Моделирование. Конспект лекций
Тема 1 “ Моделирование как метод познания”.
Заполните таблицу.
| Объект | Модель объекта | Свойство объекта |
| Автомобиль | ||
| Человек | ||
| Яблоко | ||
| Планета Земля | ||
| Медведь | ||
| Здание |
Модели и моделирование используются человечеством давно. С помощью моделей и модельных отношений развились разговорные языки, письменность, графика. Наскальные изображения наших предков, затем картины и книги - это модельные, информационные формы передачи знаний об окружающем мире последующим поколениям.
Модель является представлением объекта в некоторой форме, отличной от формы его реального существования.
Модель - это такой материальный или мысленно представляемый объект, который в процессе изучения замещает объект-оригинал, сохраняя некоторые важные для данного исследования типичные его черты.
Или можно сказать другими словами: модель – это упрощенное представление о реальном объекте, процессе или явлении.
Вывод:
· Понять, как устроен конкретный объект – каковы его структура, основные свойства, законы развития и взаимодействия с окружающим миром;
· Научиться управлять объектом или процессом и определять наилучшие способы управления при заданных целях и критериях (оптимизация);
· Прогнозировать прямые и косвенные последствия реализации заданных способов и форм воздействия на объект;
· Никакая модель не может заменить само явление, но при решении задачи, когда нас интересуют определенное свойство изучаемого процесса или явления, модель оказывается полезным, а подчас и единственным инструментом исследования, познания.
Процесс построения модели называется моделированием.
Другими словами, моделирование - это процесс изучения строения и свойств оригинала с помощью модели.
| |||
 | |||
Примеры: в астрономии - планетарий, в архитектуре - макеты зданий, в самолетостроении - модели летательных аппаратов и т.п.
· Идеальное моделирование -основано не на материальной аналогии объекта и модели, а на аналогии идеальной, мыслимой.
· Знаковое моделирование – это моделирование, использующее в качестве моделей знаковые преобразования какого-либо вида: схемы, графики, чертежи, формулы, наборы символов.
· Математическое моделирование - это моделирование, при котором исследование объекта осуществляется посредством модели, сформулированной на языке математики. Примеры: описание и исследование законов механики Ньютона средствами математики.
Процесс моделирования состоит из следующих этапов:
Объект Модель Изучение модели Знания об объекте
Основной задачей процесса моделирования является выбор наиболее адекватной к оригиналу модели и перенос результатов исследования на оригинал. Существуют достаточно общие методы и способы моделирования. В настоящее время весьма эффективным и значимым является метод компьютерного моделирования.
Признаки, по которым классифицируются модели:
1. Область использования (учебные; опытные, учно-технические, игровые, имитационные).
2. Учет в модели временного фактора (динамики).
3. Отрасль знаний (биологические, исторические, социологические и т. д.).
4. Способ представления.
Классификация с учетом фактора времени и области использования
 |
· Статистическая модель – это как бы одномоментный срез по объекту.
· Динамическая модельпозволяет увидеть изменения объекта во времени.
Классификация по способу представления
 |
Первые две большие группы: материальные и информационные. Названия этих групп как бы показывают, из чего сделаны модели.
· Материальные модели иначе можно назвать предметными, физическими. Они воспроизводят геометрические и физические свойства оригинала и всегда имеют реальное воплощение.
Подобные модели реализуют материальный (потрогать, понюхать, увидеть, услышать) подход к изучению объекта, явления или процесса.
· Информационные моделинельзя потрогать или увидеть воочию, они не имеют материального воплощения, потому что они строятся только на информации. В основе этого метода моделирования лежит информационный подход к изучению окружающей действительности.
Информационные модели – совокупность информации, характеризующая свойства и состояния объекта, процесса, явления, а также взаимосвязь с внешним миром.
Информация, характеризующая объект или процесс, может иметь разный объем и форму представления, выражаться различными средствами. Это многообразие настолько безгранично, насколько велики возможности каждого человека и его фантазии. К информационным моделям можно отнести знаковые и вербальные.
· Знаковая модель– информационная модель, выраженная специальными знаками, т. е. средствами любого формального языка (рисунки, тексты, графики и схемы).
По способу реализации знаковые модели можно разделить на компьютерные и некомпьютерные.
· Компьютерная модель –модель, реализованная средствами программной среды.
· Вербальная( от лат «verbalis” – устный) модель –информационная модель в мысленной или разговорной форме.
Это модели, полученные в результате раздумий, умозаключений.
Знаковые и вербальные модели, как правило, взаимосвязаны. Мысленный образ, родившийся в мозгу человека, может быть облечен в знаковую форму. И, наоборот, знаковая модель –помогает сформировать в сознании верный мысленный образ.
Согласно легенде, яблоко, упавшее на голову Ньютону, вызвало в его сознании мысль о земном притяжении. И только в последствии эта мысль оформилась в закон, т. е. обрела знаковую форму.
Контрольные вопросы:
1. Дайте определение модели.
2. По каким признакам можно классифицировать модели?
3. Чем отличаются статические модели от динамических?
4. Приведите примеры статических и динамических моделей.
5. Что такое материальная, информационная, вербальная и знаковая модели?
Тема 2 “ Основные этапы моделирования ”.
Прежде чем построить модель объекта (явления, процесса), необходимо выделить составляющие его элементы и связи между ними (провести системный анализ) и «перевести» (отобразить) полученную структуру в какую-либо заранее определенную форму – формализовать информацию.
Формализация – это процесс выделения и перевода внутренней структуры предмета, явления или процесса в определенную информационную структуру – форму.
Этапы моделирования
Прежде чем браться за какую-либо работу, нужно четко представить себе отправной и каждый пункт деятельности, а также примерные ее этапы. То же самое можно сказать и о моделировании. Отправной пункт здесь - прототип. Им может быть существующий или проектируемый объект или процесс. Конечный этап моделирования - принятие решения на основании знаний об объекте.
Цепочка выглядит следующим образом.
 |
|
 |
ii ЭТАП. РАЗРАБОТКА МОДЕЛИ
1. Информационная модель
На этом этапе выясняются свойства, состояния, действия и другие характеристики элементарных объектов в любой форме: устно, в виде схем, таблиц. Формируется представление об элементарных объектах, составляющих исходный объект, т. е. информационная модель.
Модели должны отражать наиболее существенные признаки, свойства, состояния и отношения объектов предметного мира. Именно они дают полную информацию об объекте.
Например, в школе учащиеся знакомятся с информационной моделью кровообращения. Этой информации достаточно для школьника, но мало для тех, кто проводит операции на сосудах в больницах.
Информационные модели играют очень важную роль в жизни человека.
Знания, получаемые вами в школе, имеют вид информационной модели, предназначенной для целей изучения предметов и явлений.
Уроки истории дают возможность построить модель развития общества, а знание ее позволяет строить собственную жизнь, либо повторяя ошибки предков, либо учитывая их.
На уроках географии вам сообщают информацию о географических объектах: горах, реках, странах и пр. Это тоже информационные модели. Многое, о чем рассказывается на занятиях по географии, вы никогда не увидите в реальности и т. п.
Информационная модель никогда не характеризует объект полностью. Для одного и того же объекта можно построить различные информационные модели.
Знаковая модель
Информационная модель, как правило, представляется в той или иной знаковой форме, которая может быть либо компьютерной, либо некомпьютерной. Прежде чем взяться за компьютерное моделирование, человек делает предварительные наброски чертежей либо схем на бумаге, выводит расчетные формулы.
Компьютерная модель
Существует множество программных комплексов, которые позволяют проводить исследование (моделирование) информационных моделей. Каждая программная… Человек уже знает, какова будет модель, и использует компьютер для придания… III ЭТАП. КОМПЬЮТЕРНЫЙ ЭКСПЕРИМЕНТРазработка алгоритма
Запись алгоритма на языке программирования.
Отладка и тестирование программы на компьютере.