Особенность информационного моделирования. Информационная модель: описание, структура, виды, типы информационных моделей, разработка, создание, использование информационной модели

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Реферат

на тему:

" Информационно е моделировани е"

1. Моделирование как метод решения прикладных задач

С точки зрения информатики, решение любой производственной или научной задачи описывается следующей технологической цепочкой: «реальный объект - модель - алгоритм - программа - результаты - реальный объект». В этой цепочке очень важную роль играет звено «модель», как необходимый, обязательный этап решения этой задачи. Под моделью при этом понимается некоторый мысленный образ реального объекта (системы), отражающий существенные свойства объекта и заменяющий его в процессе решения задачи.

Модель - очень широкое понятие, включающее в себя множество способов представления изучаемой реальности. Различают модели материальные (натурные) и идеальные (абстрактные). Материальные модели основываются на чем-то объективном, существующем независимо от человеческого сознания (каких-либо телах или процессах). Материальные модели делят на физические (например, авто- и авиамодели) и аналоговые, основанные на процессах, аналогичных в каком-то отношении изучаемому (например, процессы в электрических цепях оказываются аналогичными многим механическим, химическим, биологическим и даже социальным процессам и могут быть использованы для их моделирования). Границу между физическими и аналоговыми моделями провести можно весьма приблизительно и такая классификация моделей носит условный характер.

Еще более сложную картину представляют идеальные модели, неразрывным образом связанные с человеческим мышлением, воображением, восприятием. Среди идеальных моделей можно выделить интуитивные модели, к которым относятся, например, произведения искусства - живопись, скульптура, литература, театр и т.д., но единого подхода к классификации остальных видов идеальных моделей нет. Иногда эти модели все разом относят к информационным. В основе такого подхода лежит расширительное толкование понятия «информация»: «информацией является почти все на свете, а может быть, даже вообще все». Такой подход является не вполне оправданным, так как он переносит информационную природу познания на суть используемых в процессе моделей - при этом любая модель является информационной. Более продуктивным представляется такой подход к классификации идеальных моделей, при котором различают следующие.

1. Вербальные (текстовые) модели. Эти модели используют последовательности предложений на формализованных диалектах естественного языка для описания той или иной области действительности (примерами такого рода моделей являются милицейский протокол, правила дорожного движения, настоящий учебник).

2. Математические модели - очень широкий класс знаковых моделей (основанных на формальных языках над конечными алфавитами), широко использующих те или иные математические методы. Например, можно рассмотреть математическую модель звезды. Эта модель будет представлять собой сложную систему уравнений, описывающих физические процессы, происходящие в недрах звезды. Математической моделью другого рода являются, например, математические соотношения, позволяющие рассчитать оптимальный (наилучший с экономической точки зрения) план работы какого-либо предприятия.

3. Информационные модели - класс знаковых моделей, описывающих информационные процессы (возникновение, передачу, преобразование и использование информации) в системах самой разнообразной природы.

Граница между вербальными, математическими и информационными моделями может быть проведена весьма условно; возможно, информационные модели следовало бы считать подклассом математических моделей. Однако, в рамках информатики как самостоятельной науки, отдельной от математики, физики, лингвистики и других наук, выделение класса информационных моделей является целесообразным. Информатика имеет самое непосредственное отношение и к математическим моделям, поскольку они являются основой применения компьютера при решении задач различной природы: математическая модель исследуемого процесса или явления на определенной стадии исследования преобразуется в компьютерную (вычислительную) модель, которая затем превращается в алгоритм и компьютерную программу, рис. 1.37.

Рис. 1.37. Обобщенная схема компьютерного математического моделирования

2. Основные понятия информационного моделирования

Остановимся на информационных моделях, отражающих процессы возникновения, передачи, преобразования и использования информации в системах различной природы. Начнем с определения простейших понятий информационного моделирования.

Экземпляром будем называть представление предмета реального мира с помощью некоторого набора его характеристик, существенных для решения данной информационной задачи (служащей контекстом построения информационной модели). Множество экземпляров, имеющих одни и те же характеристики и подчиняющиеся одним и тем же правилам, называется объектом.

Рис. 1.38. Пример абстрагирования при построении информационной модели

Таким образом, объект есть абстракция предметов реального мира, объединяемых общими характеристиками и поведением, рис. 1.38.

Информационная модель какой-либо реальной системы состоит из объектов. Каждый объект в модели должен быть обеспечен уникальным и значимым именем (а также идентификатором, служащим ключом для указания этого объекта, связи его с другими объектами модели). Таким образом обозначение, наименование объекта -это элементарная процедура, лежащая в основе информационного моделирования.

Объект представляет собой один типичный (но неопределенный) экземпляр чего-то в реальном мире и является простейшей информационной моделью. Объекты представляют некие «сущности» предметов реального мира, связанные с решаемой задачей.

Большинство объектов, с которыми приходится встречаться, относятся к одной из следующих категорий:

реальные объекты;

взаимодействия;

спецификации.

Реальный объект - это абстракция физически существующих предметов. Например, на автомобильном заводе это кузов автомобиля, двигатель, коробка передач; при перевозке грузов это контейнер, средство перевозки.

Роль - абстракция цели или назначения человека, части оборудования или учреждения (организации). Например, в университете как в учебном заведении это студент, преподаватель, декан; в университете как в учреждении это приемная комиссия, отдел кадров, бухгалтерия, деканат.

Событие - абстракция чего-то случившегося. Например, поступление заявления от абитуриента в приемную комиссию Университета, сдача (или несдача) экзамена.

Взаимодействия - объекты, получаемые из отношений между другими объектами. Например, сделка, контракт (договор) между двумя сторонами, свидетельство об образовании, выдаваемое учебным заведением его выпускнику.

Объекты-спецификации используются для представления правил, стандартов или критериев качества. Например, перечень знаний, умений и навыков выпускника математического факультета, рецепт проявления фотопленки.

Для каждого объекта должно существовать его описание - короткое информационное утверждение, позволяющее установить, является некоторый предмет экземпляром объекта или нет. Например, описание объекта «Абитуриент университета» может быть следующим: человек в возрасте до 35 лет, имеющий среднее образование, подавший в приемную комиссию документы и заявление о приеме.

Предметы реального мира имеют характеристики (такие, например, как имя, название, регистрационный номер, дата изготовления, вес и т.д.). Каждая отдельная характеристика, общая для всех возможных экземпляров объекта, называется атрибутом. Для каждого экземпляра атрибут принимает определенное значение. Так, объект Книга имеет атрибуты Автор, Название, Год издания. Число страниц.

У каждого объекта должен быть идентификатор - множество из одного или более атрибутов, значения которых определяют каждый экземпляр объекта. Для книги атрибуты Автор и Название совместно образуют идентификатор. В тоже время Год издания и Число страниц идентификаторами быть не могут - ни врозь, ни совместно, так как не определяют объект. Объект может иметь и несколько идентификаторов, каждый из которых составлен из одного или нескольких атрибутов. Один из них может быть выбран как привилегированный для соответствующей ситуации.

Объект может быть представлен вместе со своими атрибутами несколькими различными способами. Графически объект может быть изображен в виде рамки, содержащей имя объекта и имена атрибутов. Атрибуты, которые составляют привилегированный идентификатор объекта, могут быть выделены (например, символом * слева от имени атрибута):

В эквивалентном текстовом представлении это может иметь следующий вид:

Привилегированный идентификатор подчеркивается.

Еще одним способом представления объекта информационной модели является таблица. В этой интерпретации каждый экземпляр объекта является строкой в таблице, а значения атрибутов, соответствующих каждому экземпляру, - клетками строки, табл. 1.11.

Таблица 1. Таблица как представление информационной модели

Можно классифицировать атрибуты по принадлежности к одному из трех различных типов:

* описательные;

* указывающие;

* вспомогательные.

Описательныеатрибуты представляют факты, внутренне присущие каждому экземпляру объекта. Если значение описательного атрибута изменится, то это говорит о том, что некоторая характеристика экземпляра изменилась, но сам экземпляр остался прежним.

Указательные атрибуты могут использоваться как идентификаторы (или часть идентификаторов) экземпляра. Если значение указывающих атрибутов изменяется, то это говорит лишь о том, что новое имя дается тому же самому экземпляру.

Вспомогательные атрибуты используются для связи экземпляра одного объекта с экземпляром другого объекта.

Рассмотрим пример:

Автомобиль;

гос. номер

владелец.

Атрибут «цвет» является описательным, атрибуты «гос. номер» и «марка» - указательными, атрибут «владелец» - вспомогательным, служащим для связи экземпляра объекта Автомобиль с экземпляром объекта Автолюбитель. Если значение вспомогательного атрибута изменится, это говорит о том, что теперь другие экземпляры объектов связаны между собой.

3. Связи между объектами

В реальном мире между предметами существуют различные отношения. Если предметы моделируются как объекты, то отношения, которые систематически возникают между различными видами объектов, отражаются в информационных моделях как связи. Каждая связь задается в модели определенным именем. Связь в графической форме представляется как линия между связанными объектами и обозначается идентификатором связи.

Существует три вида связи: один-к-одному (рис. 1.39), один-ко-многим (рис. 1.40) и многие-ко-многим (рис. 1.41).

Связь один-к-одному существует, когда один экземпляр одного объекта связан с единственным экземпляром другого. Связь один-к-одному обозначается стрелками.

Рис. 1.1. Пример связи «один-к-одному»

Связь один-ко-многим существует, когда один экземпляр первого объекта связан с одним (или более) экземпляром второго объекта, но каждый экземпляр второго объекта связан только с одним экземпляром первого. Множественность связи изображается двойной стрелкой >>.

Рис. 1.1. Пример связи «один-ко-многим»

Связь многие-ко-многим существует, когда один экземпляр первого объекта связан с одним или большим количеством экземпляров второго и каждый экземпляр второго связан с одним или многими экземплярами первого. Этот тип связи изображается двусторонней стрелкой -

Рис. 1.3. Пример связи «многие-ко-многим»

Помимо множественности, связи могут подразделяться на безусловные и условные. В безусловной связи для участия в ней требуется каждый экземпляр объекта. В условной связи принимают участие не все экземпляры объекта. Связь может быть условной как с одной, так и с обеих сторон.

Все связи в информационной модели требуют описания, которое, как минимум, включает:

* идентификатор связи;

* формулировку сущности связи;

* вид связи (ее множественность и условность);

* способ описания связи с помощью вспомогательных атрибутов объектов.

Дальнейшее развитие представлений информационного моделирования связано с развитием понятия связи, структур, ими образуемых, и задач, которые могут быть решены на этих структурах. Нам уже известна простая последовательная структура экземпляров - очередь, см. рис. 1.34. Возможными обобщениями информационных моделей являются циклическая структура, таблица (см. табл. 1.10), стек (см. рис. 1.35).

Очень важную роль играет древовидная информационная модель, являющаяся одной из самых распространенных типов классификационных структур. Эта модель строится на основе связи, отражающей отношение части к целому: «А есть часть М» или «М управляет А». Очевидно, древовидная связь является безусловной связью типа один-ко-многим и графически изображена на рис. 1.42, в. На этом же рисунке для сравнения приведены схемы информационных моделей типа «очередь» (а) и «цикл» (б).

Рис. 1.4. Информационные модели типа «очередь» (а), «цикл» (б), «дерево» (в)

Таким образом, типы данных в программировании, обсуждавшиеся в предыдущем параграфе, тесно связаны с определенными информационными моделями данных.

Еще более общей информационной моделью является, так называемая, графовая структура, рис. 1.43. Графовые структуры являются основой решения огромного количества задач информационного моделирования.

Многие прикладные задачи информационного моделирования были поставлены и изучены достаточно давно, в 50-60-х годах, в связи с активно развивавшимися тогда исследованиями и разработками по научным основам управления в системах различной природы и в связи с попытками смоделировать с помощью компьютеров психическую деятельность человека при решении творческих интеллектуальных задач. Научное знание и модели, которые были получены в ходе решения этих задач, объединены в науке под названием «Кибернетика», в рамках которой существует раздел «Исследования по искусственному интеллекту».

Рис. 1.5. Информационная модель типа «граф»

Подобные документы

Понятие и сущность ИТ-консалтинга. Направления деятельности фирм специализирующихся в сфере информационного консалтинга. Базовые понятия бизнес-моделирования. Классификация бизнес-процессов. Особенности отчета о причинно-следственном анализе проблемы.

контрольная работа , добавлен 09.11.2012

Понятие и сущность производственной функции и изокванты. Классификация товаров на основе прямой и перекрестной эластичности. Характеристика моделей и задач оптимального управления запасами предприятия. Анализ соотношения между доверительными интервалами.

контрольная работа , добавлен 23.11.2010

Характеристика основных принципов создания математических моделей гидрологических процессов. Описание процессов дивергенции, трансформации и конвергенции. Ознакомление с базовыми компонентами гидрологической модели. Сущность имитационного моделирования.

презентация , добавлен 16.10.2014

Понятие и типы моделей. Этапы построения математической модели. Основы математического моделирования взаимосвязи экономических переменных. Определение параметров линейного однофакторного уравнения регрессии. Оптимизационные методы математики в экономике.

реферат , добавлен 11.02.2011

Основные понятия и типы моделей, их классификация и цели создания. Особенности применяемых экономико-математических методов. Общая характеристика основных этапов экономико-математического моделирования. Применение стохастических моделей в экономике.

реферат , добавлен 16.05.2012

Гомоморфизм - методологическая основа моделирования. Формы представления систем. Последовательность разработки математической модели. Модель как средство экономического анализа. Моделирование информационных систем. Понятие об имитационном моделировании.

презентация , добавлен 19.12.2013

Процесс создания и проектирования системы будущих пользователей. Управление деятельностью предприятий, планирование, информационный поиск в больших массивах информации. Основные этапы информационного моделирования Мартина. Пакет Visible Analyst Workbench.

контрольная работа , добавлен 08.12.2010

Постановка цели моделирования. Идентификация реальных объектов. Выбор вида моделей, математической схемы. Построение непрерывно-стахостической модели. Основные понятия теории массового обслуживания. Определение потока событий. Постановка алгоритмов.

курсовая работа , добавлен 20.11.2008

Методы исследования и моделирования социально-экономических систем. Этапы эконометрического моделирования и классификация эконометрических моделей. Задачи экономики и социологии труда как объект эконометрического моделирования и прогнозирования.

курсовая работа , добавлен 14.05.2015

Статические и динамические модели. Анализ имитационных систем моделирования. Система моделирования "AnyLogic". Основные виды имитационного моделирования. Непрерывные, дискретные и гибридные модели. Построение модели кредитного банка и ее анализ.

Информационная модель – модель объекта, представленная в виде информации, описывающей существенные для данного рассмотрения параметры и переменные величины объекта, связи между ними, входы и выходы объекта, и позволяющая путем подачи на модель информации об изменениях входных величин моделировать возможные состояния объекта.

Информационные модели нельзя потрогать или увидеть, она не имеют материального воплощения, потому что строятся только на информации. Информационная модель – совокупность информации, характеризующая существенные свойства и состояния объекта, процесса, явления, а также взаимосвязь с внешним миром.

Информационная модель – формальная модель ограниченного набора фактов, понятий или инструкций, предназначенная для удовлетворения конкретному требованию.

Для построения информационной модели необходимо пройти ряд стадий, представленных на схеме 3. Процесс, проводимый от «объекта познания» жл «формальной конструкции», носит название «формализация», а обратный процесс – «интерпретация» - чаще всего используется в познании мира и обучении.

В основе информационного моделирования лежат три постулата:

все состоит из элементов;

элементы имеют свойства;

элементы связаны между собой отношениями.

Объект, к которому применимы эти постулаты, может быть представлен информационной моделью.

Стадии построения информационной модели.

Ф Объект познания И

О Познающие субъекты Н

Р Личностное представление Т

М Сформировавшаяся мысль Е

А «Живое» слово Р

Л Записанное слово П

И Научный текст Р

З Формальные конструкции Е

Классификации информационных моделей:

-по способу описания:

С помощью формальных языков (язык математики, таблицы, языки программирования, расширение естественного языка человека и т.д.);

Графические (блок-схемы, диаграммы, графики и т.д.).

-по цели создания:

Классификационное (древовидные, генеалогическое дерево, дерево каталогов в компьютере);

Динамические (как правило, строятся на основе решения дифференциальных уравнений и служат для решения задач управления и прогнозирования).

- по природе моделируемого объекта:

Детерминированные (определенные), для которых известны законы, по которым изменяется или развивается объект;

Вероятностные (обработка статистической неопределенности и некоторых видов нечеткой информации).

Историческое происхождение и методологическое значение понятий модели и аналогии.

Слово «модель» произошло от латинского слова «modulus», означает «мера», «образец». Его первоначальное значение было связано со строительным искусством, и почти во всех европейских языках оно употреблялось для обозначения образа или прообраза, или вещи, сходной в каком-то отношении с другой вещью.

Моделирование в научных исследованиях стало применяться еще в глубокой древности и постепенно захватывало все новые области научных знаний: техническое конструирование, строительство и архитектуру, астрономию, физику, химию, биологию и, наконец, общественные науки. Большие успехи и признание практически во всех отраслях современной науки принес методу моделирования ХХ век. Однако методология моделирования долгое время развивалась отдельными науками независимо друг от друга. Отсутствовала единая система понятий, единая терминология. Лишь постепенно стала осознаваться роль моделирования как универсального метода научного познания.

Термин «модель» широко используется в различных сферах человеческой деятельности и имеет множество смысловых значений. В этом разделе мы будем рассматривать только такие модели, которые являются инструментами получения знаний.

Таким образом,модель – упрощенное представление о реальном объекте, процессе или явлении. Модель – это такой материальный или мысленно представляемый объект, который в процессе исследования замещает объект-оригинал так, что его непосредственное изучение дает новые знания об объекте-оригинале.

Под моделированием понимается процесс построения, изучения и применения моделей. Оно тесно связано с такими категориями, как абстракция, аналогия, гипотеза и др. Процесс моделирования обязательно включает и построение абстракций, и умозаключения по аналогии, и конструирование научных гипотез.Моделирование – построение моделей для исследования и изучения объектов, процессов, явлений.

Модели объектов должны отражать нечто реально существующее. Поэтому часто под моделями объектов понимают абстрактное обобщение реально существующих объектов. Например, моделями объектов могут быть копии архитектурных сооружений, Солнечной системы, структура парламентской власти в стране и т.д. Модель может описывать явления живой и неживой природы, причем не одно, а целый класс явлений с общими свойствами. В моделях объектов или явлений отражаются свойства оригинала – его характеристики, параметры.

Можно также создавать модели процессов, т.е. моделировать действия над материальными объектами: ход, последовательную смену состояний, стадий развития одного объекта или их системы. Примеры тому общеизвестны: это модели экономических или экологических процессов, развития Вселенной или общества и т. п.

Методологическая основа моделирования .

В основе теории моделирования лежит системный подход. Системный подход заключается в том, что исследователь пытается изучать поведение системы в целом, а не концентрировать свое внимание на отдельных ее частях. Такой подход основывается на признании того, что если даже каждый элемент или подсистема имеет оптимальные конструктивные или функциональные характеристики, то результирующее поведение системы в целом может оказаться лишь субоптимальным вследствие взаимодействия между ее отдельными частями.

Возрастающая сложность организационных систем и потребность преодолеть эту сложность привели к тому, что системный подход становится все более и более необходимым методом исследования.

Определенная совокупность элементов рассматриваемой системы может представляться как ее подсистема. Считается, что к подсистемам относят некоторые самостоятельно функционирующие части системы. Поэтому для упрощения процедуры исследования первоначально необходимо грамотно выделить подсистемы сложной системы, то есть – определить ее структуру. Структура системы – это устойчивая во времени совокупность взаимосвязей между ее компонентами (подсистемами). И при системном подходе важным этапом является определение структуры изучаемой, описываемой системы.

Система – целое, составленное из частей. Система – множество элементов находящихся в отношениях и связях друг с другом и образующих определенное целостность и единство.

Компьютерная модель.

Компьютерная модель – модель, реализованная средствами программной среды.

Имея дело с компьютером как с инструментом, нужно помнить, что он работает с информацией. Поэтому следует исходить из того, какую информацию и в каком виде может воспринимать и обрабатывать компьютер. Современный компьютер способен работать со звуком, видеоизображением, анимацией, текстом, схемами, таблицами и т.д. Но для использования всего многообразия информации необходимо как техническое (Hardware), так и программное (Software) обеспечение. И то и другое – инструменты компьютерного моделирования. Сейчас имеется широкий круг программ, позволяющих создавать различные виды компьютерных знаковых моделей: текстовые процессоры, редакторы формул, электронные таблицы, системы управления в базах данных, профессиональные системы проектирования, а также различные среды программирования.

Современные ЭВМ представляют широкие возможности для моделирования различных явлений и процессов. В учебном процессе ЭВМ не должна просто заменять классную доску, плакат, кино- и диапроектор, натуральный эксперимент. Такая замена целесообразна только тогда, когда использование ЭВМ даст весомый дополнительный эффект по сравнению с использованием других средств обучения.

компьютерное моделирование (КМ) является перспективным методом активизации учебного процесса. Оно приобретает все большее и большее значение в современном научном познании, и, кроме того, в настоящее время становится популярным дидактическим средством. Рассмотрим это направление подробнее.

Предметом КМ является изучение процессов и явлений с помощью компьютера, который при этом выступает в роли экспериментальной установки. При использовании КМ для решения задач выделяются этапы постановки задачи, разработки модели, компьютерного (вычислительного) эксперимента, анализа результатов моделирования. Если результаты моделирования не соответствуют цели, то возникает необходимость возвращения на предыдущие этапы.

Математические модели.

Математическое моделирование позволяет при помощи математических символов и зависимостей составить описание происходящего процесса.

Математическая модель - это совокупность математических объектов и соотношений между ними, адекватно отображающая свойства и поведение исследуемого объекта. Модель считается адекватной, если отражает исследуемые свойства с приемлемой точностью. Точность оценивается степенью совпадения предсказанных в процессе вычислительного эксперимента на модели значений выходных параметров с истинными их значениями.

Математическая модель охватывает класс неопределяемых (абстрактных, символических) математических объектов таких, как числа или векторы, и отношения между этими объектами.

Математическое отношение – это гипотетическое правило, связывающее два или более символических объекта. Многие отношения могут быть описаны при помощи математических операций, связывающих один или несколько объектов с другим объектом или множеством объектов (результатом операции).

Математическая модель будет воспроизводить подходящим образом выбранные стороны физической ситуации, если можно установить правило соответствия, связывающее специфические физические объекты и отношения с определенными математическими объектами и отношениями. Поучительным и/или интересным может также быть и построение математических моделей, для которых в физическом мире аналогов не существует. Наиболее общеизвестными математическими моделями являются системы целых и действительных чисел и евклидова геометрия; определяющие свойства этих моделей представляют собой более или менее непосредственные абстракции физических процессов (счет, упорядочение, сравнение, измерение).

Объекты и операции более общих математических моделей часто ассоциируются с множествами действительных чисел, которые могут быть соотнесены с результатами физических измерений.

В качестве математических объектов выступают числа, переменные, множества, векторы, матрицы и т.п.

Классификация математических моделей на основе особенностей применяемого математического аппарата .

Информационная модель - модель объекта, представленная в виде информации, описывающей существенные для данного рассмотрения параметры и переменные величины объекта, связи между ними, входы и выходы объекта и позволяющая путём подачи на модель информации об изменениях входных величин моделировать возможные состояния объекта. Информационные модели нельзя потрогать или увидеть, они не имеют материального воплощения, потому что строятся только на информации. Информационная модель - совокупность информации, характеризующая существенные свойства и состояния объекта, процесса, явления, а также взаимосвязь с внешним миром.

Информационные модели делятся на описательные и формальные .

Описательные информационные модели - это модели, созданные на естественном языке (т.е. на любом языке общения между людьми: английском, русском, китайском, мальтийском и т.п.) в устной или письменной форме.

Формальные информационные модели - это модели, созданные на формальном языке (т.е. научном, профессиональном или специализированном). Примеры формальных моделей: все виды формул, таблицы, графы, карты, схемы и т.д

В основе информационного моделирования лежат три основных постулата:

1. Все состоит из элементов;

2. Элементы имеют свойства;

3. Элементы связаны между собой отношениями.

Объект, к которому применимы эти постулаты, может быть представлен информационной моделью.

Различные подходы к классификации информационных моделей.

Может основываться на разных принципах. Если классифицировать их по доминирующей в процессе моделирования технологии, то можно выделить математические модели, графические модели, имитационные модели, табличные модели, статистические модели и пр. Если же положить в основу классификации предметную область, то можно выделить модели физических систем и процессов, модели экологических (биологических) систем и процессов, модели процессов оптимального экономического планирования, модели учебной деятельности, модели знаний и др. Вопросы классификации важны для науки, т.к. они позволяют сформировать системный взгляд на проблему, но преувеличивать их значение не следует. Разные подходы к классификации моделей могут быть в равной мере полезны. Кроме того, конкретную модель отнюдь не всегда можно отнести к одному классу, даже если ограничиться приведенным выше списком.

Классификация информационных моделей

По способу описания:

· с помощью формальных языков (язык математики, таблицы, языки программирования, расширение естественного языка человека и т. д.),

· графическое (блок-схемы, диаграммы, графики и т. д.);

по цели создания:

· классификационные (древовидные, генеалогическое дерево, развитие природы по Дарвину, дерево каталогов в компьютере),

· динамические (как правило, строятся на основе решения дифференциальных уравнений и служат для решения задач управления и прогнозирования);

по природе моделируемого объекта:

· детерминированные (определенные), при которых известны законы, по которым изменяется или развивается объект,

· вероятностные (обработка статистической неопределенности и некоторых видов нечеткой информации).

Примеры информационных моделей : паспорт личности; личное дело работника; описание спортивной дисциплины или игры; структура государства и власти; экономическая модель развития общества; структурное построение языка и т. д.

Классификационные модели.

Классификационные модели являются основополагающими, исходными формами знаний. В науке познание начинается с соотнесения познаваемого объекта с другими, выявления сходствами различия между ними. Поэтому протокол наблюдений на классификационном уровне эксперимента содержит результаты измерения ряда признаков. Признак характеризует конкретное свойство объекта.

Модели, с помощью которых осуществляется прогнозирование класса объекта, будем называть классификационными.

Примеры классификационных моделей - модели на основе деревьев решений, а также байесовский метод. При помощи классификационной модели решаются следующие задачи:

Принадлежит ли новый клиент к одному из набора существующих классов;

Подходит ли пациенту определенный курс лечения;

Выявление групп ненадежных клиентов;

Определение групп клиентов, которым следует рассылать каталог с новой продукцией.

Деревья решений и простые байесовы модели - два самых популярных типа классификационных моделей.

Динамические модели. Модель динамики популяции.

Динамические модели

В отличие от статических, независимых от времени, моделей динамические модели описывают экономические или управленческие процессы или системы в движении, то есть, в зависимости от временных периодов, что были или будут. Динамические модели позволяют прогнозировать развития процесса на будущие, чтобы уже сейчас иметь представление о его результатах и соответствующим образом реагировать на определенные следствие этого развития.

Динамическое моделирование – многошаговый процесс, каждый шаг соответствует поведению экономической системы у определенный временный период. Каждый поточный шаг получает результаты предыдущего шага, за определенными правилами определяет текущий результат и формирует данные для следующего шага.

Таким образом, динамическая модель в ускоренном режиме позволяет исследовать развития сложной экономической системы, скажем, предприятия, на протяжении определенного периода планирования в условиях изменения ресурсного обеспечения (сырья, кадров, финансов, техники), и получение результаты представить у соответствующему плане развития предприятия на заданный период.

Динамические системы, в отличие от статических, помнят свое прошлое состояние, то есть обладают памятью. Поэтому в записи модели динамических систем присутствует производная, связывающая прошлое состояние системы с настоящим. Чем большей памятью обладает система, тем больше состояний из прошлого влияют на настоящее, тем большая степень старшей производной используется в записи модели.

Задача 1. На входе и выходе черного ящика (рис. 2.1) имеются зависимости параметров X и Y от времени t . Задача состоит в том, чтобы адекватно определить черный ящик.

Графики зависимостей X (t ) и Y (t ) могут быть самыми разными, например, такими, как показано на рис. 2.2.

Поскольку моделирование систем подразумевает численные расчеты на компьютере, то аналоговый сигнал переводят в дискретный вид.

Любая динамическая система характеризуется рядом параметров. Обычно (чаще всего) параметрами называют коэффициенты при производных (первой, второй и т. д.) в записи модели. Чем большая степень старшей производной присутствует в записи модели, тем больший порядок динамической системы, тем глубже ее память, и тем больше коэффициентов (параметров) надо определить, чтобы идентифицировать систему.

Как определить параметры динамической системы? Сначала нужно оценить порядок динамической системы: он совпадает со степенью наибольшей из производных Y по отношению к t .

Модель динамики популяции.

Будем считать, что учет численности популяии производится в дискретные моменты времени(один раз в год для зайцев или один раз в день для бактерий – непринципиально). Пусть N n – численность популяции в n-й момент времени, n =1,2 …

Для построения модели требуется учесть основные факторы, влияющие на изменение численности. Таковыми являются рождаемость и смертность. Предполагается, что за время, прошедшее между соседними моментами наблюдений n и n + 1, появилось на свет N n и умерло N n осыбей. Данное предположение кажется достаточно естественным: количество родившихся, как и количество умерших осыбей должно быть пропорционально общему числу N n осыбей в популяуии. Соответствующие пропорции задаются параметрами - коэффициент рождаемости, – коэффициент смертности. Отметим, что 0<= , <=1.

В результате учета этих факторов получаем уровнение:

N n+1 = N n + N n + N n = N n (1),

То есть линейную модель динамики популяции. Эта модель в действительности зависит только от одного параметра - коэффициент естественного прироста, >=0.

ГБОУ СПО ПТ № 13 имени П.А.Овчинникова, преподаватель информатики Макеева Е.С.

Тема «Информационное моделирование»

1. Информационной моделью части земной поверхности является:

А) описание дерева;

Б) глобус (Земли);

В) рисунок дома;

Г) картина местности;

Д) схема метро.

2. Модель отражает:

А) все существующие признаки объекта;

Б) некоторые из всех существующих;

В) существенные признаки в соответствии с целью моделирования;

Г) некоторые существенные признаки объекта;

Д) все существенные признаки

3. При создании игрушечного корабля для ребенка трех лет существенным является:

А) внешний вид;

Б) размер;

В) точность;

Д) материал

4. В информационной модели жилого дома, представленной в виде чертежа (общий вид), отражается его:

А) структура;

В) стоимость;

Г) надежность;

Д) плотность

5. В информационной модели облака, представленной в виде черно-белого рисунка, отражаются его:

Г) плотность;

Д) размер

6. В информационной модели военного корабля, представленной в виде детской игрушки, отражается его:

А) структура;

В) плотность;

Д) размер

7. В информационной модели компьютера, представленной в виде схемы, отражает его:

Г) структура;

Д) размер

8. В информационной модели автомобиля, представленной в виде такого описания: «по дороге, как ветер, промчался лимузин» отражает его:

Г) размер;

Д) скорость

9. Модель человека в виде детской куклы создана с целью:

А) изучения;

Д) продажи

10. Птолемей построил модель мира с целью:

В) развлечения;

Г) описания;

Д) продажи

11. Признание признака объекта существенным при построении его информационной модели зависит от:

А) числа признаков;

Б) цели моделирования;

В) размера объекта;

Г) стоимости объекта

12. Удобнее всего использовать при описании траектории движения объекта (физического тела) информационную модель следующего вида:

А) структурную;

Б) табличную;

В) текстовую;

Г) математическую;

Д) графическую

13. При описании внешнего вида объекта удобнее всего использовать информационную модель следующего вида:

А) структурную;

Б) математическую;

В) текстовую;

Г) табличную;

Д) графическую

14. При описании отношений между элементами системы удобнее всего использовать информационную модель следующего вида:

А) текстовую;

Б) математическую;

В) структурную;

Г) табличную;

Д) графическую

15. Вид информационной модели зависит от:

А) числа признаков;

Б) цели моделирования;

В) размера объекта;

Г) стоимости объекта;

Д) внешнего вида объекта

16. Перечень стран мира – это информационная модель:

А) исторического развития человеческого общества;

Б) устройства планеты «Земля»;

В) экономического устройства мира;

Г) национального состава человечества;

Д) политического устройства мира

17. Сколько моделей можно создать при описании Луны:

В) множество;

Д) более 10

18) Сколько моделей можно создать при изучении Земли:

А) более 9;

Б) множество;

19. Сколько моделей можно создать при описании Солнечной системы:

А) множество;

Д) более 12

20. Понятие модели имеет смысл при наличии (выберите полный правильный ответ):

А) моделирующего субъекта и моделируемого объекта;

Б) цели моделирования и моделируемого объекта;

В) моделирующего субъекта, цели моделирования и моделируемого объекта;

Г) цели моделирования и двух различных объектов;

21. К числу математических моделей относится:

А) милицейский протокол;

Б) правила дорожного движения;

В) формула вычисления корней квадратного уравнения;

Г) кулинарный рецепт;

Д) инструкция по сборке мебели

22. К числу документов, представляющих собой информационную модель управления государством, можно отнести:

А) Конституцию РФ;

Б) географическую карту России;

В) Российский словарь политических терминов;

Г) схему Кремля;

Д) список депутатов государственной Думы.

23. К информационным моделям, описывающим организацию учебного процесса в школе, можно отнести:

А) классный журнал;

Б) расписание уроков;

В) список учащихся школы;

Г) перечень школьных учебников;

Д) перечень наглядных учебных пособий

24. Рисунки, карты, чертежи, диаграммы, схемы, графики представляют собой модели следующего вида:

А) табличные информационные;

Б) математические модели;

В) натуральные;

Г) графические информационные;

Д) иерархические информационные

25. Описание глобальной компьютерной сети Интернет в виде системы взаимосвязанных понтий следует рассматривать как модель следующего вида:

А) натурную;

Б) табличную;

В) графическую;

Г) математическую;

Д) сетевую

26. Файловая система персонального компьютера наиболее адекватно может быть описана в виде модели следующего вида:

А) табличной;

Б) графической;

В) иерархической;

Г) натурной;

Д) математической

27. В биологии классификация представителей животного мира представляет собой модель следующего вида:

А) иерархическую;

Б) табличную;

В) графическую;

Г) математическую;

Д) натурную

28. Расписание движения поездов может рассматриваться как пример модели следующего вида:

А) натурной;

Б) табличной;

В) графической;

Г) компьютерной;

Д) математической

29. Географическую карту следует рассматривать скорее всего как модель следующего вида:

А) математическую;

Б) вербальную;

В) табличную;

Г) графическую;

Д) натурную

30. К числу самых первых графических информационных моделей следует отнести:

А) наскальные росписи;

Б) карты поверхности Земли;

В) книги с иллюстрациями;

Г) строительные чертежи;

Д) церковные иконы

31. Следующая последовательность действий человека:

1) построение модели исходных данных;

2) построение модели результата;

3) разработка алгоритма;

4) разработка программы;

5) отладка программы;

6) исполнение программы;

7) анализ и интерпретация результатов – это:

А) алгоритм решения задачи;

Б) список команд исполнителю;

В) план анализа существующих задач;

Г) этапы решения задачи с помощью компьютера;

Д) план построения математической модели

32. В качестве примера модели поведения можно назвать:

А) список учащихся школы;

Б) план классных комнат;

В) правила техники безопасности в компьютерном классе;

Г) план эвакуации при пожаре;

Д) чертежи школьного здания.

33. В процессе построения модели объекта, как правило, предполагает описание:

А) всех свойств исследуемого объекта;

Б) наиболее существенных с точки зрения цели моделирования свойств объекта;

В) свойств безотносительно к целям моделирования;

Г) всех возможных пространственно-временных характеристик;

Д) трех существенных признаков объекта.

34. Игрушечная машинка – это:

А) вещественная модель;

Б) математическая формула;

В) табличная модель;

Г) текстовая модель;

Д) графическая модель

35. Информационной моделью объекта НЕЛЬЗЯ считать описание объекта-оригинала:

А) с помощью математических формул;

Б) не отражающее признаков объекта-оригинала;

В) в виде двумерной таблицы;

Г) на естественном языке;

Д) на формальном языке

36. Математическая модель объекта – это описание объекта-оригинала в виде:

А) текста;

В) таблицы;

Г) формул;

Д) рисунка

37. Табличная информационная модель представляет собой описание моделируемого объекта в виде:

А) графиков, чертежей, рисунков;

Б) схем и диаграмм;

В) совокупности значений, размещаемых в таблице;

Г) системы математических формул;

Д) последовательности предложений на естественном языке.

38. Утверждение ЛОЖНО:

А) «Нет строгих правил построения модели»;

Б) «Модель никогда не может заменить само явление»;

В) «Объект может служить моделью другого объекта, если он отражает его существенные признаки»;

Г) «Модель содержит столько же информации, сколько и моделируемый объект»;

Д) «При решении конкретной задачи модель может оказаться полезным инструментом»

39. Компьютерная имитационная модель ядерного взрыва НЕ позволяет:

А) обеспечить безопасность исследователей;

Б) провести натурное исследование процессов;

В) уменьшить стоимостей исследований;

Г) получить данные о влиянии взрыва на здоровье человека;

40. С помощью имитационного моделирования НЕЛЬЗЯ изучать:

А) демографические процессы, протекающие в социальных системах;

Б) тепловые процессы, протекающие в технических системах;

В) инфляционные процессы в промышленно-экономических системах;

Г) траектории движения планет и космических кораблей;

Д) процессы психологического взаимодействия людей

41. Основой моделирования является:

А) коммуникативный процесс;

Б) передача информации;

В) процесс формализации;

Г) хранение информации;

Д) взаимодействие людей

42. Суть основного тезиса формализации состоит в принципиальной возможности:

Б) передачи информации от одного объекта к другому;

Д) разделения объекта и его обозначении

43. Идея моделирования следует из основного тезиса формализации, то есть отражает возможность:

А) представления информации на материальном носителе;

Б) разделения объекта и его имени;

В) обработки информации человеком;

Г) хранения информации в памяти компьютера;

Д) передачи информации посредством сигнала

Ключи к тесту по теме «Информационное моделирование»

Номер задания

Вариант ответа

Номер задания

Вариант ответа

Номер задания

Вариант ответа

Номер задания

Вариант ответа

С точки зрения информатики, решение любой производственной или научной задачи описывается следующей технологической цепочкой: «реальный объект -модель - алгоритм - программа - результаты - реальный объект». В этой цепочке очень важную роль играет звено «модель», как необходимый, обязательный этап решения этой задачи. Под моделью при этом понимается некоторый мысленный образ реального объекта (системы), отражающий существенные свойства объекта и заменяющий его в процессе решения задачи.

Модель - очень широкое понятие, включающее в себя множество способов представления изучаемой реальности. Различают модели материальные (натурные) и идеальные (абстрактные). Материальные модели основываются на чем-то объективном, существующем независимо от человеческого сознания (каких-либо телах или процессах). Материальные модели делят на физические (например авто- и авиамодели) и аналоговые, основанные на процессах, аналогичных в каком-то отношении изучаемому (например, процессы в электрических цепях оказываются аналогичными многим механическим, химическим, биологическим и даже социальным процессам и могут быть использованы для их моделирования). Границу между физическими и аналоговыми моделями провести можно весьма приблизительно и такая классификация моделей носит условный характер.

1. Вербальные (текстовые) модели. Эти модели используют последовательности предложений на формализованных диалектах естественного языка для описания той или иной области действительности (примерами такого рода моделей являются милицейский протокол, правила дорожного движения, настоящий учебник).

2. Математические модели - очень широкий класс знаковых моделей (основанных на формальных языках над конечными алфавитами), широко использующих те или иные математические методы. Например, можно рассмотреть математическую модель звезды. Эта модель будет представлять собой сложную систему уравнений, описывающих физические процессы, происходящие в недрах звезды. Математической моделью другого рода являются, например, математические соотношения, позволяющие рассчитать оптимальный (наилучший с экономической точки зрения) план работы какого-либо предприятия.

3. Информационные модели - класс знаковых моделей, описывающих информационные процессы (возникновение, передачу, преобразование и использование информации) в системах самой разнообразной природы.

Рис. 5.1. Обобщенная схема компьютерного математического моделирования