- •19.0. Введение
- •19.1. Моделирование как метод познания
- •20.1. Формы представления моделей
- •20.2. Классификация математических моделей
- •21.1. Математическая модель системы (объекта)
- •21.2. Методы математического моделирования
- •21.3. Технология математического моделирования системы (объекта)
- •1 Этап. Формулирование целей и задач моделирования, выявление проблем, описание объекта исследования.
- •2 Этап. Изучение априорной информации об объекте исследования.
- •3 Этап. Формализация постановки задачи: формальное описание целей и задач моделирования, формулировка требований.
- •4 Этап. Стратегическое и тактическое планирование эксперимента с объектом.
- •5 Этап. Экспериментирование с объектом.
- •6 Этап. Идентификация объекта.
- •7 Этап. Оценка адекватности модели, ее свойств, устойчивости, областей применения.
- •8 Этап. Решение задач моделирования, подведение итогов.
- •21.4. Контрольные вопросы и задания
- •22.1. Понятие информационной модели
- •22.2. Этапы моделирования
- •22.3. Типовые информационные модели
- •Графы, сети, деревья
- •23.1. Понятие алгоритма
- •23.2. Свойства алгоритма
- •23.3. Данные алгоритмов
- •23.4. Элементарные алгоритмические действия
- •23.5. Способы записи алгоритмов
- •24.0. Введение
- •25.0. Введение
- •26.0. Введение
- •27.0. Введение
- •28.1. Вычисление конечных и бесконечных сумм и произведений
- •28.2. Решение уравнений итерационными методами
- •28.3. Расчет таблиц функциональных зависимостей
- •28.4. Подсчет числа положительных, отрицательных и нулевых элементов массивов
- •28.5. Расчет модуля вектора и нормы матрицы
- •28.6. Расчет среднего и дисперсии элементов в массивах
- •28.7. Поиск минимальных или максимальных значений в массивах
- •28.8. Алгоритмы упорядочивания элементов в массивах
- •28.9. Умножение матрицы на вектор и матрицы на матрицу
- •28.10. Возведение квадратной матрицы в целую степень
- •28.11. Исключение элементов массивов
- •28.12. Расчет определителя квадратной матрицы
- •28.13. Транспонирование матриц
- •29.1. Что такое язык программирования?
- •29.2. Низкоуровневые языки программирования
- •29.3. Языки высокого уровня
- •Навигация по разделам:
- •29.3.1. Процедурные языки программирования
- •29.3.2. Функциональные языки программирования
- •29.3.3. Логические языки программирования
- •30.0. Введение
- •31.0. Введение
- •31.1. Постановка и формализация задачи
- •31.2. Разработка алгоритмов решения задачи
- •31.2. Разработка алгоритмов решения задачи
- •31.4. Анализ результатов
- •31.5. Сопровождение программ
- •32.0. Введение
- •33.1. Технология структурного программирования
- •33.2. Структурные методы анализа и проектирования по
- •33.3. Модульное программирование
- •Навигация по разделу
- •33.3.1. Hipo - диаграмма
- •33.3.2. Метод нисходящего проектирования
- •33.3.3. Метод расширения ядра
- •33.3.4. Метод восходящего проектирования
- •33.4. Базовые управляющие структуры структурного программирования
- •33.5. Проектирование и тестирование программы
- •33.6. Подпрограммы, процедуры и функции
- •Навигация по разделу:
- •33.6.1. Основные понятия и терминология
- •33.6.2. Локальность
- •33.6.3. Параметры процедуры
- •34.1. Методология объектно-ориентированного программирования
- •34.2. Объектно-ориентированные методы анализа и проектирования по
- •34.3. Основные принципы построения объектной модели
- •34.4. Основные элементы объектной модели
- •34.5. Пример разработки консольного приложения в технологии объектно-ориентированного подхода
- •Навигация по разделу:
- •34.5.1. Диаграмма прецендентов uml
- •34.5.2. Диаграмма последовательности uml для прецедента
- •34.5.3. Диаграмма классов uml для прецендента «перевести р-ичную строку в число»
- •34.5.4. Текст приложения на языке Object Pascal
- •35.0. Введение
- •35.1. История развития бд
- •35.2. Классификация бд
- •Навигация по разделу:
- •35.2.1. Основные функции субд
- •36.1. Основные понятия бд
- •36.2. Основные понятия реляционной модели бд
- •36.3. Предпроектное обследование предметной области. Связи таблиц
- •36.4. Нормализация отношений
- •36.5. Общие сведения о ms Access
- •36.6. Приложение
- •36.6. Приложение
- •37.2. Связь между таблицами и целостность данных
- •37.3. Создание запросов в ms access
- •Навигация по разделу:
- •37.3.1. Запросы на выборку
- •37.3.2. Запросы с параметрами
- •37.2.3. Запросы с вычислениями
- •37.2.4. Итоговые запросы
- •37.2.5. Перекрестные запросы
- •37.4. Формы
- •37.5. Отчеты
- •38.0. Введение
- •38.1. Различные подходы к построению систем ии
- •38.2. Экспертные системы
- •Методы, основанные на правилах.
- •Методы, основанные на фреймах.
19.0. Введение
← 18.1. Основные приемы создания электронных... |
19.1. Моделирование как метод познания → |
В повседневной жизни, на производстве, в научно-исследовательской, инженерной или любой другой деятельности человек постоянно сталкивается с решением задач. Решаемые задачи по своему назначению можно разделить на две категории [14]:
вычислительные задачи, цель решения которых – определение некоторой величины;
функциональные задачи, предназначенные для создания некоторого аппарата, выполняющего определенные действия – функции.
Например, проектирование нового здания требует решения задачи расчета прочности его фундамента, несущих опорных конструкций, расчета финансовых затрат на строительство, определение оптимального числа работников и т.д. Для повышения производительности труда строителей созданы машины функционального назначения (решены функциональные задачи), такие как экскаватор, бульдозер, подъемный кран и другие.
Решение как вычислительных, так и функциональных задач требует использования методов и средств моделирования, о которых речь пойдет далее.
← 18.1. Основные приемы создания электронных... |
19.1. Моделирование как метод познания → |
19.1. Моделирование как метод познания
← 19.0. Введение |
20.1. Формы представления моделей → |
Моделирование (в широком смысле) – основной метод исследований во всех областях знаний, в различных сферах человеческой деятельности [15].
Моделирование в научных исследованиях стало применяться еще в глубокой древности. Элементы моделирования использовались с самого начала появления точных наук, и не случайно, некоторые математические методы носят имена таких великих ученых, как Нью-тон и Эйлер, а слово «алгоритм» происходит от имени средневекового арабского ученого Аль-Хорезми [13].
Постепенно моделирование захватывало все новые области научных знаний: техническое конструирование, строительство и архитектуру, астрономию, физику, химию, биологию и, наконец, общественные науки. Однако методология моделирования долгое время развивалась отдельными науками независимо друг от друга. Отсутствовала единая система понятий, единая терминология. Лишь постепенно стала осознаваться роль моделирования как универсального метода научного познания. Большие успехи и признание практически во всех отраслях современной науки принес методу моделирования ХХ век. В конце 40-х начале 50-х годов ХХ века бурное развитие методов моделирования было обусловлено появлением ЭВМ (компьютеров), которые избавили ученых, исследователей от огромной по объему рутинной вычислительной работы. Компьютеры первого и второго поколений использовались для решения вычислительных задач, для инженерных, научных, финансовых расчетов, для обработки больших объемов данных. Начиная с третьего поколения, область применения ЭВМ включает и решение функциональных задач: это обработка баз данных, управление, проектирование. Современный компьютер – основное средство решения любых задач моделирования.
Приведем основные понятия, связанные с моделированием [7],[8],[15].
Объект (от лат. objectum – предмет) исследования – все то, на что направлена человеческая деятельность.
Модель (объекта - оригинала) (от лат. modus – «мера», «объем», «образ») – вспомогательный объект, отражающий наиболее существенные для исследования закономерности, суть, свойства, особенности строения и функционирования объекта-оригинала.
Первоначальное значение слова «модель» было связано со строительным искусством, и почти во всех европейских языках оно употреблялось для обозначения образа или прообраза, или вещи, сходной в каком-то отношении с другой вещью.
В настоящее время термин «модель» широко используется в различных сферах человеческой деятельности и имеет множество смысловых значений. В этом учебнике рассматриваются только такие модели, которые являются инструментами получения знаний.
Моделирование – метод исследования, основанный на замене исследуемого объекта-оригинала его моделью и на работе с ней (вместо объекта).
Теория моделирования – теория замещения объекта-оригинала его моделью и исследования свойств объекта на его модели.
Как правило, в качестве объект моделирования выступает некоторая система.
Система – совокупность взаимосвязанных элементов, объединенных для реализации общей цели, обособленная от окружающей среды и взаимодействующая с ней как целостное целое и проявляющая при этом основные системные свойства. В [8] выделено 15 основных системных свойств, среди которых: эмергентность (эмерджентность); цельность; структурированность; целостность; подчиненность цели; иерархичность; бесконечность; эргатичность.
Свойства систем:
Эмерджентность (эмергентность). Это системное свойство, согласно которому результат поведения системы дает эффект, отличный от «сложения» (независимого соединения) любым способом результатов поведения всех входящих в систему «элементов». Иными словами, согласно этой особенности системы ее свойства не сводятся к совокупности свойств частей, из которых она состоит, и не выводятся из них.
Свойство цельности, целевости. Система всегда рассматривается как нечто целое, цельное, относительно обособленное от окружающей среды.
Свойство структурированности. Система имеет части, целесообразно связанные между собой и средой.
Свойство целостности. В отношении к другим объектам или с окружающей средой система выступает как нечто неразделимое на взаимодействующие между собой части.
Свойство подчиненности цели. Вся организация системы подчинена некоторой цели или нескольким различным целям.
Свойство иерархичности. Система может иметь несколько качественно разных уровней строения, несводимых один к другому.
Свойство бесконечности. Невозможность полного познания системы и ее всестороннего представления любым конечным множеством моделей, в частности, описаний, качественных и количественных характеристик и т.д.
Свойство эргатичности. Система, имеющая части, может в качестве одной из своих частей включать человека.
По сути, под моделированием понимается процесс построения, изучения и применения моделей объекта (системы). Оно тесно связано с такими категориями, как абстракция, аналогия, гипотеза и др. Процесс моделирования обязательно включает и построение абстракций, и умозаключения по аналогии, и конструирование научных гипотез.
Гипотеза – определенное предсказание (предположение), основывающееся на опытных данных, наблюдениях ограниченного объема, догадках. Проверка выдвигаемых гипотез может быть проведена в ходе специально поставленного эксперимента. При формулировании и проверке правильности гипотез большое значение в качестве метода суждения имеет аналогия.
Аналогией называют суждение о каком-либо частном сходстве двух объектов. Современная научная гипотеза создается, как правило, по аналогии с проверенными на практике научными положениями. Таким образом, аналогия связывает гипотезу с экспериментом.
Главная особенность моделирования в том, что это метод опосредованного познания с помощью вспомогательных объектов-заместителей. Модель выступает как своеобразный инструмент познания, который исследователь ставит между собой и объектом, и с помощью которого изучает интересующий его объект.
В самом общем случае при построении модели исследователь отбрасывает те характеристики, параметры объекта-оригинала, которые несущественны для изучения объекта. Выбор характеристик объекта-оригинала, которые при этом сохраняются и войдут в модель, определяется целями моделирования. Обычно такой процесс абстрагирования от несущественных параметров объекта называют формализацией. Более точно, формализация – это за-мена реального объекта или процесса его формальным описанием.
Основное требование, предъявляемое к моделям – это их адекватность реальным процессам или объектам, которые замещает модель.
Практически во всех науках о природе, живой и неживой, об обществе, построение и использование моделей – мощное орудие познания. Реальные объекты и процессы бывают столь многогранны и сложны, что лучшим (а иногда и единственным) способом их изучения часто является построение и исследование модели, отображающей лишь какую-то грань реальности и потому многократно более простой, чем эта реальность. Многовековой опыт развития науки доказал на практике плодотворность такого подхода. Более конкретно, необходимость использования метода моделирования определяется тем, что многие объекты (системы) непосредственно исследовать или вовсе невозможно, или же это исследование требует слишком много времени и средств.
← 19.0. Введение |
20.1. Формы представления моделей → |