Моделирането в компютърните науки е какво? Видове и етапи на моделиране

В този документ предлагаме да се обсъди подробно темата за моделиране в компютърната наука. Този раздел е от голямо значение за обучението на бъдещи специалисти в областта на информационните технологии.

За решаване на всеки проблем (индустриална или научна) компютърната наука използва следната верига:

Трябва да обърне специално внимание на понятието "модел". Без присъствието на тази връзка, решаването на проблема няма да бъде възможно. Защо се използва моделът и какво се разбира под този термин? Това ще говорим в следващия раздел.

Моделът

Моделирането в компютърната наука е съставянето на изображение на всеки обект от реалния живот, който отразява всички съществени характеристики и свойства. Моделът за решаване на проблема е необходим, тъй като той всъщност се използва в процеса на разрешаване.

В учебния курс по компютърни науки темата за моделиране започва да се изучава в шести клас. В самото начало на децата е необходимо да се въведе концепцията за модела. Какво е това?

• Опростено сходство на обекта;
• Намалено копие на реалния обект;
• Схема на явлението или процеса;
• Образ от феномен или процес;
• Описание на явлението или процеса;
• Физически аналог на обекта;
• Аналогова информация;
• Подменен обект, който отразява свойствата на реален обект и т.н.

Моделът е много широка концепция, както вече стана ясно от горното. Важно е да се отбележи, че всички модели са разделени на групи:

• материал;
• идеален.

Материалният модел се разбира като обект въз основа на действителен обект. Тя може да бъде всяко тяло или процес. Тази група е разделена на още два типа:

• физически;
• аналогов.

Такава класификация е условна, тъй като е много трудно да се очертае ясна граница между двата подвида.

Идеалният модел е още по-трудно да се характеризира. Тя е свързана с:

• мислене;
• въображение;
• възприятие.

Тя може да включва произведения на изкуството (театър, живопис, литература и др.).

Цели на моделирането

Моделирането в компютърните науки е много важен етап, тъй като преследва много цели. Сега предлагаме да се запознаете с тях.

На първо място, моделирането ни помага да познаваме света около нас. От незапомнени времена хората натрупаха придобитите знания и ги предадоха на своите потомци. Така имаше модел на нашата планета (глобус).

През миналите столетия се извършва моделиране на несъществуващи обекти, които сега са твърдо закрепени в нашия живот (чадър, мелница и т.н.). Понастоящем образът е насочен към:

• идентифициране на последствията от всеки процес (увеличаване на разходите за транспортиране или изхвърляне на химически отпадъци под земята);
• гарантиране на ефективността на решенията.

Моделиращи задачи

Споменахме в статията, какво е моделиране в компютърните науки. Този процес има някои задачи, за които ще говорим в този раздел.

Каква е задачата при моделирането? Да предположим, че имаме проблем, трябва да решим редица проблеми, за да го премахнем. Това означава, че задачата е проблем, който трябва да бъде разгледан. Важно е да се отбележи, че всички задачи могат да бъдат разделени на две големи групи.

Вербален модел

Какви са методите за моделиране? Информатиката използва само два метода - информация и математика. Но е важно да спомена още един вид модел - вербалният. За това сега говорим малко повече.

Устният модел се отнася до категорията на идеалното или абстрактното. Това описание с помощта на букви, думи, изречения. Тези модели включват:

• протокола;
• правила на пътя;
• информация в образователната литература;
• фантастика;
• устно или писмено описание на обект, процес или феномен.

Математически модел

Какви други видове модели се изучават в компютърните науки? Информационното моделиране и математическото (алгоритмичното) обикновено се разделят. Макар, както беше казано преди, границите между вербалните, математическите и информационните модели са много условни.

По прост начин, математическият модел описва всяка ситуация от математическа гледна точка. Не забелязваме за себе си, ние сме ангажирани с математически моделиране всеки ден. Например: мама изпраща детето за хляб и мляко. Тя знае колко струват тези продукти в магазина до къщата. Сега е необходимо да броим колко пари да дадете на детето. Да предположим, че млякото струва 75 рубли и 50 копейки, а хляб - 30 рубли 20 копейки. Цялата покупка ще струва 105 рубли, 70 копейки (75.5 + 30.2). Това е пример за математически модел.

Информационен модел

Сега нека поговорим за още един вид модели, изучавани в училищния курс по компютърни науки. Компютърното моделиране, което трябва да бъде овладяно от всеки бъдещ ИТ специалист, включва процеса на внедряване на информационния модел чрез използване на компютърни средства. Но какъв е този информационен модел?

Това е списък с информация за обект. Какво описва този модел и каква полезна информация носи:

• свойствата на моделирания обект;
• състоянието му;
• комуникация с външния свят;
• връзки с външни обекти.

Какво може да служи като информационен модел:

• устно описание;
• текст;
• рисуване;
• маса;
• схема;
• рисуване;
• формула и т.н.

Отличителна черта на информационния модел е, че той не може да бъде докоснат, вкусен и т.н. Тя не носи материално въплъщение, тъй като се представя под формата на информация.

Системен подход към създаването на модел

В кой клас на училищната програма се прави проучване за моделиране? Информатика 9 клас запознава студентите по тази тема по-подробно. В този клас детето научава за системния подход на моделиране. Предлагаме да се говори по-подробно за това.

Нека да започнем с концепцията за "система". Това е група от взаимосвързани елементи, които действат заедно, за да изпълнят задачата. За да се изгради модел, системният подход често се използва, тъй като обектът се разглежда като система, функционираща в дадена среда. Ако се моделира някакъв сложен обект, системата се разделя на по-малки части - подсистеми.

Цел на употреба

Сега ще разгледаме целите на моделирането (компютърна наука 11 клас). По-рано се казва, че всички модели са разделени на някои видове и класове, но границите между тях са произволни. Има няколко знака, по които е обичайно да се класифицират моделите: целта, областта на знанието, времевият фактор, начина на представяне.

Що се отнася до целите, обичайно е да се разграничат следните видове:

• обучение;
• опитен;
• симулация;
• игри;
• научни и технически.

Първият тип включва учебни материали. На второ, намалени или увеличени копия на реални обекти (модел на строителство, крило на самолета и т.н.). Симулационен модел ви позволява да прогнозирате резултата от събитието. Симулационното моделиране често се използва в медицината и социалната сфера. Например моделът помага да се разбере как хората ще реагират на тази или тази реформа? Преди да извърши сериозна операция за трансплантация на човек, бяха проведени много експерименти. С други думи, моделът на симулация позволява решаването на проблема чрез метода "опит и грешка". Моделът на играта е вид икономическа, бизнес или военна игра. Използвайки този модел, можете да предскажете поведението на обект в различни ситуации. Научният и техническият модел се използва за изследване на процес или феномен (устройство, симулиращо мълния, модел на движението на планетите на слънчевата система и т.н.).

Зона на знанието

В кой клас студенти се въвеждат по-подробно моделиране? Информатика от 9 клас се фокусира върху подготовката на студентите за изпити за прием в висшите учебни заведения. Тъй като на билетите на EGE и GIA има въпроси относно моделирането, сега е необходимо тази тема да се разгледа възможно най-подробно. И така, как е класирането според полето на знанието? Въз основа на тази характеристика се разграничават следните типове:

• биологични (например, изкуствено причинени при болести по животните, генетични заболявания, злокачествени неоплазми);
• икономически (модел на поведение на фирмата, модел на формиране на пазарни цени и т.н.);
• историческо (родословно дърво, модели на исторически събития, модел на римската армия и др.);
• социологически (модел на личен интерес, поведение на банкерите при адаптиране към нови икономически условия) и т.н.

Коефициент на време

Според тази характеристика има два вида модели:

• динамичен;
• статична.

Вече, съдейки по едно име, не е трудно да се предположи, че първият вид отразява функционирането, развитието и промяната на обект във времето. Статикът може да описва обекта във всеки отделен момент във времето. Този вид понякога се нарича структурен, защото моделът отразява структурата и параметрите на обекта, т.е. той предоставя част от информацията за него.

примери динамичен модел Те са следните:

• набор от формули, отразяващи движението на планетите на слънчевата система;
• графика на изменението на температурата на въздуха;
• видеозапис на вулканично изригване и т.н.

Примери за статистическия модел са:

• списък на планетите на слънчевата система;
• карта на района и така нататък.

Метод на представяне

За начало е много важно да се каже, че всички модели имат форма и форма, те винаги са направени от нещо, някак представено или описано. Според тази характеристика, обичайно е да се класифицират моделите по следния начин:

• материал;
• нематериален.

Първият вид включва материални копия на съществуващи обекти. Те могат да бъдат докосвани, подути и т.н. Те отразяват външните или вътрешните свойства, действията на даден обект. Защо се нуждаем от материални модели? Те се използват за експерименталния метод на познание (експерименталния метод).

Вече се обърнахме към нематериални модели по-рано. Те използват теоретичния метод на познание. Такива модели обикновено се наричат ​​идеални или абстрактни. Тази категория е разделена на няколко подвида: въображаеми модели и информация.

Информационните модели предоставят списък с различни данни за съоръжението. Като информационен модел могат да действат таблици, цифри, словесни описания, диаграми и т.н. Защо този модел се нарича нематериален? Въпросът е, че не може да бъде докоснат, тъй като няма материално въплъщение. Сред информационните модели разграничават знака и визуалните.

Един въображаем модел е един от етапите на моделиране. Това е творчески процес, който се осъществява във въображението на човек, който предхожда създаването на материалния обект.

Етапи на моделиране

Темата на компютърната наука от 9 клас "Моделиране и формализация" е много тежка. Задължително е да се учи. В клас 9-11 учителят е длъжен да запознае студентите с етапите на създаване на модели. Това е, което сега ще направим. Така че се различават следните етапи на моделиране:

• смислена формулировка на проблема;
• математическо формулиране на проблема;
• разработване с използване на компютър;
• функционирането на модела;
• получаване на резултата.

Важно е да се отбележи, че когато изучаваме всичко, което ни заобикаля, се използват процесите на моделиране, формализация. Информатика е тема, посветена на съвременните методи за изучаване и решаване на проблеми. Следователно, акцентът е върху модели, които могат да бъдат реализирани с помощта на компютър. Особено внимание в тази тема трябва да се обърне на разработването на алгоритъм за решаване на решения с помощта на електронни компютри.

Връзки между обектите

Сега нека поговорим малко за връзката между обектите. Има три вида:

• един към един (тази връзка се обозначава с еднопосочна стрелка в една или друга посока);
• един до много (многобройните връзки са обозначени с двойна стрелка);
• много до много (такава връзка се обозначава с двойна стрелка).

Важно е да се отбележи, че връзките могат да бъдат условни и безусловни. Безусловна комуникация включва използването на всяко копие на обекта. И само определени елементи са включени в условното.