Вопрос 3
Часть 3. Тема: Модели решения функциональных и вычислительных задач.
Классификация видов моделирования. Информационные модели. Информационные объекты и связи. Примеры информационных моделей. Моделирование информационных процессов.
Наиболее известной является классификация по характеру моделей. Согласно ей различают следующие пять видов моделирования [17]:
1. Предметное моделирование, при котором модель воспроизводит геометрические, физические, динамические или функциональные характеристики объекта. Например, модель моста, плотины, модель крыла самолета и т.д.
2. Аналоговое моделирование, при котором модель и оригинал описываются единым математическим соотношением. Примером могут служить электрические модели, используемые для изучения механических, гидродинамических и акустических явлений.
3. Знаковое моделирование, при котором в роли моделей выступают схемы, чертежи, формулы. Роль знаковых моделей особенно возросла с расширением масштабов применения ЭВМ при построении знаковых моделей.
4. Со знаковым тесно связано мысленное моделирование, при котором модели приобретают мысленно наглядный характер. Примером может в данном случае служить модель атома, предложенная в свое время Бором.
5. Наконец, особым видом моделирования является включение в эксперимент не самого объекта, а его модели, в силу чего последний приобретает характер модельного эксперимента. Этот вид моделирования свидетельствует о том, что нет жесткой грани между методами эмпирического и теоретического познания.
Информационная модель — модель объекта, представленная в виде информации, описывающей существенные для данного рассмотрения параметры и переменные величины объекта, связи между ними, входы и выходы объекта и позволяющая путём подачи на модель информации об изменениях входных величин моделировать возможные состояния объекта. Информационные модели нельзя потрогать или увидеть, они не имеют материального воплощения, потому что строятся только на информации. Информационная модель — совокупность информации, характеризующая существенные свойства и состояния объекта, процесса, явления, а также взаимосвязь с внешним миром.
Информационные модели делятся на описательные и формальные.
Описательные информационные модели - это модели, созданные на естественном языке (т.е. на любом языке общения между людьми: английском, русском, китайском, мальтийском и т.п.) в устной или письменной форме.
Формальные информационные модели - это модели, созданные на формальном языке (т.е. научном, профессиональном или специализированном). Примеры формальных моделей: все виды формул, таблицы, графы, карты, схемы и т.д.
Хроматические (информационные) модели - это модели, созданные на естественном языке семантики цветовых концептов и их онтологических предикатов (т.е. на языке смыслов и значений цветовых канонов, репрезентативно воспроизводившихся в мировой культуре). Примеры хроматических моделей: "атомарная" модель интеллекта (АМИ), межконфессиональная имманентность религий (МИР), модель аксиолого-социальной семантики (МАСС) и др., созданные не базе теории и методологии хроматизма.
Типы информационных моделей
Выделяют несколько типов информационных моделей, отличающихся по характеру запросов к ним:
Моделирование отклика системы на внешнее воздействие
Классификация внутренних состояний системы
Прогноз динамики изменения системы
Оценка полноты описания системы и сравнительная информационная значимость параметров системы
Оптимизация параметров системы по отношению к заданной функции ценности
Адаптивное управление системой
Уровни моделей:
структуры
поведения
результатов
Характеристики моделей:
Цель (target)
Точка зрения (view)
Полнота
Целостность и непротиворечивость
Адекватность и согласованность с оригиналом (coherent)
Сложность
Избыточность
Информационные объекты считаются активными образованиями с определенными функциями, которые определяют поведение объекта. Активирование функций объекта проявляется в действии, совершаемом объектом. Упомянутая комбинация (данные + операции над ними) делает объекты мощными средствами для компьютерного моделирования процессов и явлений реального мира. Они становятся удобным инструментом для абстракций: внутренность объектов рассматривается как “черный ящик” (фундаментальное понятие кибернетики), доступ к которому осуществляется только через определенный интерфейс функций (методов).
Структурные связи
Реальные отношения между парой ИО определяются природой реальных объектов, процессов или явлений, отображаемых этими информационными объектами. Примеры реальных отношений: студенческие группы – студенты, группы – преподаватели, предметы – кафедры и т.п.
Функциональная связь проявляется в тех случаях, когда необходима совместная обработка данных, представленных соответствующими информационными объектами (ИО). Реальные отношения определяются множественными отношениями между экземплярами двух видов ИО. Например, реальные отношения ИО Кафедра и Предмет определяются в зависимости от того, одна или несколько учебных дисциплин обеспечивается каждой кафедрой. И, наоборот, одна или несколько кафедр обеспечивают одну и ту же учебную дисциплину. Реальные отношения могут быть разного вида: один-к-одному (1:1), один-ко-многим (1:М), многие-ко-многим (М:N) и, наконец, многие-к-одному (М:1) (см. рис. 3).
(1:1) – отношения имеют место, когда каждому экземпляру первого ИО (А) соответствует только один экземпляр второго ИО (В). И, наоборот, каждому экземпляру ИО (В) соответствует только один экземпляр ИО (А). Такие ИО могут быть легко объединены в один объект. Его структура образуется объединением реквизитов обоих исходных объектов. Ключевым реквизитом может быть выбран любой из ключей исходных ИО.
(1:М) – реальные отношения между ИО проявляются в случае иерархических множественных отношений между экземплярами разных видов (классов). ИО (А) определяется как главный объект, а ИО (В) – как подчиненный объект.
(М:N) - отношения характеризуют сетевую структуру информационной логической модели. Как правило, (М:N) отношения между ИО не могут непосредственно поддерживаться в СУБД.