Моделирование и формализация информационных моделей

Тема занятия:

Понятия - модель, система.

Виды моделей и классификация систем.

Формализация и визуализация информационных моделей.

Подготовила учитель информатики Т.И.Гузова

МБОУ Абанская СОШ№4

МЕГАМИР

МАКРОМИР

МАКРООБЪЕКТЫ

НЕЖИВЫЕ

ИСКУССТВЕННЫЕ

ЖИВЫЕ

КАМЕНЬ

ЛЬДИНА

БРЕВНО

И Т.Д.

МИКРОМИР

МОЛЕКЛЫ, АТОМЫ

ЭЛЕМЕНТАРНЫЕ ЧАСТИЦЫ

Состояние сложного объекта определяется не только его признаками, но и состоянием объектов-частей .

и электровоза

От исправности вагонов

зависит работа всего состава.

Системный подход - рассмотрение составных частей сложного объекта в их взаимодействии и взаимовлиянии

Система «Банковский мостик»

Части системы:

1) опоры моста

2) подвесы

3) пролёт моста

4) ограждение

5) гранитная набережная

1

2

4

3

5

Системы

нематериальные

материальные

смешанные

природные

технические

8

Нематериальные системы

Материальные природные системы

Материальные технические системы

Московская монорельсовая дорога

Смешанные системы

Камерный оркестр «Виртуозы Москвы»

Структура - это порядок объединения элементов, составляющих систему

Из молекул углерода состоят алмаз и графит

Графит-

слоистая структура

Алмаз -

кристаллическая структура

Системный эффект - появление у системы свойств, которыми не обладают элементы системы в отдельности

ИЛ-76

РАЗМЕРЫ

Размах крыла         50,5 м Длина самолёта     46,6 м Высота                   14,8 м Площадь крыла     300 м 2

• Система - это целое, состоящее из частей, взаимосвязанных между собой.

• Части, образующие систему, - это элементы системы .

• Структура - это порядок объединения элементов, составляющих систему. Состав и структуру системы описывает схема состава.
• Системный подход - рассмотрение составных частей сложного объекта в их взаимодействии и взаимовлиянии.

Модель – это упрощенное подобие реального объекта

Объекта

Процесса

Явления

Процесса решения задач

Процесса поведения

Моделирование – метод познания окружающего мира, состоящий в создании и исследовании моделей реальных объектов.

Исходный объект - прототип

Объект-заместитель - модель

Примеры моделей

Схема

Манекен

Карта погоды

Модель создают, если:

Объект слишком мал

Объект огромный

Модель создают, если :

Процесс протекает очень медленно

Процесс протекает очень быстро

Модель создают, если:

Исследование объекта может повлечь его разрушение

Исследование объекта опасно для окружающих

Свойства моделей

Модель отражает только часть свойств, отношений и особенностей поведения оригинала .

Модель вулкана отражает :

• форму;
• цвет;
• отдельные происходящие процессы

Не отражает:

• реальные размеры;
• многие происходящие процессы

Свойства моделей

Можно создавать и использовать разные модели одного и того же объекта .

В

У

Л

К

А

Н

Сравните !

Модели

Информационные

Натурные

24

Модели

Натурные

Информационные

Реальные предметы, в уменьшенном или увеличенном виде воспроизводящие внешний вид, структуру или поведение объекта моделирования

25

Модели

Информационные

Натурные

Описания объекта оригинала на языках кодирования информации

26

Натурные модели - реально воспроизводят внешний вид, структуру и поведение объекта.

Натурная модель подъёмного крана воспроизводит:

• состав;
• движения частей механизма

Что воспроизводит натурная модель дома?

Информационные модели - описание объекта-оригинала на языках кодирования информации

Модели используются для:

представления материальных предметов

Макет исторической застройки в Н. Кисельном переулке в Москве

Модели используются для:

объяснения известных фактов

Модели используются для:

проверки гипотез и получения новых знаний об исследуемых объектах

Модели используются для:

прогнозирования

Ураганы – фото из космоса

Модели используются для:

управления

Самое главное

• Модель - это объект, который используется в качестве «заместителя», представителя другого объекта (оригинала) с определённой целью.

• Модель отражает только часть свойств, отношений и особенностей поведения оригинала.

• Моделирование - процесс создания и использования модели.

• Различают натурные и информационные модели.

Информационная модель -

набор свойств, содержащий всю необходимую информацию об исследуемом объекте.

Виды моделей

Образные

Смешанные

Знаковые

Рисунки

Словесные описания

Таблицы

Схемы

Фотографии

Формулы

Графики

Диаграммы

Образные модели

Образные модели представляют собой зрительные образы объектов, зафиксированные на каком-либо носителе информации.

Знаковые модели

Знаковые информационные модели строятся с использованием различных языков (знаковых систем).

Смешанные модели

• Словесная

Состоит из системного блока, монитора, клавиатуры, мыши и предназначен для обработки информации.

2. Графическая

3. Табличная

4. Информационно-логическая

- табличная

- сетевая

- иерархическая

5. Математическая

• Табличная
• Сетевая

- Иерархическая

Факультативы

ОБЪЕКТЫ И СИСТЕМЫ

СИСТЕМА- ЦЕЛОЕ,

СОСТОЯЩИХ

ИЗ

ЭЛИМЕНТОВ

СВЯЗАННЫХ

МЕЖДУ СОБОЙ

ОБЕКТ- ПРЕДМЕТ,

ПРОЦЕСС ИЛИ ЯВЛЕНИЕ,

ОБЛАДАЮЩЕЕ,

ИМЕНЕМ И СВОЙСТВАМИ

МАТЕРИАЛЬНЫЕ

НЕМАТЕРИАЛЬНЫЕ

Динамические

– развивающиеся

и изменяющиеся

СМЕШАННЫЕ

Статические – не изменяющиеся

(карта местности )

Описательные информационные модели – отображают объекты, процессы и явления качественно, не используя количественных характеристик. Строятся с использованием естественных языков и рисунков.

Формальные информационные модели – строятся с помощью формальных языков (язык математики, химические формулы, нотная грамотность).

Процесс построения информационных моделей с помощью формальных языков называется формализацией .

Например, известное уравнение S=vt , где

S - расстояние,

v - скорость

t - время,

представляет собой модель равномерного движения, выраженную в математической форме.

Рассматривая физическую систему: тело массой m , скатывающееся по наклонной плоскости с ускорением a под воздействием силы F , Ньютон получил соотношение F = mа .

Это математическая модель физической системы.

Математическое моделирование

Метод моделирования дает возможность применять математический аппарат к решению практических задач. Понятия числа, геометрической фигуры, уравнения, являются примерами математических моделей.

К методу математического моделирования в учебном процессе приходится прибегать при решении любой задачи с практическим содержанием. Чтобы решить такую задачу математическими средствами, ее необходимо вначале перевести на язык математики (построить математическую модель).

Построение математической модели – это и есть формализация модели.

Например, объект – доска

Вводим параметры :

Длина – a S= a*b

Ширина – b P=(a+b)*2

Площадь – S d= a*a+b*b

Периметр – P

Диагональ – d

Визуализация формальных моделей –

• для визуализации алгоритмов используют блок-схемы;

• для пространственных отношений между объектами – чертежи;
• для моделей электрических цепей – электрические схемы;

• компьютерные интерактивные визуальные модели ( вводим начальные условия и параметры, и наблюдаем изменения в поведении модели )

Основные этапы разработки и исследования на компьютере:

• Описательная информационная модель
• Формализованная модель
• Компьютерная модель
• Компьютерная эксперимент

- Анализ полученных результатов и корректировка исследуемой модели