на этом этапе – определить объект моделирования и понять. Что собой должен представлять результат.
• Формулировка цели моделирования
Целями моделирования могут быть: познание окружающего мира, создание объектов с заданными свойствами («как сделать, чтобы…»), определение последствий воздействия на объект и принятие правильного решения («что будет, если…»), эффективность управления объектом (процессом) и т.д.
• Анализ объекта
На этом этапе, отталкиваясь от общей формулировки задачи, четко выделяют моделируемый объект и его основные свойства. Поскольку в большинстве случаев исходный объект – это целая совокупность более мелких составляющих, находящихся в некоторой взаимосвязи, то анализ объекта будет подразумевать разложение (расчленение) объекта с целью выявления составляющих и характера связей между ними.
2. Разработка модели
• Информационная модель
На этом этапе выявляются свойства, состояния и другие характеристики элементарных объектов, формируется представление об элементарных объектах, составляющих исходный объект, т.е. информационная модель.
• Знаковая модель
Информационная модель, как правило, представляется в той или иной знаковой форме, которая может быть либо компьютерной, либо некомпьютерной.
• Компьютерная модель
Существует большое количество программных комплексов, которые позволяют проводить исследование (моделирование)информационных моделей. Каждая среда имеет свой инструментарий и позволяет работать с определенными видами информационных объектов, что обуславливает проблему выбора наиболее удобной и эффективной среды для решения поставленной задачи.
3. Компьютерный эксперимент
• План моделирования
План моделирования должен отражать последовательность работы с моделью. Первыми пунктами в таком плане должны стоять разработка теста и тестирование модели.
Тестирование – процесс проверки правильности модели.
Тест – набор исходных данных, для которых заранее известен результат.
В случае несовпадения тестовых значений необходимо искать и устранять причину.
• Технология моделирования
Технология моделирования – совокупность целенаправленных действий пользователя над компьютерной моделью.
4. Анализ результатов моделирования
Конечная цель моделирования – принятие решения, которое должно быть выработано на основе всестороннего анализа полученных результатов. Этот этап решающий – либо исследование продолжается (возврат на 2 или 3 этапы), либо заканчивается.
Основой для выработки решения служат результаты тестирования и экспериментов. Если результаты не соответствуют целям поставленной задачи, значит, допущены ошибки на предыдущих этапах. Это может быть слишком упрощенное построение информационной модели, либо неудачный выбор метода или среды моделирования, либо нарушение технологических приемов при построении модели. Если такие ошибки выявлены, то требуется редактирование модели, т.е. возврат к одному из предыдущих этапов. Процесс продолжается до тех пор, пока результаты моделирования не будут отвечать целям моделирования.