Практична робота №8 Моделювання медичних та біологічних об’єктів і явищ
Мета роботи: ознайомлення з теоретичними основами фізичного, математичного та комп’ютерного моделювання біологічних і медичних явищ та процесів. Засвоєння навиків використання та роботи зі спеціалізованими пакетами прикладних програм для комп’ютерного моделювання фізіологічних реакцій організму.
Короткі теоретичні відомості
1. Поняття моделювання. Застосування та вимоги до моделей.
М
одель
– штучно створений об’єкт, що відображає
будову та властивості реального об’єкта.
Таким чином, дослідник завжди має справу
з двома об’єктами – реальним об’єктом
(процесом, явищем) та його моделлю
(див.рис.1). Моделі виникли дуже давно –
наскальні рисунки, мова, наука – все це
є прикладом моделей. Моделювання
– процес заміщення реального об’єкта
його моделлю з метою вивчення будови
реального об’єкта або передачі інформації
про його властивості.
Існують
п’ять випадків застосування
моделей:
Модель, як засіб пізнання дійсності. Наука являє собою відображення в уяві людини (модель) реальних процесів, що відбуваються у природі. Приклад - електромагнітне поле, ідеальний газ, вакуум, «чорні дірки» і т.д.
Модель, як засіб спілкування. Розповідаючи про певний об’єкт або описуючи якусь подію ми, тим самим, створюємо модель реального об’єкта або події.
Модель, як засіб навчання. Сюди можна віднести різного роду тренажери, що допомагають людям отримати навики керування складними механізмами і поводження в екстремальних ситуаціях.
Модель, як засіб прогнозування. Моделюючи якийсь реальний процес або явище ми можемо спрогнозувати їх поведінку через певний час або у конкретних умовах.
Модель, як спосіб постановки експериментів. Тут модель застосовується, коли постановка експерименту на реальному об’єкті сильно ускладнена або взагалі неможлива. Приклад – моделі погасання зірок і утворення наднових.
Вимоги до моделей:
Модель повинна бути адекватною, тобто відображати усі суттєві для розгляду властивості реального об’єкта.
Витрати на утворення моделі повинні бути меншими за витрати на утворення оригіналу.
Необхідно чітко визначити правила інтерпретації результатів.
2. Класифікація моделей
За засобами побудови розрізняють:
а) словесні (або вербальні, текстові) моделі. Це моделі, утворені мовними засобами. Приклад – міліцейський протокол з місця події.
б) натурні (або фізичні) моделі. Це моделі, що мають реальне матеріальне втілення; їх можна осягнути органами відчуттів людини. Приклад – макет сонячної системи.
в) абстрактні (або знакові, математичні). Це моделі побудовані на основі математичних засобів.
г) комп’ютерні моделі. Це моделі, побудовані комп’ютерними засобами на основі інформаційних технологій.
За предметною областю розрізняють:
а) біологічні моделі
б) економічні моделі
в) фізичні моделі
г) хімічні моделі
д) медичні моделі
е) соціальні моделі і т.д.
За метою моделювання розрізняють моделі:
а) дескриптивні (описуючі). Такі моделі повинні описувати досліджуваний об’єкт, процес або явище.
б) оптимізаційні. Ці моделі призначені для пошуку найкращого рішення серед багатьох можливих. Тут завжди є кілька вхідних параметрів, змінюючи які, можна визначити оптимальні параметри вихідних величин.
в) навчальні. Такі моделі призначені для оволодіння навиками керування складними механізмами (тренажери).
г) ігрові. Призначені для ефективного відпочинку та цікавого проводження часу.
д) імітаційні. Призначені для більш-менш точної імітації реальних процесів і явищ.
За поведінкою розрізняють моделі:
а) детерміновані - вихідні параметри моделі є однозначними функціями вхідних).
б) стохастичні (статистичні) - вихідні параметри визначаються з певною ймовірністю.
в) статичні (стаціонарні, квазістаціонарні) – параметри моделі незмінні (слабо змінюються) у часі.
г) динамічні (нестаціонарні) – параметри моделі є функціями часу.
д) аналогові – параметри моделі є неперервними функціями.
е) цифрові - параметри моделі є дискретними.