Моделирование

Муниципальное бюджетное общеобразовательное учреждение

Средняя общеобразовательная школа № 109.

 

 

 

 

 

 

 

 

РЕФЕРАТ

по предмету: «Информатика»

Тема: «Моделирование»

 

 

 

 

 

 

 

Выполнил: Шульгин Анатолий 8 «Б» класс

Проверила: Сироткина Елена Анатольевна

 

Челябинск, 2014год

План:

1. Основы классификации объектов.
2. Виды моделирования.
3. Основные этапы моделирования.

1. Постановка задачи.
2. Разработка модели.
3. Компьютерный эксперимент.
4. Анализ результатов моделирования.

4. Конструирование - разновидность моделирования.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

-2-

1. Основы классификации объектов.

 

     Человек обобщает и упорядочивает все окружающие его объекты в группы. Объекты одной группы. Объекты одной группы обладают общими характеристиками, отличающими их от других объектов. Объекты группы, имеющие какой-то общий признак, можно объединить одним именем, то есть рассматривать как самостоятельный объект.

      Например, объекты «вилка», «ложка», «нож» можно назвать «столовые принадлежности». То есть на эти объекты можно одинаково воздействовать для получения определенного результата (так как у них существуют общие свойства). Обычно группа объектов существует в одной среде и называется классом, а сами объекты называются экземплярами класса.

      Важно помнить, что объекты одного класса с общим названием каких-то параметров, отличаются друг от друга конкретными значениями этих параметров. Эти различия позволяют выделить внутри классов более узкие группы – подклассы. Например, в группе насекомые (пчела, комар, муравей) под названием «пчела» существуют матки, трутни, рабочие пчёлы.

Такое распределение на классы и подклассы по общим признакам называется классификацией.

 

Классификация – распределение объектов на классы и подклассы на основании общих признаков.

 

Результат классификации отображается в виде иерархической схемы.

 

 

 

 

 

 

 

 

-

 

-3-

      Пунктирными линиями на схеме выделены уровни иерархии. Самый верхний уровень (корень дерева) задаёт основные признаки, позволяющие отличить субъекты одного класса от других. Каждый следующий нижестоящий уровень выделяет из вышестоящего группы объектов на основании совпадения одного или нескольких признаков. На нижнем уровне располагаются конкретные экземпляры выделенных подклассов.

      В виде такой схемы часто изображают родословную. Её принято называть генеалогическим древом.

     Один и тот же объект (группу объектов) с общими признаками можно классифицировать по-разному. В основе таких классификаций будет группировка объектов по одному или нескольким намеренно выбранным признакам, у которых значения совпадают. Такие признаки являются основанием классификации.

 

       Рассмотри пример классификация объекта «книга».

 

       На первом уровне выбран наиболее общий признак: «вымысел», книга по этому признаку может быть художественной или технической.

        На втором уровне по признаку «форма подачи информации» художественную делят на поэзию и прозу, а техническую – на словари и справочники.

        Третий уровень – это «стиль изложения» (романы, повести, рассказы – подклассы класса проза).

        На четвертом уровне выделяются подклассы по признаку «жанр».

        На последнем уровне находятся конкретные экземпляры книг.

 

        Так как классификация – это творческий процесс, можно выбирать на каждом уровне свои признаки.

 

 

 

 

 

 

-4-

2. Моделирование и его виды

    Объект, который получается в результате моделирования, называется моделью. Должно быть понятно, что это совсем не обязательно реальный объект. Это может быть математическая формула, графическое представление и т.п. Однако он вполне может заменить оригинал при его изучении и описании поведения.

     Хотя модель и может быть точной копией оригинала, но чаще всего в моделях воссоздаются какие-нибудь важные для данного исследования элементы, а остальными пренебрегают. Это упрощает модель. Но с другой стороны, создать модель – точную копию оригинала – бывает абсолютно нереальной задачей. Например, если моделируется поведение объекта в условиях космоса. Можно сказать, что модель – это определенный способ описания реального мира.

Моделирование проходит три этапа:

1.Создание модели.

     2. Изучение модели.

     3. Анализ результата моделирования и/или формулирование теоретических выводов.

    Видов моделирования огромное количество. Вот некоторые примеры типов моделей:

Математические модели. Это знаковые модели, описывающие определенные числовые соотношения.

Графические модели. Визуальное представление объектов, которые настолько сложны, что их описание иными способами не дает человеку ясного понимания. Здесь наглядность модели выходит на первый план.

Имитационные модели. Позволяют наблюдать изменение поведения элементов системы-модели, проводить эксперименты, изменяя некоторые параметры модели.

    Над созданием модели могут работать специалисты из разных областей, т.к. в моделировании достаточно велика роль межпредметных связей.

-5-

3. Основные этапы моделирования.

    Совершенствование вычислительной техники и широкое распространение персональных компьютеров открыло перед моделированием огромные перспективы для исследования процессов и явлений окружающего мира, включая сюда и человеческое общество.

     Компьютерное моделирование – это в определенной степени, то же самое, описанное выше моделирование, но реализуемое с помощью компьютерной техники.

     Для компьютерного моделирования важно наличие определенного программного обеспечения.

     При этом программное обеспечение, средствами которого может осуществляться компьютерное моделирование, может быть как достаточно универсальным (например, обычные текстовые и графические процессоры), так и весьма специализированными, предназначенными лишь для определенного вида моделирования.

     Очень часто компьютеры используются для математического моделирования. Здесь их роль неоценима в выполнении численных операций, в то время как анализ задачи обычно ложится на плечи человека.

    Обычно в компьютерном моделировании различные виды моделирования дополняют друг друга. Так, если математическая формула очень сложна, что не дает явного представления об описываемых ею процессах, то на помощь приходят графические и имитационные модели. Компьютерная визуализация может быть намного дешевле реального создания натуральных моделей.

      С появлением мощных компьютеров распространилось графическое моделирование на основе инженерных систем для создания чертежей, схем, графиков.

     Если система сложна, а требуется проследить за каждым ее элементом, то на помощь могут придти компьютерные имитационные модели. На компьютере можно воспроизвести последовательность временных событий, а потом обработать большой объем информации.

-6-

      Однако следует четко понимать, что компьютер является хорошим инструментом для создания и исследования моделей, но он их не придумывает. Абстрактный анализ окружающего мира с целью воссоздания его в модели выполняет человек.

    Моделирование — творческий процесс. Заключить его в формальные рамки очень трудно. В наиболее общем виде его можно представить поэтапно. При решении конкретной задачи эта схема может подвергаться некоторым изменениям: какой-то блок будет убран или усовершенствован, какой-то — добавлен. Содержание этапов определяется поставленной задачей и целями моделирования.

Рассмотрим основные этапы моделирования подробнее.

 Постановка  задачи.

     Под задачей понимается некая проблема, которую надо решить. На этапе постановки задачи необходимо:

- описать задачу,

- определить цели моделирования,

-  анализ  результата  моделирования.

   Описание задачи.

     Задача формулируется на обычном языке, и описание должно быть понятным. Главное здесь — определить объект моделирования и понять, что должен представлять собой результат.

    Цели моделирования.

    Познание окружающего мира.

 Зачем человек создает  модели? Чтобы ответить на этот  вопрос, надо заглянуть в далекое  прошлое. Несколько миллионов лет  назад, на заре человечества, первобытные  люди изучали окружающую природу, чтобы научиться противостоять  природным стихиям, пользоваться  природными благами, просто выживать. Накопленные знания передавались  из поколения в поколение устно, позже письменно, наконец с помощью предметных моделей. Так родилась, к примеру, модель земного шара — глобус, — позволяющая получить наглядное представление о форме нашей планеты, ее вращении вокруг собственной оси и расположении материков. Такие модели позволяют понять, как устроен.

-7-

конкретный объект, узнать его основные свойства, установить законы его развития и взаимодействия с окружающим миром моделей.

     Создание объектов с заданными свойствами (задача типа «Как сделать, чтобы...»).

    Накопив достаточно знаний, человек задал себе вопрос: «Нельзя ли создать объект с заданными свойствами и возможностями, чтобы противодействовать стихиям или ставить себе на службу природные явления?» Человек стал строить модели еще не существующих объектов. Так родились идеи создания ветряных мельниц, различных механизмов, даже обыкновенного зонтика. Многие из этих моделей стали в настоящее время реальностью. Это объекты, созданные руками человека.

     Эффективность управления объектом (или процессом).

    Поскольку критерии управления бывают весьма противоречивыми, то эффективным оно окажется только при условии, если будут «и волки сыты, и овцы целы». Например, нужно наладить питание в школьной столовой. С одной стороны, оно должно отвечать возрастным требованиям (калорийное, содержащее витамины и минеральные соли), с другой — нравиться большинству ребят и к тому же быть «по карману» родителям, а с третьей — технология приготовления должна соответствовать возможностям школьных столовых. Как совместить несовместимое? Построение модели поможет найти приемлемое решение.

    Анализ объекта.

     На этом этапе четко выделяют моделируемый объект, его основные свойства, его элементы и связи между ними. Простой пример подчиненных связей объектов — разбор предложения. Сначала выделяются главные члены (подлежащее, сказуемое), затем второстепенные члены, относящиеся к главным, затем слова, относящиеся к второстепенным, и т. д.

Этап 1. Разработка модели.

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.

-8-

Пример 3.

Представьте себе, что нужно отгадать загадку. Вам предлагают перечень свойств реального предмета: круглое, зеленое, глянцевое, прохладное, полосатое, звонкое, зрелое, ароматное, сладкое, сочное, тяжелое, крупное, с сухим хвостиком...

    Список можно продолжать, но вы, наверное, уже догадались, что речь идет об арбузе.

     Информация о нем дана самая разнообразная; и цвет, и запах, и вкус, и даже звук. Очевидно, ее гораздо больше, чем требуется для решения этой задачи. Попробуйте выбрать из всех перечисленных признаков и свойств минимум, позволяющий безошибочно определить объект.

     В русском фольклоре давно найдено решение: «Сам алый, сахарный, кафтан зеленый, бархатный».

     Если бы информация предназначалась художнику для написания натюрморта, можно было ограничиться следующими свойствами объекта: круглый, большой, зеленый, полосатый. Чтобы вызвать аппетит у сладкоежки, выбрали бы другие свойства: зрелый, сочный, ароматный, сладкий. Для человека, выбирающего арбуз на бахче, можно было бы предложить следующую модель: крупный, звонкий, с сухим хвостиком.

     Этот пример показывает, что информации не обязательно должно быть много. Важно, чтобы она была «по существу вопроса», т. е. соответствовала цели, для которой используется.

     Например, в школе учащиеся знакомятся с информационной моделью кровообращения. Предлагаемой в учебнике анатомии 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, цель которой — изучение предметов и явлений.

      Уроки истории дают возможность построить модель развития общества, а знание этой модели позволяет строить собственную жизнь, либо повторяя ошибки предков, либо учитывая их.