Які приклади інформаційних моделей можна привести для освітніх установ? Як педагоги можуть використовувати їх у своїй роботі? Спробуємо разом знайти відповіді на поставлені питання.

Що таке модель

Що таке знакові інформаційні моделі? Приклади їх використовують в своїй роботі всі вчителі, які володіють сучасними інформаційними технологіями. У загальному вигляді модель - це різні способи подання аналізованої реальності.

різновиди

Можна навести приклади інформаційних моделей матеріального і ідеального образу.

Натурні варіанти базуються на об'єктивному прикладі, вони існують незалежно від людини, його свідомості. В даний час їх підрозділяють на фізичні і аналогові варіанти, які ґрунтуються на явищах, пов'язаних з досліджуваним предметом.

Ідеальні моделі пов'язані з мисленням людини, його сприйняттям, уявою. Серед них можна відзначити інтуїтивні, які не підходять ні під один варіант класифікації.

Наводячи приклади подібної інформаційної моделі, можна згадати одну з таких моделей. Розглянемо докладніше їх класифікацію.

Текстові ідеальні моделі

Вербальні моделі застосовують викладачі гуманітарного циклу. Вони допомагають описувати послідовними пропозиціями певну область, явище, об'єкт, подія. Як буде виглядати така інформаційна модель уроку? Приклад візьмемо з курсу літератури. При вивченні роману Л. М. Толстого «Війна і мир», вчитель описує образ Наташі Ростової. Для цього він користується саме текстової моделлю. Хлопці, слухаючи педагога, створюють на основі його сприйняття образу цієї героїні, свій образ героїні Толстого.

Якщо вчитель історії просить своїх вихованців: «Наведіть приклади подібної інформаційної моделі подій, що сталися під час Куликовської битви, грунтуючись на переглянутих фрагментах», хлопці створюють свій образ того бою. Вони передають його у вигляді пов'язаних в розповідь пропозицій.

Можна навести приклади інформаційних моделей вербального виду і з курсу фізики. При вивченні теми «Тиск твердих тіл» в сьомому класі, вчитель розповідає дітям, як складно пересуватися по пухкому снігу без лиж. Потім школярам пропонується пояснити причину подібного явища, виявити параметри, від яких залежить вивчається фізична величина. Образ, який виникає в свідомість хлопців після розповіді педагога, допомагає їм відповісти на поставлене запитання.

Як приклади подібної моделі можна відзначити підручник, правила дорожнього руху.

математичні моделі

Вони вважаються широким класом знакових моделей. Грунтуються математичні моделі на використанні співвідношень, порівнянь, інших методах, що застосовуються в даній науці. Наводячи приклади інформаційних моделей, заснованих на математичних методах, можна згадати рішення квадратних рівнянь, складання пропорцій. Всі розділи геометрії, які передбачають висновок і доказ теорем, також пов'язані з побудовою математичної моделі. Не обходиться без них і такий шкільний предмет як економіка.

Інформаційні моделі

Вони вважаються класом знакових моделей, які описують будь-які інформаційні процеси: поява, передачу, зміна, застосування інформації в різних системах. Приклади табличних інформаційних моделей в школі можна знайти в курсі географії 10 класу. При вивченні економічної географії табличная модель допомагає наочно бачити основні характеристики країни, використовувати матеріал для складання повного розповіді.

Крім того приклади табличних інформаційних моделей можна знайти в будь-якому шкільному курсі. У хімії це таблиця розчинності з'єднань, а також періодична система Менделєєва. У фізиці без таблиць вчителю складно пояснити основні терміни, що вивчаються в темі «Електрика». В історії з їх допомогою здійснюється систематизація знань, хлопці вписують в один стовпчик важливі історичні дати, а в іншому - описують події, які їм відповідають.

взаємозв'язок моделей

Між інформаційними, математичними, вербальними моделями існує умовна межа. Всі 3 приклади інформаційних моделей зустрічаються в шкільних дисциплінах. Так, для математики, фізики, інформатики, найбільш затребуваними вважають математичні та інформаційні варіанти. Але без вербальної моделі хлопці не зможуть пояснити явища, алгоритми, рівняння і нерівності.

особливості моделювання

Перш ніж розглядати приклади графічних інформаційних моделей, з'ясуємо особливості моделювання. Модель являє собою об'єкт, створений штучно. Це необхідно для спрощення уявлення про справжній об'єкті або явищі. Модель в повній мірі відображає всі особливості самого вихідного процесу. Якщо дано завдання: «Наведіть приклад інформаційної моделі», необхідно розуміти суть процесу.

Йдеться про побудову моделі, яка призначена для вивчення інформаційних явищ, процесів. В інформатиці як такого предмета можна розглядати програмування. Використовуючи певний математичний мову програмування, можна уявити текстовий матеріал в графічному вигляді.

Моделювання передбачає побудову тієї моделі, яка призначена для дослідження і вивчення вихідного об'єкта, явища, процесу. Створена копія лише наділена тими якостями і властивостями, які характерні для вихідного предмета, але допускає деякі відхилення від ідеалу.

діяльнісний підхід

Повноцінні моделі можна отримувати при використанні системного підходу. Це особливо актуально в рамках освітніх установ. Перетворення, які торкнулися шкіл в останні роки, дозволили встановити логічний зв'язок між окремими дисциплінами.

Такий діяльнісний варіант навчання сприяє формуванню гармонійно розвиненої особистості, яка усвідомлює єдність живого світу, взаємозв'язок окремих процесів і явищ.

Якщо вчителі просять: «Наведіть приклад інформаційної моделі», він сміливо може вибирати будь-який навчальний предмет. Немає такої дисципліни, в якій би не застосовувалися таблиці, графіки, діаграми, презентації.

Особливості сучасної школи

Нові стандарти, які були введені в російські школи, припускають розгляд одного явища з різних точок зору. Наприклад, з курсу фізики діти дізнаються про те, що електрони необхідні для протікання в металах електричного струму. Вони отримують інформацію про заряд цієї негативної частки, визначенні їх кількості у різних металів. На уроках хімії школярам розповідають про ймовірність розміщення електронів на енергетичних рівнях.

При вивченні теми «Редокс» у школярів з'являється інформація про те, що відбувається з цими негативними частками при хімічній взаємодії. Незважаючи на те що інформація надається з різних позицій, мова йде про один об'єкт - електронах. Подібний системний підхід дозволяє формувати в свідомості школярів повне уявлення про будову речовини, його перетвореннях.

У наведеному прикладі досліджуваний об'єкт розглядається як повна система, складова частина єдиного цілого (речовини). Залежно від навчальної дисципліни використовують певні характеристики, доповнення. У разі системного підходу на перше місце виходять не причина пояснення існування об'єкта, а необхідність включення з нього інших складових частин.

Особливе значення формування універсальних моделей набуває при експериментальної діяльності. Використовуючи персональний комп'ютер, можна провести обчислення параметрів, які будуть пов'язані з аналізованих об'єктом.

Таке моделювання важливо для наукового пізнання природних явищ. У шкільному курсі інформатики такі дії називають обчислювальним експериментом, який базується на трьох важливих поняттях: моделі, алгоритмі, програмі.

Використання в рамках школи персонального комп'ютера можливо за трьома основними варіантами:

• проведення за допомогою ПК прямих розрахунків;
• створення бази даних, перетворення її в програму або певний алгоритм;
• підтримання між комп'ютером і школярем інтерфейсу.

ознаки моделей

Серед найпоширеніших ознак, за якими можна провести класифікацію всіх моделей, виділимо: мета застосування, сферу знань, часовий чинник, варіант подання.

Залежно від того, яка мета поставлена ​​перед моделлю, виділяють досвідчені, навчальні, ігрові, імітаційні, науково-технічні варіанти моделей. Так, наприклад, на початковому ступені шкільної освіти, найбільш застосовними і значущими ігрові технології, що дозволяють хлопцям відчути себе в ролі вчителя, лікаря, поліцейського. Ігрові моделі у дітей семи-восьми років добре сформовані, оскільки в дошкільних освітніх установах вони застосовуються в якості обов'язкового елемента при формуванні особистісних якостей дитини.

різновиди моделей

Залежно від галузі знань, для яких складається модель, в даний час виділяють економічні, біологічні, соціологічні, хімічні види. Наприклад, для природничого циклу важливо сформувати таку модель, яка б дозволяла пояснювати явища, що відбуваються в живій і неживій природі. У соціології акцент роблять на процеси, що відбуваються в соціумі.

З тимчасового фактору виділяють статичні і динамічні варіанти моделей. Статичний варіант характеризує параметри і будова об'єкта, дозволяє описувати вбрання явище (об'єкт) в конкретний проміжок часу, допомагає отримувати про нього достовірну і своєчасну інформацію.

У будь-якої моделі існує конкретна форма, вид, варіант подання, опис. У школі передбачається розгляд більшою мірою матеріальних і нематеріальних моделей, в залежності від специфіки навчальної дисципліни.

Матеріальні моделі припускають реальне втілення, вони в повній мірі повторюють внутрішнє або зовнішнє будова самого об'єкта. Наприклад, в географії як такої зменшеної моделі виступає макет земної кулі (глобус), на якому нанесені всі моря і океани, материки і острови. Дані моделі безпосереднім чином пов'язані з дослідницьким підходом до навчання сучасних школярів. Вони необхідні при викладанні хімії, фізики, біології, астрономії, географії.

Нематеріальне моделювання передбачає використання теоретичного методу пізнання.

висновок

Будь-яка інформаційна модель являє собою сукупність інформації про явище, об'єкт, процес. З її допомогою можна охарактеризувати будь-який процес, що відбувається в живій і неживій природі. Різноманітні графіки, карти, таблиці, діаграми, які активно застосовуються педагогами на всіх щаблях навчання, дають свій позитивний результат.

Інтуїтивне (уявне) моделювання сприяє створенню першого враження про процес, що відбувається в хімії або біології. Завдяки сукупності всіх варіантів інформаційних моделей, у підростаючого покоління нашої країни формується адекватна оцінка єдності живого і неживого світу. Випускники шкіл можуть самостійно вибудовувати будь-які моделі, використовувати їх для вивчення, аналізу, оцінки подій і явищ.

Як бути, якщо потрібно показати пристрій космічного корабля або молекули? Як бути, якщо потрібно побачити ще не побудований або давно зруйнований архітектурний ансамбль? Як бути, якщо потрібно випробувати роботу атомної електростанції в аварійному режимі? У цих та багатьох інших випадках люди використовують моделі.

Всі ви багато раз бачили матеріальні (інакше звані фізичними) моделі - об'єкти, що копіюють деякі характеристики іншого об'єкта. Однак модель може бути і інформаційної. В цьому випадку ми не створюємо спрощене подобу реального об'єкта, а описуємо цей об'єкт тим чи іншим способом. Наприклад, якщо описати цікавлять нас властивості у вигляді математичних формул, вийде математична модель. Вирішуючи завдання на уроці фізики, ви працюєте з інформ аціонного моделлю явища; користуючись картою на уроці географії або в поході, ви працюєте з інформаційною моделлю ділянки земної поверхні; розповідаючи знайомим, як пройти до вас додому - знову-таки, працюєте з інформаційною моделлю (створюєте її). Взагалі всі наші знання про реальний світ - це безліч інформаційних моделей.

Отже, модель - це деякий спрощений замінник реального об'єкта або системи. Модель відтворює тільки необхідні в конкретній ситуації характеристики оригіналу.

При складанні інформаційної моделі потрібно не тільки вибрати ознаки об'єкта, які в неї будуть включені, а й вирішити як буде організована інформація в пам'яті комп'ютера. Адже щоб даними можна було скористатися, вони не повинні бути "звалені в купу", їх необхідно якимось чином впорядкувати.

Відомі три основні структури31, що визначають організацію даних і зв'язків між німі.Одна з них зручна при описі систем об'єктів, в яких можна виділити "головні" і "підлеглі". Її називають деревом32. На верхньому рівні такої структури знаходиться один об'єкт (його називають коренем). На наступному (другому) рівні - кілька об'єктів, що входять в об'єкт першого рівня або підкоряються йому. Кожному з об'єктів другого рівня підкоряється декілька об'єктів третього рівня і т.д. Об'єкти самого нижнього рівня називають листям. (Виходить, дерево росте ... вниз!) За допомогою такої структури можна, наприклад, описати армійський підрозділ: корінь - рота; на другому рівні - взводу цієї роти; третій рівень - відділення, що входять до відповідного взвод, нарешті, "листям" будуть окремі бійці. Маючи організовану таким чином інформацію можна легко дізнатися не тільки відомості про конкретний військовослужбовця, а й про взвод і роті, в якій він служить; і навпаки, можна отримати інформацію не тільки про взвод, а й про кожного з бійців цього взводу.

Однак, далеко не завжди існує така однозначна підпорядкованість. Наприклад, якщо спробувати організувати в структуру дані про вчителів і класах, в яких вони викладають, вона виявиться складніше: кожен учитель працює з декількома класами, а й в кожному класі - кілька вчителів. Виходить вже не співвідношення "один до багатьох", а "багато до багатьох". Така структура з перехресними зв'язками одержала назву мережу.

На практиці (при використанні комп'ютера) найчастіше використовується третій різновид організації даних. Вона називається реляціонной33. Таке "страшне" назва - у добре всім відомого способу представлення інформації - у вигляді самих звичайних прямокутних таблиць, пов'язаних один з одним. Правда, не будь-яких. Є деякі обмеження:

Кожен рядок таблиці (її називають записом) описує один об'єкт.

Всі об'єкти в таблиці - однотипні (наприклад, одна таблиця буде описувати тільки підрозділу фірми, інша - тільки співробітників, третя - виконувані работи34). Таблиця містить тільки інформацію, безпосередньо пов'язану з її об'єктами.

Всі ознаки об'єктів (їх називають атрибутами) виділені в окремі стовпці - поля записів. Заголовки стовпців - імена полів.

У таблиці обов'язково повинен бути стовпець (або група стовпців), значення в якому будуть унікальними - неповторяющимися, його називають первинним ключем.

Інформаційні структури, що містять взаємозалежні дані про реальні об'єкти і зберігаються в зовнішній пам'яті комп'ютера, називаються базами даних (БД). Природно, бази даних також можуть бути ієрархічними, мережними і реляційними. Реляційна база даних складається з одного або декількох файлів, кожен з яких відповідає одній табліце35.

Файл (від англ. File - папка для паперів, швидкозшивач) - набір даних (програма, текст, малюнок, звук і т. Д.), Що зберігається в зовнішній пам'яті як одне ціле і позначається ім'ям. На пристроях зовнішньої пам'яті сучасних комп'ютерів можуть зберігатися тисячі файлів. Щоб було зручніше працювати, їх організовують в ієрархічну структуру - дерево каталогів. "Корінь" дерева - кореневої каталог36 - відповідає диску в цілому. У кореневому каталозі розміщується кілька каталогів, кожен з каталогів, в свою чергу, може містити ще кілька каталогів. У каталогах знаходяться файли. Хоча, в більшості випадків, не має значення, в який каталог поміщати файл, для зручності намагаються зберігати разом файли одного призначення.

Сама по собі база даних - це сховище інформації. Нам же необхідно мати можливість використовувати це сховище: поміщати туди, змінювати і, найголовніше, знаходити потрібні відомості. Для цього служать спеціальні програми - системи управління базами даних (СКБД). Існує безліч їх різновидів: від спрощених, що дозволяють створювати "електронні картотеки", до дуже складних, на основі яких будуються системи автоматизації великих організацій, коли десятки і навіть сотні людей одночасно працюють з величезними обсягами самих різних даних.

Отже, СУБД - це програмне забезпечення для створення і редагування баз даних, перегляду і пошуку інформації в них. Розглянемо ці операції трохи докладніше. Перш за все, можна створити нову базу даних. При цьому, в першу чергу, нам необхідно вибрати характеристики об'єктів, які будуть в неї включені. Назви цих характеристик стануть іменами полів. Потім слід визначити тип кожного поля.

Ви пам'ятаєте, що вся інформація в комп'ютері представляється за допомогою двійкових кодів. Один і той же набір нулів і одиниць може відповідати і числу, і символу, і фрагменту малюнка. Наприклад, якщо в пам'яті ЕОМ зберігається код "01011010", це може бути число "90", буква "Z", елемент зображення або ще що-небудь. Але обробляти щось ці дані потрібно по-різному! Ось тут і приходить на допомогу тип даних. Він визначає:

подання до пам'яті (в тому числі, скільки байт пам'яті дані будуть займати);

можливі значення і

допустимі дії над ними.

Ось тепер прийшов час запустити СУБД і сформувати задуману структуру (вказавши імена всіх полів, їх типи, а при необхідності - і інші їх характеристики). Далі по черзі заносимо відомості про кожен об'єкт - ця робота хоч і не надто складна, але довга і вимагає уваги. Нарешті, розробляємо "макети виведення" (що визначають, як інформація буде представлена ​​на екрані і при друці) - і база даних готова. Природно, і потім, в процесі роботи, ми зможемо додавати нові записи, а також видаляти і редагувати старі.

Що ж можна робити з готовою БД? Зазвичай, система управління базами даних дозволяє:

виводити інформацію на дисплей і принтер;

знаходити дані певних об'єктів за різними ознаками (в тому числі, за умовами: =,<, >, <>, <=, >=);

сортувати - розставляти в порядку зростання або зменшення будь-якого атрибуту і т. д.

При роботі з БД особлива роль належить пристроїв зовнішньої пам'яті. Від їх ємності, швидкості і надійності безпосередньо залежать характеристики всієї системи. Сучасні пристрої зовнішньої пам'яті використовують магнітний або оптичний принципи запису. У першому випадку кожному біту даних відповідає так чи інакше намагнічений ділянку поверхні диска з покриттям, подібним покриттю магнітофонних стрічок; у другому - ділянку диска, що відображає або розсіює світло.

Накопичувачі на гнучких магнітних дисках (дискетах, флоппі-дисках) використовують диск з плівки з магнітним покриттям, укладений у пластмасовий корпус. Зараз використовуються, в основному, дискети діаметром 3,5 дюйма (89 мм) і ємністю 1,44 Мбайт. Гнучкі диски порівняно дешеві, дозволяють переносити інформацію з одного комп'ютера на інший, але працюють дуже повільно і, до того ж, досить ненадійні.

Основним пристроєм зовнішньої пам'яті сучасного персонального комп'ютера є накопичувач на жорстких дисках (його ще називають "вінчестером"). У ньому використовується один або декілька дисків на алюмінієвій основі, закріплених на осі приводу і поміщених в закрититий корпус.Неразборная конструкція, відсутність пилу і безпосереднього контакту головок з поверхнею диска дозволяють отримати дуже високу надійність і, швидкодію пристрою, а також істотно підвищити щільність запису інформації . Зараз ємність жорстких дисків досягає десятків гігабайт і постійно зростає.

Магнітний принцип запису використовується і в деяких інших різновидах пристроїв пам'яті (Jazz, Zip і ін.).

Серед пристроїв, що використовують оптичну запис, найбільш відомий накопичувач на лазерних дисках (CD-ROM37). Надзвичайно висока надійність, велика ємність (в даний час - 650 (700) Мбайт), низька вартість - безперечні його переваги. Недоліками ж є досить низька швидкодія і, головне, неможливість перезапісі38. Тому на лазерних дисках зберігають інформацію, яка не повинна змінюватися: словники, довідники, різні архіви.

Поступово впроваджується новий вид оптичних дисків - DVD39. На носії розміром зі звичайний компакт-диск стало можливим записати від 4,7 до 17 Гбайт інформації.

Примітки

Structura (лат.) - будова, розташування.

Інша назва - ієрархічна структура (грец. Hierarchia - священновластіе).

Relatio (лат.) - ставлення, доповідь.

У реляційної структурі таблиці пов'язані один з одним, тому в даному прикладі можна легко визначити, скажімо, особливості роботи, що виконується конкретним співробітником фірми.

В БД можуть входити ще допоміжні файли, що містять інформацію для прискорення деяких операцій.

Каталоги називають ще "папками", а іноді, на англійський манер, "директоріями" (Directory - адресна книга)

Compact Disk - Read OnlyMemory (англ.) - компакт-диск-постійна пам'ять (дослівно - "тільки для читання")

Зараз існують і компакт-диски з можливістю перезапису (CD-RW), проте число циклів перезапису у них у багато разів менше, ніж у магнітних. Крім того, процес перезапису - повільний.

Digital Versatile Disk (англ.) - універсальний цифровий диск.

Тема 2. Класифікація моделей

Вимоги до моделі

Основні вимоги до моделі:

• наочність побудови;
• видимість основних властивостей і відносин;
• доступність її для дослідження або відтворення;
• простота дослідження, відтворення;
• збереження інформації, що містилися в оригіналі (з точністю розглянутих при побудові моделі гіпотез) і отримання нової інформації.

проблема моделювання   складається з трьох завдань:

• побудова моделі (це завдання менш формализуема і конструктивна, в тому сенсі, що немає алгоритму для побудови моделей);
• дослідження моделі (це завдання більш формализуема, є методи дослідження різних класів моделей);
• використання моделі (конструктивна і конкретізіруемая завдання).

Властивості моделі:

• кінцівку: модель відображає оригінал лише в кінцевому числі його відносин і, крім того, ресурси моделювання кінцеві;
• спрощеність: модель відображає тільки істотні сторони об'єкта;
• приблизність: дійсність відображається моделлю грубо або приблизно;
• адекватність: модель успішно описує моделируемую систему;
• інформативність: модель повинна містити достатню інформацію про систему - в рамках гіпотез, прийнятих при побудові моделі.

1. Матеріальні (натурні) і абстрактні (ідеальні) моделі

Модель   - дуже широке поняття, яке включає в себе безліч способів подання досліджуваної реальності. Розрізняють моделі матеріальні ( натурні ) І ідеальні ( абстрактні). Матеріальні моделі ґрунтуються на чомусь об'єктивному, існуючому незалежно від людської свідомості (будь-яких тілах або процесах). Матеріальні моделі ділять на фізичні (наприклад авто- і авіамоделі) і аналогові, засновані на процесах, аналогічних в якомусь відношенні досліджуваному (наприклад, процеси в електричних ланцюгах виявляються аналогічними багатьом механічним, хімічним, біологічним і навіть соціальним процесам і можуть бути використані для їх моделювання). Кордон між фізичними і аналоговими моделями провести можна дуже приблизно і така класифікація моделей носить умовний характер.

Серед ідеальних моделей можна виділити інтуїтивні моделі, до яких відносяться, наприклад, твори мистецтва - живопис, скульптура, література, театр і т.д., але єдиного підходу до класифікації інших видів ідеальних моделей немає. Іноді ці моделі все разом відносять до інформаційних. В основі такого підходу лежить розширювальне тлумачення поняття «інформація»: «інформацією є майже все на світі, а може бути, навіть взагалі все». Такий підхід є не цілком виправданим, так як він переносить інформаційну природу пізнання на суть використовуваних в процесі моделей - при цьому будь-яка модель є інформаційною. Більш продуктивним видається такий підхід до класифікації ідеальних моделей, при якому розрізняють наступні.

1. Вербальні   (Текстові) моделі. Ці моделі використовують послідовності пропозицій на формалізованих діалектах природної мови для опису тієї чи іншої області дійсності (прикладами такого роду моделей є міліцейський протокол, правила дорожнього руху, справжній підручник).

2. Математичні моделі - дуже широкий клас знакових моделей (заснованих на формальних мовах над кінцевими алфавітами), широко використовують ті чи інші математичні методи. Наприклад, можна розглянути математичну модель зірки. Ця модель буде являти собою складну систему рівнянь, що описують фізичні процеси, що відбуваються в надрах зірки. Математичною моделлю іншого роду є, наприклад, математичні співвідношення, що дозволяють розрахувати оптимальний (найкращий з економічної точки зору) план роботи будь-якого підприємства.

3. Інформаційні   моделі - клас знакових моделей, що описують інформаційні процеси (виникнення, передачу, перетворення і використання інформації) в системах найрізноманітнішої природи.

Кордон між вербальними, математичними та інформаційними моделями може бути проведена досить умовно; можливо, інформаційні моделі варто було б вважати подклассом математичних моделей. Однак, в рамках інформатики як самостійної науки, окремої від математики, фізики, лінгвістики та інших наук, виділення класу інформаційних моделей є доцільним. Інформатика має саме безпосереднє відношення і до математичних моделей, оскільки вони є основою застосування комп'ютера при вирішенні завдань різної природи: математична модель досліджуваного процесу або явища на певній стадії дослідження перетворюється в комп'ютерну (обчислювальну) модель, яка потім перетворюється в алгоритм і комп'ютерну програму, рис . 2.1.

Мал. 2.1.   Узагальнена схема комп'ютерного математичного моделювання

2. Види моделювання в природничих і технічних науках

Стосовно до природничих і технічних наук прийнято розрізняти такі види моделювання:

• концептуальне моделювання, При якому сукупність вже відомих фактів або подань щодо досліджуваного об'єкта або системи тлумачиться за допомогою деяких спеціальних знаків, символів, операцій над ними або за допомогою природного або штучного мов;
• фізичне моделювання, При якому модель і модельований об'єкт є реальні об'єкти або процеси єдиної або різної фізичної природи, причому між процесами в об'єкті-оригіналі і в моделі виконуються деякі співвідношення подібності, що випливають з схожості фізичних явищ;
• структурно-функціональне моделювання, При якому моделями є схеми (блок-схеми), графіки, креслення, діаграми, таблиці, малюнки, доповнені спеціальними правилами їх об'єднання і перетворення;
• математичне (логіко-математичне) моделювання, При якому моделювання, включаючи побудову моделі, здійснюється засобами математики і логіки;
• імітаційне (програмне) моделювання, При якому логіко-математична модель досліджуваного об'єкта є алгоритм функціонування об'єкта, реалізований у вигляді програмного комплексу для комп'ютера.

Зрозуміло, перераховані вище види моделювання не є взаємовиключними і можуть застосовуватися при дослідженні складних об'єктів або одночасно, або в деякій комбінації. Крім того, в деякому сенсі концептуальне і, скажімо, структурно-функціональне моделювання невиразні між собою, так як ті ж блок-схеми, звичайно ж, є спеціальними знаками до встановлених операціями над ними.

Модель дозволяє навчитися правильно працювати з об'єктом, перевіряючи різні варіанти управління на його моделі. Експериментувати в цих цілях з реальним об'єктом в кращому випадку буває незручно, а часто просто шкідливо або взагалі неможливо в силу ряду причин (великий тривалості експерименту в часі, ризику привести об'єкт в небажане і необоротний стан і т. П.)

Модель   - це матеріальний чи подумки представлений об'єкт, що заміщає в процесі вивчення об'єкт-оригінал, який зберіг значущі для даного дослідження типові його риси. Процес побудови моделі називається моделюванням.

Іншими словами, моделювання   - це процес вивчення будови і властивостей оригіналу за допомогою моделі. Наведемо одну з можливих класифікацій моделей.

розрізняють матеріальне   і ідеальне моделювання. Матеріальне моделювання, в свою чергу, ділиться на фізичне   і аналогове   моделювання.

фізичним   прийнято називати моделювання, при якому реальному об'єкту протиставляється його збільшена або зменшена копія, яка припускає дослідження (як правило, в лабораторних умовах) за допомогою подальшого перенесення властивостей досліджуваних процесів і явищ з моделі на об'єкт на основі теорії подібності. Прикладами моделей такого роду служать: в астрономії - планетарій, в архітектурі - макети будівель, в літакобудуванні - моделі літальних апаратів і т. П.

аналогове моделювання засноване на аналогії процесів і явищ, що мають різну фізичну природу, але однаково описуваних формально (одними і тими ж математичними рівняннями).

Від предметного моделювання принципово відрізняється ідеальне моделювання, Яке грунтується не на матеріальній аналогії об'єкта і моделі, а на аналогії ідеальної, мислимої. Основним типом ідеального моделювання є знакове моделювання.

знаковим   називається моделювання, що використовує в якості моделей знакові перетворення будь-якого виду: схеми, графіки, креслення, формули, набори символів.

Найважливішим видом знакового моделювання є математичне моделювання, При якому дослідження об'єкта здійснюється за допомогою моделі, сформульованої на мові математики. Класичним прикладом математичного моделювання є опис і дослідження законів механіки Ньютона засобами математики.

приклад
  Подивіться на наступний запис і спробуйте визначити, що ховається за цими знаками:

a 1 x 1 + b 1 x 2 = c 1
  a 2 x 1 + b 2 x 2 = c 2

Відповіді, отримані від людей, що мають різні спеціальності, будуть сильно відрізнятися. Ось деякі з можливих варіантів.

математик: "Це система двох лінійних алгебраїчних рівнянь з двома невідомими, але що саме вона виражає, сказати не можу".

Інженер електрик: "Це рівняння електричної напруги або струмів з активними напруженнями".

Інженер-механік: "Це рівняння рівноваги сил для системи важелів або пружин".

Інженер-будівельник: "Це рівняння, що зв'язують сили деформації в якійсь будівельній конструкції".

Який же з відповідей правильний? Не дивуйтеся, але кожен з них в певному сенсі вірний. Все залежить від того, що ховається за постійними коефіцієнтами a, b, c і символами невідомих x 1 і x 2.

Для побудови моделей використовують два принципи: дедуктивний   (Від загального до конкретного) і індуктивний   (Від часткового до загального). При першому підході розглядається окремий випадок загальновідомою фундаментальної моделі, яка пристосовується до умов модельованого об'єкта з урахуванням конкретних обставин. Другий спосіб передбачає висунення гіпотез, декомпозицію складного об'єкта, аналіз, а потім синтез. Тут широко використовується подібність, пошук аналогій, умовивід з метою формування будь-яких закономірностей у вигляді припущень про поведінку системи.

Технологія моделювання вимагає від дослідника вміння коректно формулювати проблеми і завдання, прогнозувати результати, проводити в розумних межах оцінки, виділяти головні і другорядні чинники для побудови моделей, знаходити аналогії і висловлювати їх на мові математики.

У сучасному світі все ширше застосовується процес комп'ютерного моделювання, що припускає використання обчислювальної техніки для проведення експериментів з моделлю.

Основні структури в інформаційному моделюванні, об'єкти і їх зв'язку, приклади інформаційних моделей

Розглянемо інформаційні моделі, що відображають процеси виникнення, передачі, перетворення і використання інформації в системах різної природи. Почнемо з визначення найпростіших понять інформаційного моделювання.

екземпляром   будемо називати уявлення предмета реального світу за допомогою деякого набору його характеристик, істотних для вирішення даної інформаційної завдання (що служить контекстом побудови інформаційної моделі). Безліч екземплярів, що мають одні і ті ж характеристики і підкоряються одним і тим же правилам, називається об'єктом.

Мал. 1.38.   Приклад абстрагування при побудові інформаційної моделі

Таким чином, об'єкт є абстракція предметів реального світу, що об'єднуються загальними характеристиками і поведінкою, рис. 1.38.

Інформаційна модель будь-якої реальної системи складається з об'єктів. Кожен об'єкт в моделі повинен бути забезпечений унікальним і значущим ім'ям   (А також ідентифікатором, службовцям ключем для вказівки цього об'єкта, зв'язку його з іншими об'єктами моделі). Таким чином позначення, найменування об'єкта це елементарна процедура, що лежить в основі інформаційного моделювання.

Об'єкт являє собою один типовий (але невизначений) екземпляр чогось в реальному світі і є найпростішою інформаційною моделлю. Об'єкти представляють якісь «сутності» предметів реального світу, пов'язані з розв'язуваної завданням.

Більшість об'єктів, з якими доводиться зустрічатися, відносяться до однієї з наступних категорій:

· Реальні об'єкти;

· Події;

· Взаємодії;

· Специфікації.

Реальний об'єкт -   це абстракція фізично існуючих предметів. Наприклад, на автомобільному заводі це кузов автомобіля, двигун, коробка передач; при перевезенні вантажів це контейнер, засіб перевезення.

роль - абстракція мети або призначення людини, частини апаратури та установи (організації). Наприклад, в університеті як в навчальному закладі це студент, викладач, декан; в університеті як в установі це приймальна комісія, відділ кадрів, бухгалтерія, деканат.

подія   - абстракція чогось того, що сталося. Наприклад, надходження заяви від абітурієнта до приймальної комісії Університету, здача (або нездача) іспиту.

взаємодії   - об'єкти, одержувані з відносин між іншими об'єктами. Наприклад, угода, контракт (договір) між двома сторонами, свідоцтво про освіту, що видається навчальним закладом його випускникові.

Об'єкти-специфікації   використовуються для подання правил, стандартів або критеріїв якості. Наприклад, перелік знань, умінь і навичок випускника математичного факультету, рецепт прояви фотоплівки.

Для кожного об'єкта повинно існувати його опис   - коротке інформаційне твердження, що дозволяє встановити, є деякий предмет екземпляром об'єкта чи ні. Наприклад, опис об'єкта «Абітурієнт університету» може бути наступним: людина у віці до 35 років, який має середню освіту, який подав до приймальної комісії документи і заяву про прийом.

Предмети реального світу мають характеристики   (Такі, наприклад, як ім'я, назва, реєстраційний номер, дата виготовлення, вага і т.д.). Кожна окрема характеристика, загальна для всіх можливих екземплярів об'єкта, називається атрибутом. Для кожного екземпляра атрибут приймає певне значення. Так, об'єкт книга   має атрибути Автор,Назва, Рік видання. Число сторінок.

У кожного об'єкта повинен бути ідентифікатор   - безліч з одного або більше атрибутів, значення яких визначають кожен екземпляр об'єкта. Для книги атрибути Автор і Назва спільно утворюють ідентифікатор. У той же час Рік видання і Число сторінок ідентифікаторами бути не можуть - ні нарізно, ні спільно, так як не визначають об'єкт. Об'єкт може мати і кілька ідентифікаторів, кожен з яких складається з одного або декількох атрибутів. Один з них може бути обраний як привілейований для відповідної ситуації.

Об'єкт може бути представлений разом зі своїми атрибутами декількома різними способами. Графічно об'єкт може бути зображений у вигляді рамки, що містить ім'я об'єкта і імена атрибутів. Атрибути, які становлять привілейований ідентифікатор об'єкта, можуть бути виділені (наприклад, символом * зліва від імені атрибута):

У еквівалентному текстовому поданні це може мати такий вигляд:

Привілейований ідентифікатор підкреслюється.

Ще одним способом представлення об'єкту інформаційної моделі є таблиця. У цій інтерпретації кожен екземпляр об'єкта є рядком в таблиці, а значення атрибутів, що відповідають кожному примірнику, - клітинами рядки, табл. 1.11.

інформаційна модель- модель об'єкта, представлена ​​у вигляді інформації, яка описує суттєві для даного розгляду параметри і змінні величини об'єкта, зв'язку між ними, входи і виходи об'єкта, і дозволяє шляхом подачі на модель інформації про зміни вхідних величин моделювати можливі стану об'єкта.

Інформаційні моделі не можна помацати або побачити, вона не мають матеріального втілення, тому що будуються тільки на інформації. Інформаційна модель - сукупність інформації, що характеризує суттєві властивості і стану об'єкта, процесу, явища, а також взаємозв'язок із зовнішнім світом.

Інформаційна модель - формальна модель обмеженого набору фактів, понять або інструкцій, призначена для задоволення конкретній вимозі.

Для побудови інформаційної моделі необхідно пройти ряд стадій, представлених на схемі 3. Процес, що проводиться від «об'єкта пізнання» ЖЛ «формальної конструкції», носить назву «формалізація», а зворотний процес - «інтерпретація» - найчастіше використовується в пізнанні світу та навчанні .

В основі інформаційного моделювання лежать три постулати:

все складається з елементів;

елементи мають властивості;

елементи пов'язані між собою відносинами.

Об'єкт, до якого можна застосувати ці постулати, може бути представлений інформаційною моделлю.

Стадії побудови інформаційної моделі.

Ф Об'єкт пізнання І

Про пізнає суб'єкта Н

Р Особистісний уявлення Т

М Сформована думка Е

А «Живе» слово Р

Л Записане слово П

І Науковий текст Р

З Формальні конструкції Е

Класифікації інформаційних моделей:

-по способу опису:

За допомогою формальних мов (мова математики, таблиці, мови програмування, розширення природної мови людини і т.д.);

Графічні (блок-схеми, діаграми, графіки і т.д.).

-по мети створення:

Класифікаційне (деревовидні, генеалогічне дерево, дерево каталогів в комп'ютері);

Динамічні (як правило, будуються на основі рішення диференціальних рівнянь і служать для вирішення завдань управління і прогнозування).

- за природою об'єкта, що моделюється:

Детерміновані (визначені), для яких відомі закони, за якими змінюється або розвивається об'єкт;

Імовірнісні (обробка статистичної невизначеності і деяких видів нечіткої інформації).

Історичне походження і методологічне значення понять моделі та аналогії.

Слово «модель» походить від латинського слова «modulus», означає «міра», «зразок». Його первинне значення було пов'язане з будівельним мистецтвом, і майже у всіх європейських мовах воно вживалося для позначення способу або прообразу, або речі, подібною в якомусь відношенні з іншою річчю.

Моделювання в наукових дослідженнях стало застосовуватися ще в глибоку давнину і поступово захоплювало все нові області наукових знань: технічне конструювання, будівництво і архітектуру, астрономію, фізику, хімію, біологію і, нарешті, суспільні науки. Великих успіхів і визнання практично у всіх галузях сучасної науки приніс методу моделювання ХХ століття. Проте методологія моделювання довгий час розвивалася окремими науками незалежно один від одного. Була відсутня єдина система понять, єдина термінологія. Лише поступово стала усвідомлюватись роль моделювання як універсального методу наукового пізнання.

Термін «модель» широко використовується в різних сферах людської діяльності і має безліч смислових значень. У цьому розділі ми будемо розглядати тільки такі моделі, які є інструментами отримання знань.

Таким чином, модель- спрощене уявлення про реальний об'єкт, процес або явище. Модель - це такий матеріальний чи подумки представлений об'єкт, який у процесі дослідження заміщає об'єкт-оригінал так, що його безпосереднє вивчення дає нові знання про об'єкт-оригіналі.

під моделюваннямрозуміється процес побудови, вивчення і застосування моделей. Воно тісно пов'язане з такими категоріями, як абстракція, аналогія, гіпотеза та ін. Процес моделювання обов'язково включає і побудова абстракцій, і умовиводи за аналогією, і конструювання наукових гіпотез. моделювання- побудова моделей для дослідження та вивчення об'єктів, процесів, явищ.

Моделі об'єктів повинні відображати щось реально існуюче. Тому часто під моделями об'єктів розуміють абстрактне узагальнення реально існуючих об'єктів. Наприклад, моделями об'єктів можуть бути копії архітектурних споруд, Сонячної системи, структура парламентської влади в країні і т.д. Модель може описувати явища живої і неживої природи, причому не одне, а цілий клас явищ з загальними властивостями. У моделях об'єктів або явищ відображаються властивості оригіналу - його характеристики, параметри.

Можна також створювати моделі процесів, тобто моделювати дії над матеріальними об'єктами: хід, послідовну зміну станів, стадій розвитку одного об'єкта або їх системи. Приклади цього загальновідомі: це моделі економічних або екологічних процесів, розвитку Всесвіту або суспільства і т. П.

Методологічна основа моделювання.

В основі теорії моделювання лежить системний підхід. Системний підхід полягає в тому, що дослідник намагається вивчати поведінку системи в цілому, а не концентрувати свою увагу на окремих її частинах. Такий підхід ґрунтується на визнанні того, що якщо навіть кожен елемент або підсистема має оптимальні конструктивні або функціональні характеристики, то результуюче поводження системи в цілому може виявитися лише субоптимальних внаслідок взаємодії між її окремими частинами.

Зростаюча складність організаційних систем і потреба подолати цю складність призвели до того, що системний підхід стає все більш і більш необхідним методом дослідження.

Певна сукупність елементів даної системи може представлятися як її підсистема. Вважається, що до підсистем відносять деякі самостійно функціонуючі частини системи. Тому для спрощення процедури дослідження спочатку необхідно грамотно виділити підсистеми складної системи, тобто - визначити її структуру. Структура системи - це стійка в часі сукупність взаємозв'язків між її компонентами (підсистемами). І при системному підході важливим етапом є визначення структури досліджуваної, описуваної системи.

Система - ціле, складене з частин. Система - безліч елементів знаходяться у відносинах і зв'язках один з одним і утворюють певну цілісність і єдність.

Комп'ютерна модель.

Комп'ютерна модель- модель, реалізована засобами програмного середовища.

Маючи справу з комп'ютером як з інструментом, потрібно пам'ятати, що він працює з інформацією. Тому слід виходити з того, яку інформацію і в якому вигляді може сприймати і обробляти комп'ютер. Сучасний комп'ютер здатний працювати зі звуком, відеозображенням, анімацією, текстом, схемами, таблицями і т.д. Але для використання всього різноманіття інформації необхідно як технічне (Hardware), так і програмне (Software) забезпечення. І те й інше - інструменти комп'ютерного моделювання. Зараз є широке коло програм, що дозволяють створювати різні види комп'ютерних знакових моделей: текстові процесори, редактори формул, електронні таблиці, системи управління в базах даних, професійні системи проектування, а також різні середовища програмування.

Сучасні ЕОМ представляють широкі можливості для моделювання різних явищ і процесів. У навчальному процесі ЕОМ не повинна просто замінювати класну дошку, плакат, кіно- і діапроектор, натуральний експеримент. Така заміна доцільна лише тоді, коли використання ЕОМ дасть вагомий додатковий ефект у порівнянні з використанням інших засобів навчання.

комп'ютерне моделювання (КМ) є перспективним методом активізації навчального процесу. Воно набуває все більшого і більшого значення в сучасному науковому пізнанні, і, крім того, в даний час стає популярним дидактичним засобом. Розглянемо цей напрямок докладніше.

Предметом КМ є вивчення процесів і явищ за допомогою комп'ютера, який при цьому виступає в ролі експериментальної установки. При використанні КМ для вирішення завдань виділяються етапи постановки задачі, розробки моделі, комп'ютерного (обчислювального) експерименту, аналізу результатів моделювання. Якщо результати моделювання не відповідають меті, то виникає необхідність повернення на попередні етапи.

Математичні моделі.

Математичне моделювання дозволяє за допомогою математичних символів і залежностей скласти опис процесу, що відбувається.

Математична модель- це сукупність математичних об'єктів і співвідношень між ними, адекватно відображає властивості і поведінку досліджуваного об'єкта. Модель вважається адекватною, якщо відображає досліджувані властивості з прийнятною точністю. Точність оцінюється ступенем збігу передбачених в процесі обчислювального експерименту на моделі значень вихідних параметрів з істинними їх значеннями.

Математична модель охоплює клас невизначених (абстрактних, символічних) математичних об'єктів таких, як числа або вектори, і відносини між цими об'єктами.

Математичне ставлення - це гіпотетичне правило, що пов'язує два або більше символічних об'єкта. Багато відносини можуть бути описані за допомогою математичних операцій, що зв'язують один або кілька об'єктів з іншим об'єктом або безліччю об'єктів (результатом операції).

Математична модель буде відтворювати відповідним чином обрані боку фізичної ситуації, якщо можна встановити правило відповідності, що зв'язує специфічні фізичні об'єкти і відносини з певними математичними об'єктами і відносинами. Повчальним і / або цікавим може також бути і побудова математичних моделей, для яких у фізичному світі аналогів не існує. Найбільш загальновідомими математичними моделями є системи цілих і дійсних чисел і евклідова геометрія; що визначають властивості цих моделей представляють собою більш-менш безпосередні абстракції фізичних процесів (рахунок, впорядкування, порівняння, вимір).

Об'єкти та операції більш загальних математичних моделей часто асоціюються з множинами дійсних чисел, які можуть бути співвіднесені з результатами фізичних вимірювань.

В якості математичних об'єктів виступають числа, змінні, безлічі, вектори, матриці тощо

Класифікація математичних моделей на основі особливостей застосовуваного математичного апарату.

І змінні величини об'єкта, зв'язку між ними, входи і виходи об'єкта і дозволяє шляхом подачі на модель інформації про зміни вхідних величин моделювати можливі стану об'єкта. Інформаційні моделі   не можна помацати або побачити, вони не мають матеріального втілення, тому що будуються тільки на інформації. Інформаційна модель - сукупність інформації, що характеризує суттєві властивості і стану об'єкта, процесу, явища, а також взаємозв'язок із зовнішнім світом.

Інформаційні моделі   поділяються на описові   і формальні.

Описові інформаційні моделі   - це моделі, створені на природній мові (тобто на будь-якій мові спілкування між людьми: англійською, російською, китайською, мальтійському і т.п.) в усній або письмовій формі.

Формальні інформаційні моделі   - це моделі, створені на формальній мові (тобто науковому, професійному або спеціалізованому). Приклади формальних моделей: всі види формул, таблиці, графи, карти, схеми і т.д.

Хроматичні (інформаційні) моделі   - це моделі, створені на природній мові семантики колірних концептів і їх онтологічних предикатів (тобто на мові смислів і значень колірних канонів, репрезентативно відтворені у світовій культурі). Приклади хроматичних моделей: "атомарна" модель інтелекту (АМІ), міжконфесійна іманентність релігій (МИР), модель аксіолого-соціальної семантики (МАС) і ін., Створені не з урахуванням теорії та методології хроматизму.

Типи інформаційних моделей

С. А. Терехов виділяє кілька типів інформаційних моделей, що відрізняються за характером запитів до них:

1. Моделювання відгуку системи на зовнішній вплив
2. Класифікація внутрішніх станів системи

посилання

2. Serov N.V. The Ontology of Dimensionality for Anthropological Database Modeling. // Automatic Documentation and Mathematical Linguistics 2010, Vol. 44, No. 1, pp. 1-15

Wikimedia Foundation. 2010 року.

Дивитися що таке "Інформаційна модель" в інших словниках:

інформаційна модель   - Модель об'єкта, представлена ​​у вигляді інформації, яка описує суттєві для даного розгляду параметри і змінні величини об'єкта, зв'язку між ними, входи і виходи об'єкта і дозволяє шляхом подачі на модель інформації про зміни ... ... Довідник технічного перекладача

інформаційна модель   - Етимологія. Походить від лат. ifоrmatiо роз'яснення, виклад. Категорія. Система сигналів, що свідчать про динаміку об'єкта управління, умов зовнішнього середовища і стан самої системи управління. Види. В якості інформаційної моделі ... ... Велика психологічна енциклопедія

Система сигналів, що свідчать про динаміку об'єкта управління, умов зовнішнього середовища і стан самої системи управління. В якості інформаційної моделі можуть служити наочні зображення (фото, кіно, відео), знаки (текст, знакова ... ... психологічний словник

інформаційна модель   - вербальне, графічне і / або знакова (символьне) опис складної системи, а також інформаційні зв'язки між її елементами і підсистемами, між системою і зовнішнім середовищем ... Джерело: РІШЕННЯ Економічної ради СНД Про КОНЦЕПЦІЇ НАУКОВО ... ... Офіційна термінологія

інформаційна модель   - 1. Сукупність сигналів, що несуть інформацію про об'єкт управління і зовнішньому середовищі, організована за певними правилами. Комбінації сигналів на мнемосхемі в кабінеті директора, телевізійне зображення цеху, система ... ... Економіко-математичний словник

інформаційна модель - (вироби) - сукупність даних і відносин між ними, що описує різні властивості реального вироби, що цікавлять розробника моделі і потенційного або реального користувача. [ГОСТ 2.053 2006] Рубрика терміна: Технології Рубрики ... ... Енциклопедія термінів, визначень і пояснень будівельних матеріалів

інформаційна модель   - 3.1.7 інформаційна модель (вироби): Сукупність даних і відносин між ними, що описує різні властивості реального вироби, що цікавлять розробника моделі і потенційного або реального користувача. Джерело: ГОСТ 2.053 2006: Єдина ... ...

ІНФОРМАЦІЙНА МОДЕЛЬ   - - суб'єктивна представленість в психіці людини об'єкта, явища або процесу матеріального світу, на основі інформації, якою суб'єкт має про сприймаємо їм явище. І. м. Завжди бідніше, простіше, менш цілісною і динамічна по ... ... Енциклопедичний словник з психології та педагогіки

ІНФОРМАЦІЙНА МОДЕЛЬ   - відповідно до ГОСТ 2.053-2006 ЕСКД «Електронна структура виробу», - сукупність даних і відносин між ними, що описує властивості реального вироби, що цікавить розробника моделі і потенційного або реального користувача ... Діловодство і архівна справа в термінах і визначеннях

інформаційна модель СЧМ   - інформаційна модель СЧМ; інформаційна модель: Умовне відображення інформації про стан об'єкта впливу, системи «людина машина» і способів управління ними. [ГОСТ 26387 84 таблиця, пункт 21] Джерело ... Словник-довідник термінів нормативно-технічної документації

книги

• ДИНАМІЧНА ІНФОРМАЦІЙНА МОДЕЛЬ, Вадим Рубльов und Дмитро Писаренко. Монографія присвячена розробці концепції нової об'єктної технології баз даних, що відрізняється від відомих технологій (реляційної, об'єктно-реляційної і об'єктно-орієнтованої) базовими ...