МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«ИВАНОВСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ ТЕКСТИЛЬНАЯ АКАДЕМИЯ»

(ИГТА)

Кафедра ПМИТ

Моделирование процессов и систем

Методические указания

для бакалавров по направлению подготовки 230400

«Информационные системы и технологии»

Иваново 2012

Методические указания предназначены для бакалавров по направлению подготовки 230400 – "Информационные системы и технологии". Методические указания представляют собой изложение теоретического материала по дисциплине «Моделирование процессов и систем» и набор заданий для лабораторных работ.

В методических указаниях учтены требования федерального государственного образовательного стандарта высшего профессионального образования по указанному направлению подготовки.

Составитель канд. физ.-мат. наук, доц. Е.А. Кухтина

Научный редактор д-р техн. наук, проф. Н.А. Коробов

Основные понятия теории моделирования Моделирование как метод научного познания

Основным методом научных исследований является эксперимент с изучаемым объектом, явлением или процессом. Под экспериментом понимают научную постановку опытов и наблюдение за поведением исследуемой системы. Но зачастую он может быть трудновыполним или просто невозможен. Именно в этих случаях применяют особую форму эксперимента, называемую моделированием. Не стóит устраивать ядерную катастрофу, чтобы выяснить масштабы возможного заражения, но с помощью компьютерной модели возможен достаточно точный расчет интересующих исследователей параметров.

Моделирование в научных исследованиях стало применяться еще в глубокой древности и постепенно захватывало все новые области научных знаний. В настоящее время проблемы составления и исследования моделей различных систем занимают одно из видных мест современной науки, а стремительно возрастающие возможности вычислительной техники обеспечивают успех этому научному направлению.

Понятие модели и моделирования

Слово «модель» (от лат. modelium) означает «мера», «способ», «сходство с какой-то вещью». Термин «модель» широко используется в различных сферах человеческой деятельности и имеет множество смысловых значений. В рамках курса под «моделью» подразумевается некий материальный или мысленно представляемый объект, который в процессе исследования замещает объект-оригинал так, что его непосредственное изучение дает новые знания об объекте-оригинале.

Модель – это искусственно созданный объект, дающий упрощенное представление о реальном объекте, процессе или явлении, отражающий существенные стороны изучаемого объекта с точки зрения цели моделирования. Модель – результат отображения одной структуры на другую.

Объект, для которого создается модель, называют оригиналом или прототипом. Любая модель не является абсолютной копией своего оригинала, она лишь отражает некоторые его качества и свойства, наиболее существенные для выбранной цели исследования. Так, моделью Земли на уроках географии является глобус, но при рассмотрении движения планет Землю представляют материальной точкой. При создании модели всегда присутствуют определенные допущения и гипотезы.

Моделирование – это способ, приём познания, позволяющий с помощью одной системы, чаще всего искусственной, воспроизвести в необходимом объёме и с достаточной точностью исследуемые свойства более сложной системы, являющейся объектом исследования. Под моделированием понимается процесс построения, изучения и применения моделей.

Главная особенность моделирования состоит в том, что это метод опосредованного познания с помощью объектов-заместителей. Модель выступает как своеобразный инструмент познания, который исследователь ставит между собой и объектом и с помощью которого изучает интересующий его объект.

Системный подход к моделированию позволяет создавать полноценные модели. Его особенности заключаются в следующем:

• изучаемый объект рассматривается как система, описание и исследование элементов которой не выступает как цель, а выполняется с учетом поставленной задачи;

• объект не отделяется от условий его существования и функционирования и рассматривается как составная часть чего-то целого;

• один и тот же исследуемый элемент рассматривается как обладающий разными характеристиками, функциями и даже принципами построения;

• допускается возможность наличия у объекта множества индивидуальных характеристик и степеней свободы;

• учитываются не только причинные объяснения функционирования объекта, но и целесообразность включения его в состав других элементов, альтернативы решения задач сравниваются в первую очередь по критерию "стоимость-эффективность".

Создание универсальных моделей – это следствие использования системного подхода.

В информатике моделирование называют вычислительным экспериментом, и основывается он на трех основных понятиях: модель – алгоритм – программа.