Информационные компьютерные модели
 Скачать 0.56 Mb.
|
|
Тема: Информационные компьютерные модели Цель: получить представление о моделировании как методе научного познания. Исследование информационных моделей на компьютере. Объект – некоторая часть окружающего мира, рассматриваемого человеком как единое целое. Моделью называется некий объект-заменитель, который в определенных условиях может заменять объект-оригинал, воспроизводя интересующие нас свойства и характеристики оригинала, причем имеющий существенные преимущества (наглядность, обозримость, доступность испытаний, легкость оперирования и т.д.). Моделирование - это метод познания, состоящий в создании и исследовании моделей. Один и тот же объект может иметь множество моделей, а разные объекты могут описываться одной моделью. Рисунок 1 - Примеры моделей Несколько типов моделирования: ● предметное моделирование, при котором исследование ведется на модели, воспроизводящей определенные геометрические, физические, динамические или функциональные характеристики объекта-оригинала; ● знаковое моделирование, при котором в качестве моделей выступают схемы, чертежи, формулы. Важнейшим видом такого моделирования является математическое моделирование, производимое средствами математики и логики; ● мысленное моделирование, при котором вместо знаковых моделей используются мысленно-наглядные представления этих знаков и операций с ними. Типы моделей (по форме представления) 1. предметные (материальные) модели воспроизводят геометрические, физические и др. свойства объектов в материальной форме. Примеры: детские игрушки, скелет человека, чучело, макет солнечной системы, школьные пособия, физические и химические опыты 2. абстрактные (нематериальные) – не имеют реального воплощения. Их основу составляет информация. Это теоретический метод познания окружающей среды. По признаку реализации они бывают: мысленные и вербальные; информационные. Информационные модели – целенаправленно отобранная информация об объекте, которая отражает наиболее существенные для исследователя свойств этого объекта. Этапы моделирования: 1. Постановка задачи: описание задачи, цель моделирования, формализация задачи, математическая модель. 2. Разработка модели: информационная модель, компьютерная модель 3. Компьютерный эксперимент – план эксперимента, проведение исследования 4. Анализ результатов моделирования На начальном этапе моделирования выделяются существенные признаки изучаемого объекта и дается развернутое содержательное описание связи между ними (системный анализ), то есть осуществляется неформальная постановка задачи. Следующим важным этапом моделирования является формализация содержательного описания связей между выделенными признаками с помощью некоторого языка кодирования: языка схем, языка математики и т.д. (“перевод“ полученной структуры в какую- либо заранее определенную форму). Формализация – этап перехода от содержательного описания связей между выделенными признаками объекта (словесного или в виде текста) к описанию, использующему некоторый язык кодирования (языка схем, языка математики и т. д.). Формализация - процесс построения информационных моделей с помощью формальных языков. Одним из наиболее распространенных формальных языков является алгебраический язык формул в математике, который позволяет описывать функциональные зависимости между величинами. Модели, построенные с использованием математических понятий и формул, называются математическими моделями. По сути, формализация – это первый и очень важный этап процесса моделирования. Примером неформального описания модели является кулинарный рецепт или словесное описание модели парусника, или словесная формулировка второго закона Ньютона. В тех случаях, когда моделирование ориентировано на исследование моделей с помощью компьютера, результатом формализации моделей должно быть программное средство. Поэтому принципы формализации можно сформулировать в следующем виде: разработка неформального описания модели (словесное описание существенных для рассматриваемой задачи характеристик изучаемого объекта и связей между ними); составление формализованного описания на некотором языке кодирования (с использованием математических соотношений и текстов); реализация формализованного описания в виде программы на некотором языке программирования. Например, формула F=m*a является формализованным описанием второго закона Ньютона. Алгоритм представляет собой конечную упорядоченную совокупность предписаний исполнителю, четко и однозначно определяющих процесс преобразования исходной информации в конечный результат. Алгоритмы образуют важнейший класс информационных процессов. Каждый шаг алгоритма определяется только начальной и конечной информацией, все команды алгоритма можно выполнять формально, или автоматически (без непосредственного участия человека). Информационная модель — это модель, содержащая целенаправленно отобранную и представленную в некоторой форме наиболее существенную информацию об объекте. Информационный объект — это совокупность логически связанной информации. Имитационным моделированием называют изучение физических явлений и процессов с помощью компьютерных моделей. Выбор вида модели зависит от цели исследования объекта. Компьютерный эксперимент состоит из последовательности этапов: построение математической модели - выбор численного метода - разработка алгоритма - исполнение программы на компьютере, анализ решения. Рисунок 2 - Виды информационных моделей Этапы разработки моделей: ● Построение описательной информационной модели. ● Создание формализованной модели. ● Преобразование формализованной модели в компьютерную. ● Проведение компьютерного эксперимента. ● Анализ полученных результатов и корректировка исследуемой модели. Практическая часть Задание 1. Создать модели различных жизненных ситуаций: Жизненная ситуация Моделируемый объект Цель моделирования Моделируемые характеристики Модель Чтобы объяснить сестренке движение Земли вокруг своей оси, девочка принесла глобус Земной шар Объяснение Изучение Форма земли и ее движение вокруг своей оси Глобус Участвуя в конкурсе по проектированию группа ребят воссоздали рабочий проект экскаватора, который мог двигать ковшом, и победили получив грамоты Объясняя движение Земли вокруг солнца, девочка носит глобус по комнате вокруг настольной лампы Новый друг просит показать как можно найти мой дом, поэтому я нарисовал схему пути к своему дому Для улучшения качества работы надо построить информационную систему в медицинском центре, сотрудники создали базу данных, в которую добавили всех сотрудников и пациентов центра На конкурс по благоустройству центральной улицы города архитекторы сдают свои рисунки Для подготовки организма к перегрузкам в полете пилоты тренируются на центрифуге Ребятам на занятии по искусству не хватает времени нарисовать натюрморт проекта выпускной работы, по этому им нужно дома доделать набросанный эскиз Готовя к игре футбольную команду, тренер на макете футбольного поля передвигает фигурки, обозначающие игроков Задание 2. Создать различные модели одного объекта: В таблице приведены примеры разные модели одного и того же объекта – водяной мельницы. Заполните новое поле «природа объекта-модели», под этими словами понимается ответ на вопрос: что собою представляет моделирующий объект – мысленный образ, материальный предмет, рисунок, текст или что-нибудь еще. Жизненная ситуация Цель моделирования Моделируемые характеристики Модель Природа объекта-модели В магазине игрушек продается действующая модель водяной мельницы Досуг Познание Внешний вид Действие Игрушка Материальный предмет Перед постройкой водяной мельницы средневековый строитель рисует ее чертеж Изобретатель представляет, как погруженное в воду колесо начинает вращаться и вращать ось Проектирование Мысленный образ Путешественник записывает в записную книжку точное описание водяной мельницы и фотографирует ее, чтобы построить похожую у себя на даче Мастер-виртуоз по водяным мельницам по одной магнитофонной записи скрипа колеса определяет характер неисправности Диагностика Магнитофонна я запись скрипа Звуковая информация В новой книге поет пишет про себя, как про нового героя, добавляя черты характера, запутывает историю рассказа Задание 3. Создать информационные модели студентов вашей группы: Фамилия Имя Рост Вес Любимый учебный предмет Хобби Фоторобот Ответьте на вопросы к 3 заданию: что является объектом __________________________________________________________ что является атрибутом _________________________________________________________ что является связью между экземплярами объектов ________________________________ Задание 4. Разработать схему развертки тетраэдра, в удобном для вас графическом редакторе. Описать этапы разработки и создания объемной модели тетраэдра. Сдать сложенную получившуюся фигуру. Составить письменный отчет о проделанной практической работе в текстовом редакторе с титульным листом таблицами, рисунком и объемной фигурой. |