В.8. Информация и моделирование
Моделирование позволяет лучше понять различные предметы, явления, процессы.
Виды моделирования:
1) Натурное моделирование. Суть его заключалась в том, что создавалась, как правило, уменьшенная модель, точно повторяющая формы и очертания моделируемою объекта. Вполне очевидно, что модель более доступна, чем сам объект. Воздействуя на эти модели такими факторами, как статическая нагрузка, ветер, вода, воздух, специалисты наблюдали за поведением объекта, делали определенные замеры интересовавших их параметров и с помощью формул пересчета с учетом масштабирования пытались спрогнозировать поведение реального объекта в аналогичных условиях, т.е. фактически ими анализировались информационные признаки моделей, на основании которых и делались соответствующие выводы..
2) Полунатурное моделирование. При таком процессе либо создавалась упомянутая выше модель, либо брался сам объект, и к нему присоединялись всевозможные датчики, необходимые для съема интересующей информации.
При этом появилась проблема: информация с датчиков носила аналоговый, т.е. непрерывный, характер, а компьютер работает в цифровом (дискретном, т.е. прерывистом, импульсном) режиме. Возникла потребность в аналого-цифровом и цифро-аналоговом преобразовании.
Для преобразования цифровых сигналов в аналоговые используется модуляция. Демодуляция состоит в обратном — от плавной кривой перейти к совокупности дискретов.
3) Информационные модели - это описание объектов-оригиналов с помощью алгоритмов. Например, при математическом моделировании некоторое явление, процесс или предмет описывается совокупностью математических закономерностей (формул, условий и т.д.), в результате чего образуется математическая модель, которая исследуется по специальным алгоритмам.
Основа моделирования — информация.
Очевидно, что для одного и тот же объекта можно сформировать различные модели, учитывающие разные факторы, определяющие свойства и поведение объекта. Собственно, правильный выбор таких факторов и определяет эффективность модели.
Принято различать графический (чертежи, графики, рисунки, эскизы), описательный (всевозможные словесные описания, например, словесный портрет человека), информационно-логический и математический виды представления моделей.
В. 9. Структурные информационные модели.
Структурные информационные модели определяют построение таких важных средств, как базы данных (структурированные хранилища информации) и, соответственно, системы управления базами данных (СУБД).
В тех случаях, когда необходимо переработать большой объем информации, ее нужно структурировать, т.е. выделить в ней элементарные составляющие и их взаимосвязи.
Информационная структура представляет собой упорядоченную систему данных. Наиболее простыми информационными структурами являются списки, таблицы, схемы, графы.
Пример табличного структурирования информации — школьное расписание уроков.
Основными структурными моделями являются иерархическая, сетевая и табличная.
Иерархическая модель представляется в виде дерева, где отдельные элементы объекта являются узлами, а стрелочки показывают связи между этими элементами (рис. 1).
Такая модель обладает следующими свойствами:
1. Иерархия начинается с верхнего узла. Каждый узел имеет характеристики (атрибуты), которые описывают моделируемый объект в данном узле.
2. Чем ниже уровень, тем выше зависимость» узла.
3. Каждый узел имеет только одну связь с более высоким уровнем. Каждый узел может иметь несколько связей с «зависимыми» (более низкими) уровнями.
4. Доступ к любому элементу структуры осуществляется только черед верхний узел по принципу «сверху-вниз».
5. Количество узлов не имеет ограничений.
Например, в биологии весь животный мир рассматривается как иерархическая система (тип, класс, отряд, семейство, род, вид). В информатике используется иерархическая файловая система.
В сетевой модели каждый узел может иметь любое количество связей с другими узлами без соблюдения какой бы то ни было иерархии (рис. 2).
Сетевые информационные модели применяются для отражения таких систем, в которых связь между элементами имеет сложную структуру. Например, различные части сети Интернет (американская, европейская, российская и т.д.) связаны между собой высокоскоростными линиями связи. При этом какие-то части (американская) имеют прямые связи со всеми региональными частями, в то время как другие могут обмениваться информацией между собой только через американскую часть (например, российская и японская).
В табличной модели каждой объект моделируемой системы описывается в виде таблицы с набором атрибутов. Атрибуты, или поля, — это построчные ячейки таблицы. Взаимосвязь между таблицами описывается отношениям между полями.
Взаимосвязь между полями разных таблиц может иметь три вида:
1. «Один к одному». Одному элементу первого объекта соответствует только один элемент второго объекта. Например, конкретному человеку может соответствовать не более одного номера паспорта, а одному номеру паспорта — не более одного конкретною человека.
2. «Один ко многим». Одному элементу первого объекта может соответствовать несколько элементов второго объекта, а одному элементу второго объекта может соответствовать только один элемент первого объекта. Например, в 11 «А» классе школы № 5 может учиться несколько учеников, а конкретный ученик школы № 5 может учиться не более чем в одном классе.
3. «Многие ко многим». Каждому элементу первого объекта может соответствовать множество элементов второго, и каждому элементу второго - множество элементов первого. Например, один предмет школьной программы могут изучать многие ученики, и один ученик может изучать многие предметы школьной программы.
В.10. Кодирование текстовой информации.
Любые числа в памяти компьютера кодируются числами двоичной системы счисления. Для этого существуют правила перевода.
Однако в памяти ЭВМ хранятся и другие виды информации. Компьютер работает с разными видами информации, такими как: текстовая, числовая, графическая, звуковая.
С точки зрения ЭВМ текст состоит из отдельных символов. К числу символов принадлежат не только буквы (заглавные или строчные, латинские или русские), но и цифры, знаки препинания, спецсимволы типа "=", "(", "&" и т.п. и даже пробелы между словами.
Итак, любое математическое выражение или слово состоит из отдельных элементов – символов.
Символы на экране компьютера формируются на основе двух вещей — наборов векторных форм всевозможных символов (они находятся в файлах со шрифтами) и кода, который позволяет выбрать из этого набора векторных форм именно тот символ, который нужно будет использовать.
Кодирование текстовой информации заключается в том, что каждому символу ставится в соответствие уникальный десятичный код от 0 до 255 или соответствующий ему двоичный код от 00000000 до 11111111.
Таким образом, человек различает символы по их начертанию, а компьютер - по их коду.
Формула определения количества информации: N = 2b,
где N – мощность алфавита (количество символов),
b – количество бит (информационный вес символа).
В алфавит мощностью 256 символов можно поместить практически все необходимые символы. Такой алфавит называется достаточным.