Основные этапы информационного моделирования

Информационное моделирование – это творческий процесс. Не существует универсального рецепта построения моделей, пригодного на все случаи жизни, но можно выделить основные этапы и закономерности, характерные для создания самых разных моделей.

Первый этап – постановка задачи. Прежде всего следует уяснить цель моделирования. Исходя из цели моделирования, определяется вид и форма представления информационной модели, а также степень детализации и формализации модели. В соответствии с целью моделирования заранее определяются границы применимости создаваемой модели. На этом этапе также необходимо выбрать инструментарий, который будет использоваться при моделировании (например, компьютерную программу).

Второй этап – собственно моделирование, построение модели. На этом этапе важно правильно выявить составляющие систему объекты, их свойства и взаимоотношения и представить всю эту информацию в уже выбранной форме. Создаваемую модель необходимо периодически подвергать критическому анализу, чтобы своевременно выявлять избыточность, противоречивость и несоответствие целям моделирования.

Третий этап – оценка качества модели, заключающаяся в проверке соответствия модели целям моделирования. Такая проверка может производиться путем логических рассуждений, а также экспериментов, в том числе и компьютерных. При этом могут быть уточнены границы применимости модели. В случае выявления несоответствия модели целям моделирования она подлежит частичной или полной переделке.

Четвертый этап – эксплуатация модели, ее применение для решения практических задач в соответствии с целями моделирования.

Пятый этап – анализ полученных результатов и корректировка исследуемой модели.

Практическая работа в 3dsMax

Первое знакомство. Управление объектами

Работа со стандартными примитивами

Создание конструкций из примитивов, управление видами, рендеринг

Единицы измерения, сетка, привязка к сетке, массивы

Сплайны, типы вершин сплайнов, тела вращения

Выдавливание (Extrude), фаска или скос (bevel), лофтинг (loft), простые ландшафты

Работа с материалами

Составные материалы

Освещение

Вычитание. Создание системы стен. Организация проемов вычитанием

АЛГОРИТМИЗАЦИЯ И ПРОГРАММИРОВАНИЕ

Алгоритмы

Появление алгоритмов связывают с зарождением математики. Более 1000 лет назад (в 825 году) ученый из города Хорезма Абдулла (или Абу Джафар) Мухаммед бен Муса аль-Хорезми создал книгу по математике, в которой описал способы выполнения арифметических действий над многозначными числами. Само слово алгоритм возникло в Европе после перевода на латынь книги этого математика.

Алгоритм – описание последовательности действий (план), строгое исполнение которых приводит к решению поставленной задачи за конечное число шагов.

За время своего существования человечество выработало правила поведения в определенных ситуациях для достижения поставленных целей. Часто эти правила можно представить в виде инструкций, состоящих из последовательно выполняемых пунктов (шагов). Так, например, в первобытном обществе инструкция охотникам по восполнению продовольственных запасов племени могла бы выглядеть следующим образом:

Найти тропу, по которой часто ходят мамонты.

Вырыть на ней большую глубокую яму и замаскировать ветками.

Спрятаться и ждать, пока в яму не провалится мамонт.

Закидать провалившегося мамонта копьями и камнями.

Разделать тушу и доставить ее к хижинам племени.

Возможно, что некоторые наскальные рисунки, сделанные до возникновения письменности, представляли собой своеобразную запись таких инструкций.

Перечни поочередно выполняемых действий используются в самых различных сферах человеческой деятельности. В качестве примеров можно привести правила выполнения умножения и деления чисел “столбиком” в арифметике, пошаговые инструкции по выполнению физических или химических опытов, сборке мебели, подготовки к работе фотоаппарата.

Свойства алгоритмов:
1. Дискретность (алгоритм должен состоять из конкретных действий, следующих в определенном порядке);
2. Детерминированность (любое действие должно быть строго и недвусмысленно определено в каждом случае);
3. Конечность (каждое действие и алгоритм в целом должны иметь возможность завершения);
4. Массовость (один и тот же алгоритм можно использовать с разными исходными данными);
5. Результативность (отсутствие ошибок, алгоритм должен приводить к правильному результату для всех допустимых входных значениях).

Виды алгоритмов:
1. Линейный алгоритм (описание действий, которые выполняются однократно в заданном порядке);
2. Циклический алгоритм (описание действий, которые должны повторятся указанное число раз или пока не выполнено задание);
3. Разветвляющий алгоритм (алгоритм, в котором в зависимости от условия выполняется либо одна, либо другая последовательность действий)
4. Вспомогательный алгоритм (алгоритм, который можно использовать в других алгоритмах, указав только его имя).

Для более наглядного представления алгоритма широко используется графическая форма - блок-схема , которая составляется из стандартных графических объектов.

Вид стандартного графического объекта	Назначение
	Начало алгоритма
	Конец алгоритма
	Выполняемое действие записывается внутри прямоугольника
	Условие выполнения действий записывается внутри ромба
	Счетчик кол-во повторов
	Последовательность выполнения действий.

Стадии создания алгоритма:
1. Алгоритм должен быть представлен в форме, понятной человеку, который его разрабатывает.
2. Алгоритм должен быть представлен в форме, понятной тому объекту (в том числе и человеку), который будет выполнять описанные в алгоритме действия.

Исполнитель - объект, который выполняет алгоритм.

Идеальными исполнителями являются машины, роботы, компьютеры...

Исполнитель способен выполнить только ограниченное количество команд. Поэтому алгоритм разрабатывается и детализируется так, чтобы в нем присутствовали только те команды и конструкции, которые может выполнить исполнитель.

Исполнитель, как и любой объект, находится в определенной среде и может выполнять только допустимые в нем действия. Если исполнитель встретит в алгоритме неизвестную ему команду, то выполнение алгоритма прекратится.

Компьютер – автоматический исполнитель алгоритмов.

Алгоритм, записанный на «понятном» компьютеру языке программирования, называется программой .

Программирование - процесс составления программы для компьютера. Для первых ЭВМ программы записывались в виде последовательности элементарных операций. Это была очень трудоемкая и неэффективная работа. Поэтому в последствии были разработанные специальные языки программирования. В настоящее время существует множество искусственных языков для составления программ. Однако, так и не удалось создать идеальный язык, который бы устроил бы всех.

Линейный алгоритм

Существует большое количество алгоритмов, в которых команды должны быть выполнены одна за другой. Такие алгоритмы называются линейными .

Программа имеет линейную структуру, если все операторы (команды) выполняются последовательно друг за другом.

Разветвляющийся алгоритм

Разветвляющий алгоритм – это алгоритм, в котором в зависимости от условия выполняется либо одна, либо другая последовательность действий.

Во многих случаях требуется, чтобы при одних условиях выполнялась одна последовательность действий, а при других - другая.

Вся программа состоит из команд (операторов). Команды бывают простые и составные (команды, внутри которых встречаются другие команды). Составные команды часто называют управляющими конструкциями. Этим подчеркивается то, что эти операторы управляют дальнейшим ходом программы.

Алгоритмическая структура «цикл». Циклы со счетчиком и циклы по условию

Лучшее качества компьютеров проявляются не тогда, когда они рассчитывают значения сложных выражений, а когда многократно, с незначительными изменениями, повторяют сравнительно простые операции. Даже очень простые расчеты могут поставить человека в тупик, если их надо повторить тысячи раз, а повторять операции миллионы раз человек совершенно не способен.

С необходимостью повторяющихся вычислений программисты сталкиваются постоянно. Например, если надо подсчитать, сколько раз буква "о" встречается в тексте необходимо перебрать все буквы. При всей простоте этой программы исполнить ее человеку очень трудно, а для компьютера это задача на несколько секунд.

Циклический алгоритм - описание действий, которые должны повторяться указанное число раз или пока не выполнено заданное условие.

Перечень повторяющихся действий называют телом цикла .

Например, на уроке физкультуры вы должны пробежать некоторое количество кругов вокруг стадиона.

Такие циклы называются - циклы со счетчиком.

В субботу вечером вы смотрите телевизор. Время от времени поглядываете на часы и если время меньше полуночи, то продолжаете смотреть телевизор, если это не так, то вы прекращаете просмотр телепередач.

Циклы такого вида называют - циклы с предусловием.

Вам надо поточить все карандаши в коробке. Вы точите один карандаш и откладываете его в сторону. Затем проверяете, остались ли карандаши в коробке. Если условие ложно, то снова выполняется действие "заточить карандаш". Как только условие становится истинным, то цикл прекращается.

Циклы такого вида называют - циклы с постусловием .

Программирование

Объектно-ориентированное является в настоящее время наиболее популярной технологией программирования. Объектно-ориентированными языками программирования являются Visual Basic, Pascal, Visual Basic for Application (VBA), Delphi и др.

Основной единицей в объектно-ориентированном программировании является объект , который заключает в себе (инкапсулирует) как описывающие его данные (свойства ), так и средства обработки этих данных (методы ).

Объекты, заключающие одинаковый перечень свойств и методов, объединяются в классы . Каждый отдельный объект является экземпляром класса . Экземпляры класса могут иметь отличающиеся значения свойств.
Например, в среде Windows&Office в приложении Word существует класс объектов документ, который обозначается следующим образом: Documents ()
Класс объектов может содержать множество различных документов (экземпляров класса), каждый из которых имеет свое имя. Например, один из документов может иметь имя flpo6a.doc: Documents ("npo6a.doc")
Объекты в приложениях образуют некоторую иерархию. На вершине иерархии объектов находится приложение. Так, иерархия объектов приложения Word включает в себя следующие объекты: приложение (Aplication), документ (Documents), фрагмент документа (Selection), символ (Character) и др.
Полная ссылка на объект состоит из ряда имен вложенных последовательно друг в друга объектов. Разделителями имен объектов в этом ряду являются точки, ряд начинается с объекта наиболее высокого уровня и заканчивается именем интересующего нас объекта.
Например, ссылка на документ flpo6a.doc в приложении Word будет выглядеть следующим образом: Application . Documents ("Проба. doc")
Чтобы объект выполнил какую-либо операцию, необходимо задать метод. Многие методы имеют аргументы, которые позволяют установить параметры выполняемых действий. Для присваивания аргументам конкретных значений применяется двоеточие и знак равенства, а между собой аргументы отделяются запятой. Синтаксис команды применения метода объекта следующий: Объект.Метод:=значение, арг2:=значение
Например, операция открытия в приложении Word документа flpo6a.doc должна содержать не только название метода Open, но и указание пути к открываемому файлу (аргументу метода FileName необходимо присвоить конкретное значение): Documents () .Open FileName: ="С: ДокументыПроба. doc"
Чтобы изменить состояние объекта, необходимо определить новые значения его свойств. Для присваивания свойству конкретного значения используется знак равенства. Синтаксис установки значения свойства объекта следующий: Объект.Свойство = ЗначениеСвойства
Одним из классов объектов является класс символов Characters (). Экземпляры класса нумеруются: Characters (I), Characters (2) и т. д. Установим во фрагменте текста (объект Selection) для первого символа (объект Characters (1)) начертание полужирный (свойство Bold).
Свойство Bold имеет два значения и может быть установлено (значение True) или не установлено (значение False). Значения True и False являются ключевыми словами языка.Присвоим свойству Bold значение True: Selection.Characters(1).Bold = True
Объектно-ориентированное программирование по своей сути - это создание приложений из объектов, подобно тому как из блоков и различных деталей строятся дома. Одни объекты приходится полностью создавать самостоятельно, тогда как другие можно позаимствовать в готовом виде из разнообразных программных библиотек.

Практическая работа в QBasic

Знакомство с QBasic. Вывод текста.

Вывод текста и символов

Управление цветом в текстовом режиме

Решение математических задач

Ввод данных с клавиатуры. Оператор INPUT

Операторы условия

Операторы цикла

Текстовый и графический режимы мониторов

Графические примитивы

Массивы

Практическая работа в Pascal

Структура языка, основные операторы

Расположение символов

Арифметические операции и выражения

Введение понятия переменной

Типы переменных

Операторы деления

Оператор чтения read

Оператор условия if…then

Массивы

Графика

ИНФОРМАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ

ТЕХНОЛОГИЯ ОБРАБОТКИ ТЕКСТОВОЙ ИНФОРМАЦИИ

Текстом называется любая последовательность сим-волов, к которым относятся буквы, пробел, знаки препина-ния, цифры, знаки арифметических операций и операций отношения и т. п.

К аппаратным средствам ввода текста относятся клавиа-тура, сканер, световой карандаш и др.

Текстовый редактор - программное средство, предназна-ченное для создания (ввода, набора), редактирования и оформления текстов.

Основные функции текстового редактора:

обеспечение ввода текста с клавиатуры или из существующего файла;

редактирование текста (добавление, изменение, удале-ние или копирование фрагментов текста, символов, слов и т. д.);

оформление текста (выбор шрифтов, способа выравни-вания, установление межстрочного интервала, интерва-ла между абзацами и т. п.);

размещение текста на странице (установка размера страницы, полей, отступов; разбиение на колонки; расстановка номеров страниц, колонтитулов и пр.);

сохранение текста в файле на внешнем носителе или получение твердой копии (печать текста);

проверка орфографии, подбор синонимов, контекстный поиск и замена;

выдача подсказок и прочее.

Если рассматривать текст как систему, то элементами его будут отдельные символы, слова, строки, предложения, аб-зацы.

Абзацем в обычном тексте называют часть текста от од-ной красной строки до другой.

В текстовом редакторе абзац - это часть текста от одного признака конца строки до другого (чаще всего признак кон-ца строки вставляется в текст автоматически при нажатии клавиши ввода).

Над абзацами в текстовых редакторах выполняются та-кие операции, как выравнивание, установка межстрочного интервала, установка отступа красной строки.

В текстовых редакторах допустимы операции над отдель-ными элементами текста, даже если они не выделены, на-пример, операции над символами (удаление, вставка, заме-на), абзацами (выравнивание, отступы), но основной принцип оформления текста в текстовом редакторе «вы- дели и преобразуй».

В текстовых редакторах большинство операций по преоб-разованию текста осуществляется над выделенными фраг-ментами текста, например, такие операции, как копирова-ние и перенос.

Наиболее распространенные текстовые редакторы: «Лек-сикон», Edit, «Слово и дело», Ched, NotePad, Write.

Текстовый процессор отличается от текстового редактора более широкими функциональными возможностями, таки-ми как:

настраиваемое пользователем меню;

использование контекстного меню;

сопровождение текста таблицами и проведение в них простейших расчетов;

вставка графических объектов (рисунков, диаграмм, заголовков и пр.) или создание рисунков с помощью встроенных инструментов;

вставка формул, графиков, диаграмм;

оформление текста списками, буквицами;

использование инструмента автокоррекции текста и его автореферирования;

создание и использование макросов;

фоновая проверка орфографии, синтаксиса и многое другое.

Наиболее распространенные текстовые процессоры: Word (Microsoft Office), Word Pro (Lotus SmartSuite), WordPerfect (Perfect Office), WordExpress, Accent.

Практическая работа в текстовом редакторе WordPad

Знакомство с WordPad. Ввод текста

Форматирование текста

Списки

Вставка рисунка

Практическая работа в текстовом процессоре MS Word

Знакомство с MSWord. Ввод текста

Выделение фрагментов текста. Отступ.

Форматирование текста

Списки

Вставка рисунка

Работа с таблицами

Рисование в Word

Колонтитулы. Нумерация страниц

Вставка формул

ТЕХНОЛОГИЯ ОБРАБОТКИ ГРАФИЧЕСКОЙ ИНФОРМАЦИИ

Для обработки изображений на компьютере используют-ся специальные программы - графические редакторы. Гра-фические редакторы также можно разделить на две катего-рии: растровые и векторные.

Растровые графические редакторы являются наилучшим средством обработки фотографий и рисунков, поскольку растровые изображения обеспечивают высокую точность пе-редачи градаций цветов и полутонов.

Среди растровых графических редакторов есть простые, на-пример стандартное приложение Paint, и мощные профессио-нальные графические системы, например Adobe Photoshop.

К векторным графическим редакторам относятся графи-ческий редактор, встроенный в текстовый редактор Word. Среди профессиональных векторных графических систем наиболее распространена CorelDRAW.

Графический редактор - это программа создания, редак-тирования и просмотра графических изображений.

Для создания рисунка традиционными методами необхо-димо выбрать инструмент рисования (это могут быть фло-мастеры, кисть с красками, карандаши, пастель и многое другое). Графические редакторы также предоставляют воз-можность выбора инструментов для создания и редактиро-вания графических изображений, объединяя их в панели инструментов.

Практическая работа в графическом редакторе Paint

Изучение возможностей редактора Paint

Создание простейших рисунков.

Повторяющиеся элементы. Симметрия.

Практическая работа в графическом редакторе Photoshop

Звезда

Цветок

Золотая цепь

Золотой текст

Текстура дерева Документ

Информатика и Информационные технологии ОГЛАВЛЕНИЕ Информация 4 Информационные процессы 4 Информатизация 5 Информатика 5 ПРЕДСТАВЛЕНИЕ ИНФОРМАЦИИ 6 Язык, как способ...

1. Информатика и информационные технологии

   Документ

   А именно: автоматическое формирование оглавления документа, автоматическая нумерация различных... знаний, 2006. – 511 с. Содержание 1.Информатика и информационные технологии . 1 1.1.Основные задачи информатики . 1 1.2.Сигналы, данные, информация. ...

2. Информатика и информационные технологии в экономике методические указания для подготовки отчета по учебной практике красноярск 2007

   Методические указания

   В.А. Филиппов К.А. Ширяева Т.А. Шлепкин А.К. Информатика и информационные технологии в экономике: методические указания для подготовки... количество уровней – 2. Измените стили оглавления (Оглавление 1 и Оглавление 2): Шрифт 14, Межстрочный интервал...

3. ИНФОРМАТИКА И ИНФОРМАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ В ВУЗЕ

   Научно-методический журнал

4. Информационные технологии теория и практика

   Сборник научно-методических статей

   А. В. Авторская программа профильного курса по информатике и информационным технологиям / А. В. Могилев // Информатика и образование. – 2006. – № 8. – С. ... HTML(PDF) файлов. Создаётся оглавление . Происходит иерархическое структурирование файлов. ...

Презентация:

2. Что такое модель? В каких случаях используется моделирование? Модель - новый объект, отражающий существенные с точки зрения цели моделирования признаки изучаемого предмета, процесса или явления.

Моделирование используется в случаях, когда объект слишком велик или слишком мал, процесс протекает очень быстро или очень медленно, исследование объекта может быть опасным для окружающих и так далее.

3. Подтвердите на примерах справедливость следующих высказываний:
а) одному объекту может соответствовать несколько моделей;
б) одна модель может соответствовать нескольким объектам.

Примеры:
а - Объект: Автомобиль, модели: парковочное место, рисунок, дорожный знак, машинка на радиоуправлении.
б - Модель: Схема, объекты: схема метро, схема здания, радиосхемы

4. Приведите примеры натурных и информационных моделей.

Натурные модели: игрушка, манекен, фотография и т.д.
Информационные модели: таблица, график, формула и т.д.

5. В приведённом перечне моделей укажите те, которые могут использоваться для:

а - макет застройки жилого района; фотоснимки движения воздушных масс.
б - фотоснимки движения воздушных масс; модель полёта самолёта новой конструкции в аэродинамической трубе; схема строения внутренних органов человека.
в - фотоснимки движения воздушных масс; модель полёта самолёта новой конструкции в аэродинамической трубе; схема строения внутренних органов человека.
г - фотоснимки движения воздушных масс; расписание движения поездов; модель полёта самолёта новой конструкции в аэродинамической трубе.
д - расписание движения поездов.

6. Приведите пример информационной модели

а - парень, рост 173 см, карие глаза, брюнет.
б - высокий парень, русый, атлетического телосложения, ловкий, быстрый.
в - добрый, пушистый, постоянно мяукает.
г - 3 этаж, просторная 3-ёх комнатная квартира.
д - твердая обложка
е - CD-R диск с ёмкостью 700 Мб, записана рок музыка.
ж - Российский город, многонациональный, находится в Нижегородской области.

7. Опишите этапы построения информационной модели. В чём суть этапа формализации?

Построение инф.модели начинается с анализа условия задачи. После анализа определяется объект и цель моделирования. После выделяются существенные признаки модели и в конце формализация.
Формализация - это замена реального объекта его формальным описанием, то есть его информационной моделью.

8. Перечислите виды информационных моделей в зависимости от формы представления информации об объекте моделирования. Приведите примеры информационных моделей каждого вида.

Схема - схема метро, дорожная карта и т. д.
Таблица - классный журнал, прайс-лист продукции и т. д.
Иерархическая модель - классификация видов животных, расположение книг в библиотеке и т. д.

На этом этапе выясняются свойства, состояния, действия и другие характеристики элементарных объектов в любой форме: устно, в виде схем, таблиц. Формируется представление об элементарных объектах, составляющих исходный объект, т. е. информационная модель.

Модели должны отражать наиболее существенные признаки, свойства, состояния и отношения объектов предметного мира. Именно они дают полную информацию об объекте. Она может быть разносторонней и весьма обширной.

Информации не обязательно должно быть много. Важно, чтобы она была «по существу вопроса», т. е. соответствовала цели, для которой используется.

Чтобы изучить объект, человек собирает о нем информацию.В зависимости от того, с какой целью он исследуется, какими средствами и знаниями обладает человек, будет получена разная по объему информация. Один и тот же объект можно рассматривать с разных точек зрения и, соответственно, описывать его по-разному. Некоторые свойства объекта можно записать в виде формул, связывающих различные параметры. Например, закон сохранения массы при химических реакциях или законы преломления света и т. д. Для описания объектов, их свойств и отношений можно использовать различные схемы, рисунки, знаковые системы, числовые характеристики. И хотя информация не может заменить реальный объект, но каждое такое описание будет с разной степенью точности его характеризовать.

В информационной модели параметры объекта и его составляющих представлены в числовой, текстовой или иной форме, а действия в ходе исследования - в виде процессов обработки информации.

Информационные модели играют очень важную роль в жизни человека.

Знания, получаемые вами в институте, имеют вид информационной модели, предназначенной для целей изучения предметов и явлений.

Информационная модель никогда не характеризует объект полностью, да и не должна делать этого. Для одного и того же объекта можно построить различные информационные модели.

Выберем для моделирования такой объект, как «человек». Человека можно рассмотреть с различных точек зрения: как отдельного индивидуума и как человека вообще.

Если иметь в виду конкретного человека, то можно построить модели, которые представлены в табл. 2.1-2.3.

Таблица 2.1. Информационная модель курсанта

Таблица 2.2. Информационная модель посетителя мед. кабинета

Таблица 2.3. Информационная модель работника предприятия

Если рассматривать человека как биологический вид, то можно построить информационные модели, описывающие строение или функционирование различных систем организма, например нервной системы или системы кровообращения.

Рассмотрим и другие примеры различных информационных моделей для одного и того же объекта.

Многочисленные свидетели преступления сообщили разнообразную информацию о предполагаемом злоумышленнике - этоих информационные модели. Представителю милиции следует выбрать из потока сведений наиболее существенные, которые помогут найти преступника и задержать его. У представителя закона может сложиться не одна информационная модель бандита. От того, насколько правильно будут выбраны существенные черты и отброшены второстепенные, зависит успех дела.

Выбор наиболее существенной информации при создании информационной модели и ее сложность обусловлены целью моделирования.

Построение информационной модели является отправным пунктом этапа разработки модели.

Все входные параметры объектов, выделенные при анализе, располагают в порядке убывания значимости и проводят упрощение модели в соответствии с целью моделирования. При этом отбрасываются факторы, несущественные с точки зрения того, кто определяет модель. Если же отбросить наиболее существенные факторы, то модель окажется неверной.

В зависимости от количества определяющих факторов можно построить несколько моделей. Во многих исследованиях используется прием создания моделей для одного объекта, начиная с простейших - с минимальным набором определяющих параметров. Далее модели усложняются, т. е. вводятся те параметры, которые прежде были отброшены.

Иногда задача изначально может быть сформулирована в упрощенной форме. В ней четко поставлены цели и определены параметры модели, которые надо учесть.

Все элементарные объекты, выделенные при анализе, должны быть показаны во взаимосвязи. В информационной модели отображаются только бесспорные связи и очевидные действия. Такая модель дает первичную идею, определяющую дальнейший ход моделирования.

Знаковая модель

Информационная модель, как правило, представляется в той или иной знаковой форме, которая может быть либо компьютерной, либо некомпьютерной. Прежде чем взяться за компьютерное моделирование, человек делает предварительные наброски чертежей либо схем на бумаге, выводит расчетные формулы. Процесс творчества и исследования всегда предполагает мучительные поиски и корзины выброшенных черновиков. И лишь для простых, знакомых по содержанию задач не нужны некомпьютерные знаковые модели. Сегодня, когда компьютер стал основным инструментом исследователя, многие предпочитают и предварительные наброски, формулы сразу составлять и записывать на нем.

Компьютерная модель

Теперь, когда сформирована информационная знаковая модель, можно приступать собственно к компьютерному моделированию - созданию компьютерной модели. Сразу возникает вопрос о средствах, которые необходимы для этого, т. е. об инструментах моделирования .

Существует бесчисленное множество программных комплексов, которые позволяют проводить исследование (моделирование) информационных моделей. Каждая программная среда имеет свой инструментарий и позволяет работать с определенными видами информационных объектов. Поэтому перед исследователем возникает нелегкий вопрос выбора наиболее удобной и эффективной среды для решения поставленной задачи.

Некоторые программные среды используются человеком как эффективное вспомогательное средство для реализации собственных замыслов. Иначе говоря, человек уже знает, какова будет модель, и использует компьютер для придания ей знаковой формы. Например, для построения геометрических моделей, схем используются графические среды, для словесных или табличных описаний - среда текстового редактора.

Другие программные среды используются как средство обработки исходной информации и получения и анализа результатов. Здесь компьютер выступает как интеллектуальный помощник. Так ведется обработка больших объемов информации в среде баз данных или проводятся вычисления в электронных таблицах.

В процессе разработки компьютерной модели исходная информационная знаковая модель будет претерпевать некоторые изменения по форме представления, т. к. должна ориентироваться на конкретную программную среду и инструментарий.

Например, если вы исследуете геометрическую модель, состоящую из элементарных графических объектов, для моделирования удобна среда графического редактора. Однако для разработки геометрических моделей в некоторых случаях может понадобиться среда программирования, обладающая графическими средствами.

Для словесных моделей используются текстовые процессоры с широкими возможностями оформления выходного документа - редактором формул, встроенной деловой графикой, элементами таблиц.

Существуют разнообразные программы, позволяющие включать в описание блок-схемы алгоритмов, электронные схемы, диаграммы и т. п.

Информационные модели, где отображена не только информация об объектах, но и указаны их взаимосвязи, реализуются в системах управления базами данных.

Если же вы исследуете математическую модель, то вам не подходит ни среда графического редактора, ни среда базы данных, ни среда текстового процессора. Эффективное средство исследования математических моделей - среда программирования, где компьютерная модель представляется в форме программы. Другой мощный инструмент исследования таких моделей - среда электронной таблицы. Тут исходная информационная знаковая модель представляется в форме таблицы, связывающей элементарные объекты по правилам построения связей в этой среде.

Компьютерная модель - модель, реализованная средствами программной среды.

Исходя из вышесказанного, можно сделать вывод, что при моделировании на компьютере необходимо иметь представление о классах программных средств, их назначении, инструментарии и технологических приемах работы.

В данной работе мы предлагаем как можно подробно разобрать тему моделирования в информатике. Этот раздел имеет большое значение для подготовки будущих специалистов в сфере информационных технологий.

Для решения любой задачи (производственной или научной) информатика использует следующую цепочку:

В ней стоит уделить особое внимание понятию «модель». Без наличия данного звена решение задачи не будет возможным. Зачем же используется модель и что под данным термином понимается? Об этом мы и поговорим в следующем разделе.

Модель

Моделирование в информатике - это составление образа какого-либо реально существующего объекта, который отражает все существенные признаки и свойства. Модель для решения задачи необходима, так как она, собственно, и используется в процессе решения.

В школьном курсе информатики тема моделирования начинает изучаться еще в шестом классе. В самом начале детей необходимо познакомить с понятием модели. Что это такое?

• Упрощенное подобие объекта;
• Уменьшенная копия реального объекта;
• Схема явления или процесса;
• Изображение явления или процесса;
• Описание явления или процесса;
• Физический аналог объекта;
• Информационный аналог;
• Объект-заменитель, отражающий свойства реального объекта и так далее.

Модель - это очень широкое понятие, как это уже стало ясно из вышеперечисленного. Важно отметить, что все модели принято делить на группы:

• материальные;
• идеальные.

Под материальной моделью понимают предмет, основанный на реально существующем объекте. Это может быть какое-либо тело или процесс. Данную группу принято подразделять еще на два вида:

• физические;
• аналоговые.

Такая классификация носит условный характер, ведь четкую границу между двумя этими подвидами провести очень трудно.

Идеальную модель охарактеризовать еще труднее. Она связаны с:

• мышлением;
• воображением;
• восприятием.

К ней можно отнести произведения искусства (театр, живопись, литература и так далее).

Цели моделирования

Моделирование в информатике - это очень важный этап, так как он преследует массу целей. Сейчас предлагаем с ними познакомиться.

В первую очередь моделирование помогает познать окружающий нас мир. Испокон веков люди накапливали полученные знания и передавали их своим потомкам. Таким образом появилась модель нашей планеты (глобус).

В прошлые века осуществлялось моделирование несуществующих объектов, которые сейчас прочно закрепились в нашей жизни (зонт, мельница и так далее). В настоящее время можелирование направлено на:

• выявление последствий какого-либо процесса (увеличения стоимости проезда или утилизации химических отходов под землей);
• обеспечение эффективности принимаемых решений.

Задачи моделирования

Информационная модель

Теперь поговорим еще об одном виде моделей, изучаемых в школьном курсе информатики. Компьютерное моделирование, которое необходимо освоить каждому будущему IT-специалисту, включает в себя процесс реализации информационной модели при помощи компьютерных средств. Но что это такое, информационная модель?

Она представляет собой целый перечень информации о каком-либо объекте. Что данная модель описывает, и какую полезную информацию несет:

• свойства моделируемого объекта;
• его состояние;
• связи с окружающим миром;
• отношения с внешними объектами.

Что может служить информационной моделью:

• словесное описание;
• текст;
• рисунок;
• таблица;
• схема;
• чертеж;
• формула и так далее.

Отличительная особенность информационной модели заключается в том, что ее нельзя потрогать, попробовать на вкус и так далее. Она не несет материального воплощения, так как представлена в виде информации.

Системный подход к созданию модели

В каком классе школьной программы изучается моделирование? Информатика 9 класса знакомит учеников с данной темой более подробно. Именно в этом классе ребенок узнает о системном подходе моделирования. Предлагаем об этом поговорить немного подробнее.

Начнем с понятия «система». Это группа взаимосвязанных между собой элементов, которые действуют совместно для выполнения поставленной задачи. Для построения модели часто пользуются системным подходом, так как объект рассматривается как система, функционирующая в некоторой среде. Если моделируется какой-либо сложный объект, то систему принято разбивать на более мелкие части - подсистемы.

Цель использования

Сейчас мы рассмотрим цели моделирования (информатика 11 класс). Ранее говорилось, что все модели делятся на некоторые виды и классы, но границы между ними условны. Есть несколько признаков, по которым принято классифицировать модели: цель, область знаний, фактор времени, способ представления.

Что касается целей, то принято выделять следующие виды:

• учебные;
• опытные;
• имитационные;
• игровые;
• научно-технические.

К первому виду относятся учебные материалы. Ко второму уменьшенные или увеличенные копии реальных объектов (модель сооружения, крыла самолета и так далее). позволяет предугадать исход какого-либо события. Имитационное моделирование часто применяется в медицине и социальной сфере. Наример, модель помогает понять, как люди отреагируют на ту или иную реформу? Прежде чем сделать серьезную операцию человеку по пересадке органа, было проведено множество опытов. Другими словами, имитационная модель позволяет решить проблему методом «проб и ошибок». Игровая модель - это своего рода экономическая, деловая или военная игра. С помощью данной модели можно предугадать поведение объекта в разных ситуациях. Научно-техническую модель используют для изучения какого-либо процесса или явления (прибор имитирующий грозовой разряд, модель движения планет Солнечной системы и так далее).

Область знаний

В каком классе учеников более подробно знакомят с моделированием? Информатика 9 класса делает упор на подготовку своих учеников к экзаменам для поступления в высшие учебные заведения. Так как в билетах ЕГЭ и ГИА встречаются вопросы по моделированию, то сейчас необходимо как можно подробнее рассмотреть эту тему. И так, как происходит классификация по области знаний? По данному признаку выделяют следующие виды:

• биологические (например, искусственно вызванные у животных болезни, генетические нарушения, злокачественные новообразования);
• поведения фирмы, модель формирования рыночной цены и так далее);
• исторические (генеалогическое дерево, модели исторических событий, модель римского войска и тому подобное);
• социологические (модель личного интереса, поведение банкиров при адаптации к новым экономическим условиям) и так далее.

Фактор времени

По данной характеристике различают два вида моделей:

• динамические;
• статические.

Уже, судя по одному названию, не трудно догадаться, что первый вид отражает функционирование, развитие и изменение какого-либо объекта во времени. Статическая наоборот способна описать объект в какой-то конкретный момент времени. Этот вид иногда называют структурным, так как модель отражает строение и параметры объекта, то есть дает срез информации о нем.

Примерами являются:

• набор формул, отражающих движение планет Солнечной системы;
• график изменения температуры воздуха;
• видеозапись извержения вулкана и так далее.

Примерами статистической модели служат:

• перечень планет Солнечной системы;
• карта местности и так далее.

Способ представления

Для начала очень важно сказать, что все модели имеют вид и форму, они всегда из чего-то делаются, как-то представляются или описываются. По данному признаку принято таким образом:

• материальные;
• нематериальные.

К первому виду относятся материальные копии существующих объектов. Их можно потрогать, понюхать и так далее. Они отражают внешние или внутренние свойства, действия какого-либо объекта. Для чего нужны материальные модели? Они используются для экспериментального метода познания (опытного метода).

К нематериальным моделям мы уже тоже обращались ранее. Они используют теоретический метод познания. Такие модели принято называть идеальными либо абстрактными. Эта категория делится еще на несколько подвидов: воображаемые модели и информационные.

Информационные модели приводят перечень различной информации об объекте. В качестве информационной модели могут выступать таблицы, рисунки, словесные описания, схемы и так далее. Почему данную модель называют нематериальной? Все дело в том, что ее нельзя потрогать, так как она не имеет материального воплощения. Среди информационных моделей различают знаковые и наглядные.

Воображаемая модель - это один из Это творческий процесс, проходящий в воображении человека, который предшествует созданию материального объекта.

Этапы моделирования

Тема по информатике 9 класса «Моделирование и формализация» имеет большой вес. Она обязательна к изучению. В 9-11 классе преподаватель обязан познакомить учеников с этапами создания моделей. Этим мы сейчас и займемся. Итак, выделяют следующие этапы моделирования:

• содержательная постановка задачи;
• математическая постановка задачи;
• разработки с использованием ЭВМ;
• эксплуатация модели;
• получение результата.

Важно отметить, что при изучении всего, что окружает нас, используется процессы моделирования, формализации. Информатика - это предмет, посвященный современным методам изучения и решения каких-либо проблем. Следовательно, упор делается на модели, которые можно реализовать при помощи ЭВМ. Особое внимание в этой теме следует уделить пункту разработки алгоритма решения при помощи электронно-вычислительных машин.

Связи между объектами

Теперь поговорим немного о связях между объектами. Всего выделяют три вида:

• один к одному (обозначается такая связь односторонней стрелкой в одну или в другую сторону);
• один ко многим (множественная связь обозначается двойной стрелкой);
• многие ко многим (такая связь обозначается двойной стрелкой).

Важно отметить, что связи могут быть условными и безусловными. Безусловная связь предполагает использование каждого экземпляра объекта. А в условной задействованы только отдельные элементы.

Как правило, практические задачи формулируются достаточно понятно с точки зрения пользователя, но такая формулировка не обладает достаточной четкостью и строгостью.

§ разработать наиболее эффективный (калорийный, разнообразный и дешевый) рацион питания в школьной столовой и т.д.

Чтобы такую задачу можно было решить с помощью компьютера, надо выполнить постановку задачи : выяснить, что известно и что явится результатом решения, а также как связаны исходные данные и результаты. Для этого важно определить существенные свойства объектов и явлений, о которых идет речь в задаче, и пренебречь несущественными .

Иногда об этом забывают. Например, если в задаче требуется определить площадь верхней поверхности стола (столешницы), не задумываясь говорят, что надо измерить длину и ширину. Однако существенным свойством стола может оказаться то, что он круглый, тогда затруднительно вести речь о длине и ширине. Кроме того, даже если определили, что столешница имеет прямоугольную форму, следует договориться, что небольшие неровности не оказывают существенного влияния на величину площади.

Важно также определить, в каких единицах и с какой точностью будут произведены измерения и вычисления. Кроме того, следует определить ограничения , налагаемые на возможные значения исходных данных и результатов. В примере с прямоугольным столом длина и ширина не могут быть отрицательными числами, а также иметь нереально большие или малые значения.

Все эти сведения образуют информационную модель задачи .

Главное свойство модели – упрощать изучаемое явление, сохраняя его существенные свойства. Информационной моделью задачи можно назвать информацию об объектах и явлениях, фигурирующих в задаче, значимую с точки зрения задачи и зафиксированную в текстовой, числовой или иной сигнальной форме.

Шаги построения информационной модели:

1. Определить существенные и несущественные свойства объектов и явлений, описываемых в задаче.

2. Выделить характеристики объектов и явлений, значимые с точки зрения задачи, и на этой основе определить исходные данные. Для исходных данных, выраженных в числовой форме, соотнести единицы измерения, определить точность и указать ограничения, налагаемые на их значения.

3. Определить, что является результатом решения задачи и в какой форме он должен быть получен. Указать ограничения.

4. Выявить связи между исходными данными и результатами. Если такие связи можно выразить на языке математики, то говорят о математической модели задачи как о частном случае информационной модели.

5. Определить метод достижения результата.

Формализация задачи

На этом этапе происходит фиксация информационной модели, выбирается форма представления данных, образующих информационную модель, наиболее удобная для компьютерной обработки. Часто первые два этапа не имеют четкой границы и могут рассматриваться как единое целое.

Рассмотрим пример.

Задача. Определить, успеют ли к поезду путешественники, которые отправились от места стоянки к станции на автомобиле.

Построение информационной модели. Существенными характеристиками являются: расстояние от места стоянки до станции; время, которое осталось до отхода поезда; характер движения автомобиля. Предположим, что автомобиль двигался с некоторой начальной скоростью и постоянным ускорением. Тогда время, которое автомобиль находился в пути, надо сравнить с имеющимся запасом времени и сделать соответствующий вывод. Время в пути можно определить из соотношения между расстоянием, начальной скоростью и ускорением, которые будут являться исходными данными. Все эти характеристики имеют числовые значения (вещественные числа) и должны быть положительны. Промежуточный результат – время в пути – также должен выражаться положительным числом. Кроме того, значения начальной скорости и ускорения должны быть в пределах разумного. Единицы измерения: км, час, км/час, км/час за час.

Формализация.

Исходные данные:

S - расстояние от места стоянки до станции

tz - запас времени до отхода поезда

V 0 - начальная скорость

а - ускорение

Результат: сообщение о том, успеют ли путешественники на поезд.