7.2 Основные принципы формализации

На начальном этапе осуществляется неформальная постановка задачи моделирования - выделяются существенные признаки изучаемого объекта и дается развернутое содержательное описание связи между ними (системный анализ).

Вторым важным этапом моделирования является формализация содержательного описания связей между выделенными признаками с помощью некоторого языка кодирования: языка схем, языка математики и т.д. ("перевод " полученной структуры в какую- либо заранее определенную форму).

Языки бывают естественные и формальные. Естественные языки используются для создания описательных информационных моделей. С помощью формальных языков строятся формальные информационные модели (математические, логические и др.). Одним из наиболее широко используемых формальных языков является математика. Модели, построенные с использованием математических понятий и формул, называются математическими моделями. Язык математики является совокупностью формальных языков.

Формализация – этап перехода от содержательного описания связей между выделенными признаками объекта (словесного или в виде текста) к описанию, использующему некоторый язык кодирования ( языка схем, языка математики и т. д.).

Формализация - процесс построения информационных моделей с помощью формальных языков.

Процесс представления информации об объекте моделирования в какой-либо выбранной форме называется формализацией.

Результатом процесса формализации является математическая модель.

Процесс моделирования включает в себя три элемента: субъект (исследователь), объект исследования и модель, определяющую отношения познающего субъекта и познаваемого объекта.

Например, понятия «мебель» и «стол» находятся в отношении общее – частное. В отношении целое – часть находятся компьютер-шина данных, процессор-регистр и не находятся понятия носитель-винчестер.

Любая информационная система состоит = элементы + связи между ними.

Структура системы – определенный порядок объединения элементов системы.

Системы бывают:

• Материальные (человек, самолет, дерево);

• Нематериальные (человеческий язык, математика);

• Смешанные (школьная система).

При объединении элементов в систему у системы появляются новые свойства, которыми не обладал ни один из элементов системы (рисунок 7.1).

Рисунок 7.1 – Структура системы

Обобщенную схему компьютерного моделирования можно представить триадой – модель – алгоритм – программа.

Компьютер не «мыслит» - он способен реализовывать программы, составленные человеком. Поэтому, чтобы использовать компьютер в своих целях человеку необходимо:

1. четко поставить проблему;

2. разработать модель исходных данных;

3. определить модель представления результатов;

4. разработать алгоритм решения задачи;

5. написать программу;

6. ·ввести программу и исходные данные в память;

7. отладить программу, запустить на выполнение и вывести на принтер или экран результаты.

В тех случаях, когда моделирование ориентировано на исследование моделей с помощью компьютера, результатом формализации моделей должно быть программное средство. Поэтому принципы формализации можно сформулировать в следующем виде:

• разработка неформального описания модели (словесное описание существенных для рассматриваемой задачи характеристик изучаемого объекта и связей между ними);

• составление формализованного описания на некотором языке кодирования ( с использованием математических соотношений и текстов);

• реализация формализованного описания в виде программы на некотором языке программирования.

Разложение целого на части (структурное разбиение) в процессе моделирования называется декомпозицией системы.

Объединение частей системы в единое целое в процессе моделирования называется агрегированием системы.

«Черный ящик» – термин, используемый в точных науках (в частности, системотехнике, кибернетике и физике) для обозначения системы, механизм работы которой очень сложен, неизвестен или неважен в рамках данной задачи. Такие системы обычно имеют некий «вход» для ввода информации и «выход» для отображения результатов работы. Состояние выходов обычно функционально зависит от состояния входов. Понятие «черный ящик» предложено У.Р. Эшби. Использование модели «черный ящик» позволяет изучать поведение систем, то есть их реакции на разнообразные внешние воздействия, и в то же время абстрагироваться от внутреннего устройства систем.