Понятие информационной модели

Можно конструировать реальные модели объекта, такие как глобус или макет здания. Однако моделирование возможно и путем описания свойств исследуемого объекта без создания его физического прототипа. Это идеальное моделирование, использующее теоретический метод познания. По-другому его называют, абстрактным, нематериальным. Абстрактные модели можно разделить на воображаемые и информационные.

Информационная модель – это совокупность информации об объекте, описывающая свойства и состояние объекта, процесса или явления, а также связи и отношения с окружающим миром.

Информационные модели представляют объекты в виде словесных описаний, текстов, рисунков, таблиц, схем, чертежей, формул и т.д. Информационная модель строится на информации, является системой информации и выражается на языке описания (знаковое моделирование) или языке представления (образно-знаковое или образное моделирование).

Виды моделирования

Принято различать несколько видов моделирования (рис. 1):

Физическое (реальное) моделирование – это замена исследуемого объекта материальным. При этом модель воспроизводит свойства, строение, действия объекта-оригинала (кукла – модель внешнего вида человека, робот – модель действий человека).

Мысленное (идеальное) моделирование – замена исследуемого объекта абстрактным (системой информации). Идеальную модель нельзя потрогать, у нее нет материального воплощения.

Наглядное (образное) моделирование – это выражение свойств оригинала с помощью образов.

Образно-знаковое моделирование использует образы определенного вида, дополненные специальными правилами их объединения и преобразования.

Символическое (знаковое) моделирование использует алфавиты разговорных и формальных языков (условные знаки, специальные символы, буквы, цифры) и предусматривает совокупность правил оперирования с этими знаками. Это языковые системы (в частности, языки программирования), физические, химические и математические формулы, нотная запись и т. д.

Математическое и компьютерное моделирование

Одним из важнейших видов знакового моделирования является математическое моделирование – способ представления информационной модели, отображающий связь различных параметров объекта через математические формулы и понятия.

М атематические модели разделяют на аналитические и компьютерные (см. рис. 2).

Для аналитического моделирования характерно то, что процессы функционирования элементов системы записываются в виде некоторых функциональных соотношений (алгебраических, интегральных, дифференциальных, конечно-разностных и т. п.) или логических условий. Аналитическая модель может быть исследована следующими методами: а) аналитическим, когда стремятся получить в общем виде явные зависимости для искомых характеристик; б) численным, когда, не умея решать уравнений в общем виде, стремятся получить числовые результаты при конкретных начальных данных; в) качественным, когда, не имея решения в явном виде, можно найти некоторые свойства решения.

Компьютерная модель – это созданный за счет ресурсов компьютера виртуальный образ, качественно и количественно отражающий внутренние свойства и связи моделируемого объекта или системы, иногда передающий даже внешние характеристики.

При численном моделировании для построения модели используются методы математики, а вычислительный эксперимент заключается в решении математических уравнений численными методами при заданных значениях параметров.

При имитационном моделировании реализующий модель алгоритм воспроизводит процесс функционирования системы во времени, причем имитируются элементарные явления, составляющие процесс, с сохранением их логической структуры и последовательности протекания во времени, что позволяет по исходным данным получить сведения о состояниях процесса в определенные моменты времени, дающие возможность оценить характеристики системы. Основным преимуществом имитационного моделирования по сравнению с моделированием аналитическим является возможность решения более сложных задач.

Метод статистического моделирования используется, если результаты, полученные при воспроизведении на имитационной модели процесса функционирования системы, являются реализациями случайных величин и функций, а для нахождения характеристик процесса требуется его многократное воспроизведение с последующей статистической обработкой.

Все перечисленные виды моделирования не являются взаимоисключающими и могут применяться при исследовании сложных объектов либо одновременно, либо последовательно, либо в некоторой комбинации. Весьма условно также разделение математического моделирования: компьютерное моделирование основано на аналитике, а аналитические модели без компьютерных методов решения уравнений охватят только очень узких класс задач.