Раздел 3 Информационные системы и информационные технологии

32. Моделирование и формализация

Моделирование как метод познания

Человек часто использует модели, т.е. создаетобраз объекта (процесса или явления).К созданию моделей прибегают, когда исследуемый объект либо очень велик(модель Солнечной системы),либо очень мал(модель атома),когда процесс очень быстр(модель двигателя внутреннего сгорания) илиочень медленен(геологические модели),исследование объекта может привести к его разрушению(модель самолета)или очень дорого(архитектурный макет города) и т.д.

Моделирование – это метод познания, состоящий в создании и исследовании моделей.

Модель – это некий новый объект, который отражает существенные стороны изучаемого объекта, явления или процесса.

Один и тот же объект может иметь множество моделей, а разные объекты могут описываться одной моделью.

Таблица классов моделей

Класс модели	Предметные (материальные)	Знаковые (информационные)
Характеристика	воспроизводят геометрические, физические и др. свойства объектов в материальной форме.	представляют объекты и процессы в форме рисунков, схем, чертежей, таблиц, формул, текстов и т.д.
Примеры	глобус, муляжи (биология), модели кристаллических решеток и др.	рисунок цветка, карта, электрическая схема, блок-схема алгоритма, периодическая система элементов, формулы и т.д.

Выводы:

• модели отражают существенные черты изучаемого объекта, явления или процесса.

• модель не может заменить сам объект, но модель полезна для исследования.

Статические и динамические информационные модели

Окружающий нас мир состоит из объектов. Каждый объект состоит из других объектов, т.е. представляет собой систему. Система состоит из объектов, которые называются элементами системы. Между элементами системы существуют связи.Например, ПК является системой, состоящей из различных устройств, при этом устройства связаны между собой и аппаратно (подключены друг к другу) и функционально (происходит обмен информацией).

Система – это объект, состоящий из элементов, находящихся между собой в различных отношениях и связях, которые обеспечивают ее целостное функционирование.Любая система существует в пространстве и времени. Состояние системы в каждый момент времени характеризуется ее структурой, т.е. составом, свойствами элементов, их отношениями и связями между собой. Состояние систем зависит от времени, т.е. происходят процессы изменения и развития систем.Например: иммунная система, система образования и т.д.

Модели, описывающие систему в определенный момент времени, называются статическими информационными моделями, а модели, описывающие процессы изменения и развития систем, – динамическими информационными моделями.

Формы представления информационных моделей

Язык является знаковой системой, которая позволяет создавать информационные модели.Естественные языки используются для создания описательных текстовых, информационных моделей. Литературное произведение может рассматриваться как модель человеческой жизни.

Наряду с естественными языками (русский, английский) были разработаны формальные языки: системы счисления, алгебра высказываний, языки программирования.Отличие формальных языков от естественных состоит в наличие жестко зафиксированного алфавита и правил грамматики и синтаксиса. С помощью формальных языков строятсяформально-логические модели.Процесс построения моделей с помощью формальных языков называется формализацией.

Модели, построенные с использованием математических понятий и формул, называются математическими моделями.

Примеры графических информационных моделей: рисунки, карты, чертежи, схемы, графики, диаграммы и т.д.

Классификация информационных моделей

Табличные информационные модели состоят из строк и столбцов, элементы информации размещаются в ячейках.Известно табличное представление математических функций, статистических данных, расписаний поездов и самолетов, уроков. Табличные модели проще всего строить и исследовать на ПК с помощью электронных таблиц и баз данных.

Иерархические информационные модели.ПК используются для обработки информации, и их можно объединить в группу «Компьютеры», автомобили предназначены для перемещения и их объединяют в другую группу – «Автомобили». Группа объектов, обладающих одинаковыми свойствами, называетсяклассом объектов.Внутри класса могут быть выделены подклассы, которые в свою очередь делятся на мелкие группы и т.д. В процессе классификации строятся информационные модели, которые имеют иерархическую (древовидную) структуру, т.е. дерево, которое растет сверху вниз. В иерархической модели элементы нижнего уровня входят в состав элементов более высокого уровня. Рассмотренные модели изображаются в виде графов.Граф- это способ наглядного представления структуры информационных моделей. Графы позволяют формализовать информационные модели, позволяют «увидеть» структуру его объектов и отношений.Иерархические структуры применяются для построения классификационных информационных моделей.В биологии весь животный мир рассматривается как иерархическая система (тип, класс, отряд, семейство, род, вид), в информатике используется иерархическая файловая система и т.д.

Сетевые информационные модели применяются для отражения систем, в которых связь между элементами имеет сложную структуру.Например, различные части глобальной компьютерной сети Интернет (американская, европейская, российская и т.д.) связаны между собой высокоскоростными линиями связи. С помощью сетевой динамической модели можно описать процесс передачи мяча в коллективной игре (футболе, баскетболе и т.д.).