Формирование основных понятий раздела "Формализация и моделирование" в базовом курсе информатики. Информационная модель объекта формируется на основе


1 Понятие информационной модели

Информационные системы – это компьютерные технологии, предназначенные для работы с большими объемами информации, относящейся к определенной сфере научной или практической деятельности, к сфере планирования и так далее. Компонентой информационной системы является хранимая определенным образом информация, то есть база данных [4].

В наиболее общей форме база данных – это компьютерный эквивалент организованного списка информации. Обычно эта информация имеет общий предмет или цель [2].

Если база данных не делает больше ничего, кроме хранения информации в таблице, польза от нее будет такой же, как и от списка на бумаге. Но так как база данных хранит информацию в электронном формате, можно по-разному манипулировать этой информацией и значительно расширить ее полезность.

Например, в телефонной книге любого города страны информация организована понятным образом, что позволяет найти в определенном городе человека или организацию. Однако если существует необходимость найти номера телефонов всех людей страны, имеющих одинаковую фамилию, эти телефонные книги не смогут помочь, так как поиск такой информации в них не предусмотрен.

Когда информация, опубликованная в телефонной книге, хранится в базе данных, она занимает гораздо меньше места, ее легче и дешевле воспроизводить и распространять, и, если база данных построена корректно, информация из нее может извлекаться различными способами. Настоящая мощь базы данных не в ее способности хранить информацию; она в способности быстро выдавать точную информацию, которую необходимо получить.

Таким образом, информационная система – это база данных по определенной тематике, а также программные средства для создания базы данных и обработки данных [4]. К обработке данных относятся: обновление данных, поиск данных в базе данных и различного рода вычисления на основе данных.

В базе данных могут храниться данные об однотипных объектах: сведения о жителях города, или сведения о телефонах города, или сведения об автомашинах, имеющихся в конкретном городе. Такие однотипные объекты могут быть описаны с помощью их признаков (реквизитов). Для жителей это пол, возраст, адрес и так далее. Для машин – номер, марка, дата регистрации, год выпуска и др. Благодаря тому, что в базе данных используются одни и те же реквизиты, данные могут быть структурированы (например, занесены в таблицу). Это, в свою очередь, позволяет еще более «автоматизировать» работу с базой данных, то есть создать более эффективную информационную систему. В случае подобной, структурированной базы данных, информационная система называется системой управления базами данных.

Итак, система управления базами данных (СУБД) – это программное средство для создания баз данных и для работы с ними. При этом база данных обычно содержит сведения о большом числе однотипных объектов.

Простые программы баз данных, такие, как компонента Database из пакета Microsoft Works, могут хранить информацию только в виде таблицы, которая часто называется однородным (сплошным, «плоским») файлом. Эти простые базы данных часто называются двумерными («плоскими») базами данных. Более сложные программы баз данных, такие, как система управления базами данных Microsoft Access, могут хранить информацию в нескольких связанных таблицах, создавая, таким образом, то, что называется реляционными базами данных. Если информация в реляционной базе данных организована правильно, можно рассматривать эти несколько таблиц как единое место хранения и извлекать электронным способом информацию из этих таблиц в том порядке, в каком требуется.

При разработке информационной системы промышленного предприятия лесного комплекса необходимо учитывать структуру производства, характеристику выпускаемой продукции, применяющиеся материалы и технологические процессы их обработки, использующееся оборудование, должности сотрудников, участвующих в производственном процессе и другие параметры. Реализация данного условия является сложной задачей, которая может быть решена только при всестороннем анализе деятельности предприятия с определением всех взаимосвязей между его составляющими.

В целом любое предприятие можно рассматривать как сложную и большую систему, имеющую отличительные признаки:

- наличие структуры, благодаря которой можно узнать, как устроена система, из каких подсистем и элементов состоит, каковы их функции и взаимосвязи, как система взаимодействует с внешней средой;

- наличие единой цели функционирования, то есть частные цели подсистем и элементов должны быть подчинены цели функционирования системы;

- устойчивость к внешним и внутренним возмущениям. Это свойство подразумевает выполнение системой своих функций в условиях внутренних случайных изменений параметров и дестабилизирующих воздействий внешней среды;

- комплексный состав системы, то есть элементами и подсистемами большой системы являются самые разнообразные по своей природе и принципам функционирования объекты;

- способность к развитию. В основе развития систем лежат противоречия между элементами системы. Снятие противоречий возможно при увеличении функционального разнообразия, а это и есть развитие.

Изучение, анализ и синтез больших систем проводятся на основе системного подхода, который предполагает учет основных свойств таких систем.

Главный принцип системного подхода заключается в рассмотрении отдельных частей явления или сложной системы с учетом их взаимодействия. Системный подход включает в себя выявление структуры системы, типизацию связей, анализ влияния внешней среды. Интерпретация и конкретизация системного подхода реализуется в структурном, блочно-иерархическом и объектно-ориентированном подходах.

Результатом системного анализа является построение некоторой модели системы, отображающей основные свойства рассматриваемой предметной области. Под моделью понимается некоторое представление о системе, отражающее наиболее существенные закономерности ее структуры и процесса функционирования и зафиксированное на некотором языке или в другой форме. Процесс построения и последующего применения моделей для получения информации о системе-оригинале получил название моделирование.

При разработке компьютерных программ, характеризующих свойства отдельных систем, долгое время господствовала теория алгоритмов, согласно которой необходимо было разработать последовательность элементарных действий, каждое из которых требовалось преобразовать в понятные компьютеру инструкции, и при этом любая вычислительная задача могла быть решена. Исходным понятием этой методологии являлось понятие алгоритма, под которым, в общем случае, понимается некоторое предписание выполнения точно определенной последовательности действий, направленных на достижение заданной цели или решения поставленной задачи. В настоящее время все более широкое применение находит объектно-ориентированный подход, при котором обработка данных осуществляется на основе наличия или отсутствия требуемой информации с учетом свойств и методов программируемых объектов.

При использовании имитационного моделирования объекта или модели их описание осуществляется не косвенно, а непосредственно при обязательном структурном подобии. Это значит, что каждому существенному с точки зрения решаемой задачи элементу объекта ставится в соответствие свой элемент модели.

Существуют различные методы имитационного моделирования сложных систем. На первых этапах технологического проектирования наиболее широкое применение нашли логико-лингвистические модели. В настоящее время произошли качественные изменения в этом направлении, связанные с повсеместным применением электронных баз данных. Однако до настоящего времени нет единого универсального подхода к разработке сложных информационных систем, адекватно отражающих технологические процессы.

В качестве модели представления экономических объектов, в том числе производственных процессов, все более широкое использование находят информационные модели. Информационная модель — это отражение предметной области в виде информации. Предметная область представляет собой часть реального мира, которая исследуется или используется. Отображение предметной области в информационных технологиях представляется моделями нескольких уровней: концептуальной моделью; логической моделью; математической моделью; алгоритмической моделью; моделью в виде программного кода.

При разработке информационной модели необходимо обеспечить принцип системного единства, который призван обеспечить целостность системы во взаимосвязи отдельных элементов и объекта проектирования в целом на основе иерархичности составляющих промышленного предприятия подсистем.

Принцип совместимости позволяет обеспечить совместное функционирование составных частей информационной системы предприятия при сохранении открытости системы в целом. Система должна быть развивающейся, то есть изменяющейся во времени. Открытой называется такая система, которую нельзя рассматривать изолированно от окружающей среды; такие системы активно взаимодействуют с внешней средой, причем это взаимодействие не может быть, как правило, прослежено полностью, во всех аспектах. Такие системы обеспечивают возможность внедрения в эксплуатацию отдельных компонентов по частям по мере их готовности, с последующим расширением базового варианта. При этом обеспечивается возможность совершенствования системы за счет включения в ее состав новых высокоэффективных методов и средств разработки приложений.

Использование на промышленных предприятиях компьютерных информационных технологий для подготовки производства и управления предусматривает представление технико-экономической информации в виде данных, которые хранятся и обрабатываются в системах управления базами данных (СУБД). При этом необходимо адекватно отобразить предметную область процесса выпуска продукции и оперативно предоставлять пользователю требуемую информацию. Обеспечение этих условий реализуется путем использования в СУБД определенной модели данных. Под моделью данных понимается некоторая абстракция, которая, будучи применена к конкретным данным, позволяет пользователям и разработчикам трактовать их уже как информацию, то есть сведения, содержащие не только данные, но и взаимосвязь между ними.

При разработке информационной системы необходимо обеспечить ее открытость, возможность всестороннего описания всех ее элементов различных уровней с определением взаимосвязей между ними. Данный подход при разработке информационной модели предприятий лесного комплекса может быть реализован на основе реляционной модели данных, поскольку эта модель относится к классу теоретико-множественных и широко используется при разработке сложных информационных систем. Для данной модели разработан развитый математический аппарат - реляционная алгебра и реляционное исчисление, в котором для реляционных баз данных могут использоваться хорошо известные теоретико-множественные операции: объединение; пересечение; вычитание; соединение и др. Достоинством реляционной модели является простота и наглядность, понятность и удобство физической реализации. Реляционная база данных с математической точки зрения представляет собой конечный набор конечных отношений различной арности между заранее определенными множествами элементарных данных. Теория реляционных баз данных является областью приложений математической логики и современной алгебры, поскольку предусматривает выполнение различных алгебраических операций и опирается на точный математический формализм. Согласно этой модели любой элемент системы и связи между ними можно выразить в виде множеств, характеризующих свойства этого элемента.

Реляционный подход в настоящее время представляет наиболее развитую идеологию построения баз данных. Реляционные модели основываются на понятии «отношение». Наглядной формой представления отношения является привычная для человеческого восприятия двумерная таблица. Кроме того, реляционная модель базируется на серьезных теоретических обоснованиях реляционной алгебры и реляционных исчислений. Основным недостатком этой модели является отсутствие стандартных средств идентификации отдельных записей. Однако при анализе сложных систем рассматривается объект со всеми имеющимися характеристиками и связями, поэтому указанный недостаток модели в таких случаях не оказывает существенного влияния на эффективность представления и обработки данных. Кроме того, развитие формального аппарата представления и манипулирования данными в рамках реляционной модели сделали ее наиболее перспективной для использования в системах представления знаний, что обеспечивает качественно иной подход к обработке данных в больших информационных системах.

Для отображения данных предметной области - структуры промышленного предприятия, и проектирования реляционной базы данных необходимо разработать информационно-логическую модель. Для этого на первом этапе выделяются информационные объекты и устанавливаются связи между ними. Информационный объект представляет собой описание некоторой сущности предметной области — реального объекта, процесса, явления или события. Информационный объект образуется совокупностью логически взаимосвязанных реквизитов, представляющих качественные и количественные характеристики сущности. Информационные объекты можно выделить на основе описания предметной области путем определения функциональных зависимостей между реквизитами. Для каждого информационного объекта определяются ключевые реквизиты, которые и указываются в информационно-логической модели. Также в модели выделяются одно-многозначные связи между объектами. Информационно-логическая модель промышленного предприятия представлена на рисунке 1 лабораторного практикума [3].

В качестве информационных объектов приняты основные структурные элементы производственного процесса — характеристика и состав выпускаемой продукции, использующиеся технологические процессы, оборудование, перечень основных подразделений предприятия, сотрудников с учетом их должностей и другие данные. Следует учесть, что данная модель является учебной и не претендует на всестороннее отражение деятельности предприятия. Связи между объектами информационно-логической модели характеризуются однозначными, одно-многозначными и много-многозначными отношениями и для их реализации в модель включены как объекты-справочники, так и дополнительные объекты-связки: операции в технологическом процессе, детали в изделии и др. (рисунок 1 [3]).

Информационно-логическая модель представлена в каноническом виде с распределением объектов по уровням. На нулевом уровне размещены объекты, не подчиненные никаким другим объектам. Уровень остальных объектов определяется наиболее длинным путем объекту от нулевого уровня. Такое расположение объектов характеризует их иерархическую подчиненность.

Разрабатываемая студентами в процессе выполнения лабораторных работ в рамках курса обучения дисциплине «Информационные технологии в лесном комплексе» информационная система (модель) лесопильно-деревообрабатывающего предприятия «Производство» является приложением, предназначенным для хранения и обработки данных об организации и технологии конкретного производства. Основой данной информационной системы является реляционная база данных с информацией, хранящейся в нескольких связанных таблицах.

Основными элементами реляционной базы данных являются таблицы, представляющие сущности, в которых столбцы представляют атрибуты сущностей, а строки описывают экземпляры сущностей [1].

Сущность – множество однотипных объектов, называемых экземплярами (кортежами). Каждый экземпляр характеризуется набором свойств, называемых атрибутами сущности. Каждый экземпляр индивидуален и отличается от всех остальных экземпляров в множестве. Примером сущности может служить понятие «должность», а примерами экземпляров – инженер, станочник и др. В разрабатываемой студентами информационной системе данную сущность реализует таблица «Должности».

Таблица – множество ячеек с данными, образующих строки и столбцы прямоугольной таблицы. Таблица реализует сущность в понятии реляционной модели данных. Строки таблицы представляют экземпляры сущности и называются записями. Столбцы таблицы представляют атрибуты сущности и называются полями.

Каждая запись в таблице «Сотрудники» информационной системы лесопильно-деревообрабатывающего предприятия «Производство» представляет одного сотрудника, являющегося экземпляром сущности «Все сотрудники предприятия».

Атрибут представляет собой определенное свойство (характеристику) данной сущности. Рекомендуется в качестве атрибутов выделять атомарные свойства сущности. Примером атрибута сущности «должность» является «Оклад».

Поле таблицы – столбец в прямоугольной таблице. Поле таблицы реализует атрибут в понятии реляционной модели, при этом данные, хранящиеся в ячейках одного столбца, должны принадлежать одному домену. Домен определяет набор допустимых значений и операций над данными, то есть данные в ячейках одного столбца должны быть одного типа.

Первичный ключ – атрибут или группа атрибутов (тогда это составной первичный ключ), однозначно идентифицирующих каждый экземпляр сущности [1].

Ключевое поле – поле, представляющее первичный ключ или являющееся частью составного первичного ключа. В разрабатываемой информационной системе «Производство» первичным ключом являются поля «Код» в таблицах-справочниках [3].

Альтернативный ключ – обычные поля или комбинации атрибутов, отличающиеся от первичного ключа сущности, но также претендующие на эту роль.

Связь – это логическое отношение между сущностями, выражающее некоторое ограничение или правило. В реляционной модели вводится понятие реляционной связи – это связь между записями, основанная на совпадении (или ином предикате) значений атрибутов, по которым устанавливается связь. Примерами реляционных связей в информационной системе «Производство» являются связи между таблицами-справочниками и таблицами связи [3].

Внешний ключ – атрибут или комбинация атрибутов сущности, соответствующие первичному ключу другой сущности, связанной с данной. Иными словами, внешний ключ представляет собой уникальный идентификатор записи в другой сущности, с которой данная сущность связана реляционным отношением.

Преимуществом хранения информации в нескольких связанных таблицах по сравнению с одной таблицей является устранение избыточности данных.

Реляционные связи обладают свойством, называемым кардинальностью. Кардинальность выражает количество экземпляров сущности, участвующих в отношении.

Некоторые отношения, для которых определены кардинальности участвующих в нем сущностей, имеют специальные названия, такие как: «один-ко-многим», «один-к-одному», «многие-ко-многим».

Примером отношения «один-к-одному» может служить отношение «каждый сотрудник имеет ровно одну фамилию». Примером отношения «один-ко-многим» является отношение «несколько сотрудников могут состоять в одинаковой должности», связывающее таблицу «Сотрудники» с таблицей «Должности».

Нередко при проектировании информационных систем возникают отношения «многие-ко-многим». Такие связи должны быть разрешены через связи других типов, например, с помощью введения промежуточной сущности эта связь приводится к двум отношениям «один-ко-многим» [1]. Примером такого отношения является связь таблицы «Детали» с таблицей «Продукция» через таблицу «Детали в изделии» [3]. Такая связь определяет возможность использования одних и тех же деталей в различных видах продукции.

Информационная модель в базе данных представляется в виде схемы данных.

Схема данных – представление набора всех сущностей, входящих в данную информационную модель, и связей между ними.

Поддержка целостности данных – предотвращение некорректного изменения данных в связанных сущностях, нарушающего установленное отношение между ними.

В системе управления базами данных Microsoft Access обеспечена поддержка целостности данных, позволяющая автоматически согласовывать изменения и удалять данные в полях связанных таблиц в реляционных отношениях «один-к-одному» и «один-ко-многим» [1]. СУБД Access позволяет осуществлять разработку сложных информационных моделей, в том числе и модель промышленного предприятия.

Контрольные вопросы:

  1. Объясните взаимосвязь информационной системы и базы данных.

  2. Охарактеризуйте информационную модель и методы ее исследования.

  3. Какие виды связей существуют между объектами в реляционной модели данных?

  4. Поясните назначение информационно-логической модели предметной области.

  5. Перечислите основные элементы реляционной базы данных.

studfiles.net

23.Основные структуры в информационном моделировании.

 Информационная модель - это совокупность информации об объекте, описывающая свойства и состояние объекта, процесса или явления, а также связи и отношения с окружающим миром.

     Информационные модели представляют объекты в виде, словесных описаний, текстов, рисунков, таблиц, схем, чертежей, формул и т.д. Информационную модель нельзя потрогать, у нее нет материального воплощения, она строится только на информации. Ее можно выразить на языке описания (знаковая модель) или языке представления (наглядная модель).      Одна и та же модель одновременно относится к разным классам деления. Например, программы, имитирующие движение тел (автомобиля, снаряда, маятника, лифта и пр.). Такие программы используются на уроках физики (область знания) с целями обучения (цель использования). В то же время они являются динамическими, так как учитывают положение тела в разные моменты времени, и алгоритмическими по способу реализации.

Структуры информационных моделей. Одной из наиболее часто встречающихся структур информационной модели является таблица.В табличной информационной модели элементы информации размещаются в отдельных ячейках.

С помощью таблиц могут быть выражены как статические, так и динамические информационные модели. Например, рассмотри компьютер с точки зрения стоимости его отдельных устройств и изменения его цены во времени.

С помощью таблиц создаются информационные модели в различных предметных областях. Широко известно табличное представление математических функций, статистических данных, расписаний поездов и самолетов, уроков и т. д.

Табличные информационные модели проще всего формировать и исследовать на компьютере посредством электронных таблиц и систем управления базами данных.

Иерархические модели.Нас окружает множество различных объектов, каждый из которых обладает определенными свойствами. Однако некоторые группы объектов имеют одинаковые общие свойства, которые отличают их от объектов других групп.

Группа объектов, обладающих одинаковыми общими свойствами, называется классом объектов.Внутри класса могут быть выделены подклассы, объекты которых обладают некоторыми особенными свойствами, в свою очередь, подклассы можно делить на еще более мелкие группы и т. д. Такой процесс называется процессом классификации.

При классификации объектов часто применяются информационные модели, которые имеют иерархическую (древовидную) структуру. В иерархической информационной модели объекты распределены по уровням, причем элементы нижнего уровня входят в состав одного из элементов более высокого уровня. Например, весь животный мир рассматривается как иерархическая система (тип, класс, отряд, семейство, род, вид), для информатики характерна иерархическая файловая система и т. д.

Сетевые информационные модели.Сетевые информационные модели применяются для отражения систем со сложной структурой, в которых связь между элементами имеет произвольный характер.

Тип "класс" - это структура данных, состоящая из некоторого количества элементов: полей, методов,свойств.

Полясодержат данные определенного типа.

Методы- это функции и процедуры, выполняющие определенные действия.

Свойства- это поля данных, которые влияют на поведение объекта. Они служат для описания объекта и отличаются от обычных полей тем, что присвоение им значений связано с вызовом методов.

studfiles.net

Информационная модель - это... Что такое Информационная модель?

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

С. А. Терехов[1] выделяет несколько типов информационных моделей, отличающихся по характеру запросов к ним:

  1. Моделирование отклика системы на внешнее воздействие
  2. Классификация внутренних состояний системы

Ссылки

  1. ↑ Терехов С. А., Нейросетевые информационные модели сложных инженерных систем, В кн.: Нейроинформатика / А. Н. Горбань, В. Л. Дунин-Барковский, А. Н. Кирдин и др. — Новосибирск: Наука. Сибирское предприятие РАН, 1998. — 296 с.

2. Serov N.V. The Ontology of Dimensionality for Anthropological Database Modeling. // Automatic Documentation and Mathematical Linguistics, 2010, Vol. 44, No. 1, pp. 1–15

dic.academic.ru

Свойства моделей

  • Конечность: модель отображает оригинал лишь в конечном числе его отношений и, кроме того, ресурсы моделирования конечны;

  • Упрощенность: модель отображает только существенные стороны объекта;

  • Приблизительность: действительность отображается моделью грубо или приблизительно;

  • Адекватность: насколько успешно модель описывает моделируемую систему;

  • Информативность: модель должна содержать достаточную информацию о системе - в рамках гипотез, принятых при построении модел;

  • Потенциальность: предсказуемость модели и её свойств;

  • Сложность: удобство её использования;

  • Полнота: учтены все необходимые свойства;

  • Адаптивность.

Одни и те же устройства, процессы, явления и т. д. (далее — «системы») могут иметь много разных видов моделей. Как следствие, существует много названий моделей, большинство из которых отражает решение некоторой конкретной задачи.

Требования к моделям. Моделирование всегда предполагает принятие допущений той или иной степени важности. При этом должны удовлетворяться следующие требования к моделям:

  • адекватность, то есть соответствие модели исходной реальной системе и учет, прежде всего, наиболее важных качеств, связей и характеристик. Оценить адекватность выбранной модели, особенно, например, на начальной стадиипроектирования, когда вид создаваемой системы ещё неизвестен, очень сложно. В такой ситуации часто полагаются на опыт предшествующих разработок или применяют определенные методы, например,метод последовательных приближений;

  • точность, то есть степень совпадения полученных в процессе моделирования результатов с заранее установленными, желаемыми. Здесь важной задачей является оценка потребной точности результатов и имеющейся точности исходных данных, согласование их как между собой, так и с точностью используемой модели;

  • универсальность, то есть применимость модели к анализу ряда однотипных систем в одном или нескольких режимах функционирования. Это позволяет расширить область применимости модели для решения бо́льшего круга задач;

  • целесообразная экономичность, то есть точность получаемых результатов и общность решения задачи должны увязываться с затратами на моделирование. И удачный выбор модели, как показывает практика, — результат компромисса между отпущенными ресурсами и особенностями используемой модели;

  • и др.

Выбормодели и обеспечение точности моделирования считается одной из самых важных задач моделирования.

Основные этапы моделирования. Моделирование– процесс создания и использования модели. Моделирование является обязательной частью исследований и разработок, неотъемлемой частью нашей жизни, поскольку сложность любого материального объекта и окружающего его мира бесконечна вследствие неисчерпаемости материи и форм её взаимодействия внутри себя и с внешней средой.

Цели моделирования

  • Познание действительности

  • Проведение экспериментов

  • Проектирование и управление

  • Прогнозирование поведения объектов

  • Тренировка и обучения специалистов

  • Обработка информации

Все этапы моделирования определяются поставленной задачей и целями моделирования. В общем случае процесс построения и исследования модели можно представить следующей схемой:

Первый этап— постановка задачи включает в себя стадии:описание задачи, определение цели моделирования, анализ объекта.

  • Описание задачи.Задача формулируется на обычном языке. По характеру постановки все задачи можно разделить на две основные группы. К первой группе можно отнести задачи, в которых требуется исследовать, как изменятся характеристики объекта при некотором воздействии на него, «что будет, если?...». В задачах, относящихся ко второй группе, требуется определить, какое надо произвести воздействие на объект, чтобы его параметры удовлетворяли некоторому заданному условию, «как сделать, чтобы?..».

  •  Определение цели моделирования. На этой стадии необходимо среди многих характеристик (параметров) объекта выделить существенные. Для одного и того же объекта при разных целях моделирования существенными будут считаться разные свойства. Определение цели моделирования позволяет четко установить, какие данные являются исходными, что требуется получить на выходе и какими свойствами объекта можно пренебречь. Строитсясловесная модельзадачи.

  • Анализ объектаподразумевает четкое выделение моделируемого объекта и его основных свойств.

Второй этап— формализация задачи связан с созданиемформализованной модели, то есть модели, записанной на каком-либо формальном языке. Например, данные переписи населения, представленные в виде таблицы или диаграммы — это формализованная модель.

В общем смысле формализация — это приведение существенных свойств и признаков объекта моделирования к выбранной форме. Формальная модель - это модель, полученная  в результате формализации.

Третий этап— разработка модели начинается с выбора инструмента моделирования, другими словами, программной среды, в которой будет создаваться и исследоваться модель. От этого выбора зависиталгоритмпостроения модели, а также форма его представления. В среде программирования этопрограмма, написанная на соответствующем языке. В прикладных средах (электронные таблицы, СУБД, графических редакторах и т. д.) этопоследовательность технологических приемов, приводящих к решению задачи. Одну и ту же задачу можно решить, используя различные среды. Выбор инструмента моделирования зависит, в первую очередь, от реальных возможностей, как технических, так и материальных.

Четвертый этап— эксперимент включает две стадии: тестирование модели и проведение исследования.

  • Тестирование модели — процесс проверки правильности построения модели. На этой стадии проверяется разработанный алгоритм построения модели иадекватностьполученной модели объекту и цели моделирования. Для проверки правильности алгоритма построения модели используется тестовые данные, для которых конечный результат заранее  известен (обычно его определяют ручным способом). Если результаты совпадают, то алгоритм разработан верно, если нет — надо искать и устранять причину несоответствия. Тестирование должно быть целенаправленным и систематизированным, а усложнение тестовых данных должно происходить постепенно. Чтобы убедиться, что построенная модель правильно отражает существенные для цели моделирования свойства оригинала, то есть является адекватной, необходимо подбирать тестовые данные, которые отражают  реальную ситуацию.

  • Исследование модели.К этой стадии можно переходить только после того, как тестирование модели прошло успешно, и вы уверены, что создана именно та модель, которую необходимо исследовать.

Пятый этап— анализ результатов является ключевым для процесса моделирования. Именно по итогам этого этапа принимается решение: продолжать исследование или закончить. Если результаты не соответствуют целям поставленной задачи, значит, на предыдущих этапах были допущены ошибки. В этом случае необходимокорректировать модель, то есть возвращаться к одному из предыдущих этапов. Процесс повторяется до тех пор, пока результаты эксперимента не будут отвечать целям моделирования.

Информационная модель объекта —модельобъекта, представленная в видеинформации, описывающей существенные для данного рассмотренияпараметрыипеременные величиныобъекта, связи между ними, входы и выходы объекта и позволяющая путём подачи на модель информации об изменениях входных величин моделировать возможные состояния объекта.Информационныемоделинельзя 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 внешниммиром.

Виды информационных моделей:

1. 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.

2. 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.

3. 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.

Рассмотрим подробнее класс информационных моделей с позиции способов представления информации. Форма представления информационной модели зависит от способа кодирования (алфавита) и материального носителя.

Воображаемое(мысленное или интуитивное) моделирование - это мысленное представление об объекте. Такие модели формируются в воображении человека и сопутствуют его сознательной деятельности. Они всегда предшествуют созданию материального объекта, материальной и информационной модели, являясь одним из этапов творческого процесса. Например, музыкальная тема в мозгу композитора - интуитивная модель музыкального произведения.

Вербальноемоделирование (относится к знаковым) - это представление информационной модели средствами естественного разговорного языка (фонемами). Мысленная модель, выраженная в разговорной форме, называется вербальной (от латинского слова verbalize - устный). Форма представления такой модели - устное или письменное сообщение. Примерами являются литературные произведения, информация в учебных пособиях и словарях, инструкции пользования устройством, правила дорожного движения.Наглядное (выражено на языке представления) моделирование- это выражение свойств оригинала с помощью образов. Например, рисунки, художественные полотна, фотографии, кинофильмы. При научном моделировании понятия часто кодируются рисунками -иконическоемоделирование. Сюда же относятсягеометрическиемодели - информационные модели, представленные средствами графики.

Образно-знаковое моделирование использует знаковые образы какого-либо вида: схемы, графы, чертежи, графики, планы, карты. К этой группе относятся структурные информационные модели, создаваемые для наглядного изображения составных частей и связей объектов. Наиболее простые и распространенные информационные структуры - это таблицы, схемы, графы, блок-схемы, деревья.

Знаковое (символическое выражено на языке описания)моделирование использует алфавиты формальных языков: условные знаки, специальные символы, буквы, цифры и предусматривает совокупность правил оперирования с этими знаками. Примеры: специальные языковые системы, физические или химические формулы, математические выражения и формулы, нотная запись и т. д. Программа, записанная по правилам языка программирования, является знаковой моделью.

Одним из наиболее распространенных формальных языков является алгебраический язык формул в математике, который позволяет описывать функциональные зависимости между величинами. Составление математической модели во многих задачах моделирования хоть и промежуточная, но очень существенная стадия.           В тех случаях, когда моделирование ориентировано на исследование моделей с помощью компьютера, одним из его этапов является разработкакомпьютерной модели.Компьютерная модель- это созданный за счет ресурсов компьютера виртуальный образ, качественно и количественно отражающий внутренние свойства и связи моделируемого объекта, иногда передающий и его внешние характеристики.      Компьютерная модель представляет собой материальную модель, воспроизводящую внешний вид, строение или действие моделируемого объекта посредством электромагнитных сигналов. Разработке компьютерной модели предшествуют мысленные, вербальные, структурные, математические и алгоритмические модели.

studfiles.net

Ответы на вопрос "Информационная модель объекта"

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.

Виды:

o    Описательные информационные модели - это модели, созданные на естественном языке (т.е. на любом языке общения между людьми) в устной или письменной форме.

o    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.

o    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 на базе теории и методологии хроматизма.

С. А. Терехов выделяет несколько типов информационных моделей, отличающихся по характеру запросов к ним:

o    Моделирование отклика системы на внешнее воздействие

o    Классификация внутренних состояний системы

Для того чтобы изучить объект, человек целенаправленно собирает информацию о нём. В зависимости от цели исследования собираемая информация может и должна отличаться.

Формы представления информационных моделей:

•      В виде жестов или сигналов,

•      Устная, словесная,

•      Символьная (текст, числа, специальные символы),

•      Графическая,

•      Табличная.

Примеры информационных моделей объектов:

Рисунок или чертёж – пример графического представления информационных моделей.

Жесты регулировщика – для водителя это информационная модель поведения в сложившейся дорожной ситуации.

Форма представления информации об объекте или процессе часто зависит от инструмента, с помощью которого она будет обрабатываться. В настоящее время всё чаще для обработки информации об объектах используется компьютер. Этот универсальный инструмент позволяет разрабатывать и исследовать модели разнообразных объектов – молекул и атомов, висячих мостов и других архитектурных сооружений, самолётов  автомобилей. Использование современных информационных технологий позволяет рассматривать объект с разных сторон, изучать его форму, состояния, действия, используя для каждого случая конкретную модель.

Информационные модели играют очень важную роль в жизни человека. Получаемые на уроках в школе знания позволяют учащимся составить различные информационные модели, которые в совокупности отражают информационную картину окружающего мира. 

www.konspektov.net

13) Понятие модели и моделирования, аспекты моделирования.14) Основные этапы построения моделей Объект, система, модель, моделирование

     Модель- это искусственно созданный объект, дающий упрощенное представление о реальном объекте, процессе или явлении, отражающий существенные стороны изучаемого объекта с точки зрения цели моделирования.Моделирование- это построение моделей, предназначенных для изучения и исследования объектов, процессов или явлений.      Объект, для которого создается модель, называюторигиналомилипрототипом. Любая модель не является абсолютной копией своего оригинала, она лишь отражает некоторые егокачестваисвойства, наиболее существенные для выбранной цели исследования. При создании модели всегда присутствуют определенные допущения и гипотезы.              Моделирование (эксперимент) может быть незаменимо. Мы не можем, например, устроить ядерную катастрофу, чтобы выяснить масштабы возможного заражения, а с помощью компьютера возможен расчет (и достаточно точный) интересующих исследователей параметров.      Моделирование - исследование явлений, процессов или систем объектов путем построения и изучения их моделей - это основной способ научного познания. В информатике данный способ называется вычислительный эксперимент и основывается он на трех основных понятиях: модель – алгоритм-программа.      Использование компьютера при моделировании возможно по трем направлениям:

1. Вычислительное - прямые расчеты по программе.

2. Инструментальное - построение базы знаний, для преобразования ее в алгоритм и программу.      3. Диалоговое - поддержание интерфейса между исследователем и компьютером.

Виды моделей. Информационная модель

Модель - общенаучное понятие, означающее как идеальный, так и физический объект анализа. Важным классом идеальных моделей является математическая модель - в ней изучаемое явление или процесс представлены в виде абстрактных объектов или наиболее общих математических закономерностей, выражающих либо законы природы, либо внутренние свойства самих математических объектов, либо правила логических рассуждений.      Границы между моделями различных типов или классов, а также отнесение модели к какому-то типу или классу чаще всего условны. Рассмотрим наиболее распространенные признаки, по которым классифицируются модели:

  • цель использования;

  • область знаний;

  • фактор времени;

  • способ представления.

По целям использования выделяются модели учебные, опытные, имитационные, игровые, научно-технические.       По области знаний выделяются моделибиологические, экономические, исторические, социологическиеи т.д.      По фактору времени разделяются моделидинамическиеистатические. Статическая модель отражает строение и параметры объекта, поэтому ее называют такжеструктурной. Она описывает объект в определенный момент времени, дает срез информации о нем. Динамическая модель отражает процесс функционирования объекта или изменения и развития процессаво времени.      Любая модель имеет конкретный вид, форму илиспособ представления, она всегдаиз чего-тоикак-тосделана или представлена и описана. В этом классе, прежде всего, модели рассматриваются как материальные и нематериальные.Материальные модели- это материальные копии объектов моделирования.       Они всегда имеют реальное воплощение, воспроизводят внешние свойства или внутреннее строение, либо действия объекта-оригинала. Примеры: глобус - модель формы земного шара, кукла - модель внешнего вида человека, робот - модель действий человека на вредном производстве. Материальное моделирование использует экспериментальный (опытный) метод познания.      Нематериальное моделирование использует теоретический метод познания. По-другому его называют,абстрактным,идеальным. Абстрактные модели, в свою очередь, делятся на воображаемые и информационные.Информационная модель- это совокупность информации об объекте, описывающая свойства и состояние объекта, процесса или явления, а также связи и отношения с окружающим миром.Воображаемое(мысленное или интуитивное) моделирование - это мысленное представление об объекте. Такие модели формируются в воображении человека и сопутствуют его сознательной деятельности. Они всегда предшествуют созданию материального объекта, материальной и информационной модели, являясь одним из этапов творческого процесса. Например, музыкальная тема в мозгу композитора - интуитивная модель музыкального произведения.Вербальноемоделирование (относится к знаковым) - это представление информационной модели средствами естественного разговорного языка (фонемами). Мысленная модель, выраженная в разговорной форме, называется вербальной (от латинского слова verbalize - устный). Форма представления такой модели - устное или письменное сообщение. Примерами являются литературные произведения, информация в учебных пособиях и словарях, инструкции пользования устройством, правила дорожного движения.Наглядное (выражено на языке представления) моделирование- это выражение свойств оригинала с помощью образов. Например, рисунки, художественные полотна, фотографии, кинофильмы. При научном моделировании понятия часто кодируются рисунками -иконическоемоделирование. Сюда же относятсягеометрическиемодели - информационные модели, представленные средствами графики.

Образно-знаковое моделирование использует знаковые образы какого-либо вида: схемы, графы, чертежи, графики, планы, карты (см. Рис.3). Например, географическая карта, план квартиры, родословное дерево, блок-схема алгоритма. К этой группе относятся структурные информационные модели, создаваемые для наглядного изображения составных частей и связей объектов. Наиболее простые и распространенные информационные структуры - это таблицы, схемы, графы, блок-схемы, деревья.      Знаковое (символическое выражено на языке описания)моделирование (рис. 4) использует алфавиты формальных языков: условные знаки, специальные символы, буквы, цифры и предусматривает совокупность правил оперирования с этими знаками. Примеры: специальные языковые системы, физические или химические формулы, математические выражения и формулы, нотная запись и т. д. Программа, записанная по правилам языка программирования, является знаковой моделью.

Одним из наиболее распространенных формальных языков является алгебраический язык формул в математике, который позволяет описывать функциональные зависимости между величинами. Составление математической модели во многих задачах моделирования хоть и промежуточная, но очень существенная стадия.Математическая модель- способ представления информационной модели, отображающий связь различных параметров объекта через математические формулы и понятия.      В тех случаях, когда моделирование ориентировано на исследование моделей с помощью компьютера, одним из его этапов является разработкакомпьютерной модели.Компьютерная модель- это созданный за счет ресурсов компьютера виртуальный образ, качественно и количественно отражающий внутренние свойства и связи моделируемого объекта, иногда передающий и его внешние характеристики.       Компьютерная модель представляет собой материальную модель, воспроизводящую внешний вид, строение или действие моделируемого объекта посредством электромагнитных сигналов. Разработке компьютерной модели предшествуют мысленные, вербальные, структурные, математические и алгоритмические модели.

studfiles.net

Формирование основных понятий раздела "Формализация и моделирование" в базовом курсе информатики

Разделы: Информатика

Именно благодаря формализации математическую логику смогли применять в электронно-вычислительных машинах, которые работают по ее законам.

В. Пекелис

Вся жизнь человека постоянно ставит перед ним острые и разные задачи и проблемы. Возникновение таких проблем, трудностей, неожиданностей означает, что в окружающей нас действительности много неизвестного, скрытого. Следовательно, нужно все более широкое познание мира, открытие в нем все новых и новых процессов, и взаимоотношений людей и вещей

Успех интеллектуального развития школьника достигается главным образом на уроке, где от умения учителя организовать систематическую познавательную деятельность зависит степень интереса учащихся к учебе, уровень знаний, готовность к постоянному самообразованию, т.е. их интеллектуальное развитие.

Опыт преподавания предмета информатики показывает, что в качестве целей особенно выделяются виды деятельности учеников по анализу ситуаций, прогнозированию, построению информационных моделей, созданию условий для вариативного выбора способов решения, использование эвристических приемов, умение производить проектировочную деятельность.

Конкретные задачи изучения информатики в школе, приобретают вид:

  • познакомить учащихся с понятиями система, информация, модель, алгоритм и их ролью в формировании современной информационной картины мира, научить давать определения этим понятиям, выделять их признаки и объяснять их, различать разновидности моделей, алгоритмов и т.д.;
  • раскрыть общие закономерности информационных процессов в природе обществе, технических системах;
  • познакомить учащихся с принципами формализации, структурирования информации и выработать умение строить информационные модели изучаемых объектов и систем;
  • развивать алгоритмические и логические стили мышления;
  • формировать умения организовывать поиск информации, необходимой для решения поставленной задачи;
  • формировать умения планировать действия, для достижения поставленной цели, при помощи фиксированного набора средств.

Формирование – это процесс воспитания и обучения, направленный на развитие личности человека или отдельных его качеств. Формировать – это так организовать и проводить воспитание и обучение, так воздействовать на ученика, чтобы развить у него то или иное качество.

Основополагающим на этом пути предлагается освоение раздела “Формализация и моделирование”.

На раздел “Моделирование и формализация” отводится 8 часов. В рамках раздела изучаются следующие темы:

  • Объект. Классификация объектов. Модели объектов. 2ч.
  • Классификация моделей. Основные этапы моделирования. 2ч.
  • Формальная и неформальная постановка задачи.
  • Основные принципы формализации. 2ч.
  • Понятие об информационной технологии решения задач.
  • Построение информационной модели. 2ч.

Основные понятия, которые должны быть усвоены учащимися после изучения темы:

Объект, модель, моделирование; формализация; информационная модель; информационная технология решения задач; компьютерный эксперимент.

В конце изучения раздела учащиеся должны знать:

  • о существовании множества моделей для одного и того же объекта;
  • этапы информационной технологии решения задач с использованием компьютера.

учащиеся должны уметь:

  • приводить примеры моделирования и формализации;
  • приводить примеры формализованного описания объектов и процессов;
  • приводить примеры систем и их моделей.
  • строить и исследовать простейшие информационные модели на компьютере.

Изучение раздела проходит по спирали: начинается с понятия Объект. Классификация объектов. Для изучения используется слайд-фильм, в котором дается определение этим понятиям, наглядно показаны примеры объектов, объясняется – что такое свойства объекта, среда (смотри <Рисунок 1>, <Рисунок 2>) и т.д.

Используя данный слайд–фильм <Приложение 1>, учащийся может и самостоятельно разобраться с этими понятиями. После систематизации понятий, связанных с объектом, происходит плавный переход к понятиям модель, классификация моделей (смотри <Рисунок 3>, <Рисунок 4>). Ученику даются задания типа: Объект - человек. Явление – гроза. Перечисли их модели и проклассифицируй их.

Человек издавна использует моделирование для исследования объектов, процессов, явлений в различных областях. Результаты этих исследований служат для определения и улучшения характеристик реальных объектов и процессов; для понимания сути явлений и выработки умения приспосабливаться или управлять ими; для конструирования новых объектов или модернизации старых. Моделирование помогает человеку принимать обоснованные и продуманные решения, предвидеть последствия своей деятельности.

Благодаря компьютерам не только существенно расширяются области применения моделирования, но и обеспечивается всесторонний анализ получаемых результатов.

Изучая раздел, учащиеся знакомятся с основами моделирования и формализации. Ученики должны представлять, что такое модель и какие бывают виды моделей. Это необходимо для того, чтобы проводя исследование, ученики сумели бы выбрать и эффективно использовать подходящую для каждой модели программную среду и соответствующий инструментарий. Началом любого исследования является постановка задачи, которая определяется заданной целью. От того, как понимается цель моделирования, зависит и вид модели, и выбор программной среды и получаемые результаты. Учащийся узнает об основных этапах моделирования, которые надо пройти исследователю, чтобы достичь поставленной им цели.

Содержание обучения формируется перечнем различных моделей, доступных для понимания учащихся. Уже известно достаточное множество таких моделей, для которых существенно применение компьютера. На конкретных моделях из разных школьных предметов ученики учатся технологии моделирования, учатся строить информационные модели. Для этого можно использовать разные программные среды. Объем содержания и возможностей по различным видам информационных технологий ученик определяет сам в зависимости от своих способностей.

Важным моментом в преподавании и усвоении полученных знаний является обеспеченность всех учебных элементов раздела тестами необходимого уровня, которые взяты из методического пособия 5, 7*, также из Интернет, автор Н. Угринович.

В данной статье приведен один из вариантов теста, касающегося основных учебных элементов раздела “Моделирование и Формализация”. Также дан текст контрольной работы, разработанной С.Ю. Пискуновой, и ее решение, из сборника 9*

Тест по теме " Моделирование и формализация"

1. Что называется атрибутом объекта?

  1. Представление объекта реального мира с помощью некоторого набора его характеристик, существенных для решения данной информационной задачи.
  2. Абстракция предметов реального мира, объединяемых общими характеристиками и поведением.
  3. Связь между объектом и его характеристиками.
  4. Каждая отдельная характеристика, общая для всех возможных экземпляров

2. Выбор вида модели зависит от:

  1. Физической природы объекта.
  2. Предназначения объекта.
  3. Цели исследования объекта.
  4. Информационной сущности объекта.

3. Что такое информационная модель объекта?

  1. Материальный или мысленно представляемый объект, замещающий в процессе исследования исходный объект с сохранением наиболее существенных свойств, важных для данного исследования.
  2. Формализованное описание объекта в виде текста на некотором языке кодирования, содержащем всю необходимую информацию об объекте.
  3. Программное средство, реализующее математическую модель.
  4. Описание атрибутов объектов, существенных для рассматриваемой задачи и связей между ними.

4. Укажите классификацию моделей в узком смысле слова:

  1. Натурные, абстрактные, вербальные.
  2. Абстрактные, математические, информационные.
  3. Математические, компьютерные, информационные.
  4. Вербальные, математические, информационные

5. Целью создания информационной модели является:

  1. Обработка данных об объекте реального мира с учетом связи между объектами.
  2. Усложнение модели, учитывая дополнительные факторы, которые были ранее проинформированы.
  3. Исследование объектов, основанное на компьютерном экспериментировании с их математическими моделями.
  4. Представление объекта в виде текста на некотором искусственном языке, доступном компьютерной обработке.

6. В основе информационного моделирования лежит:

  1. Обозначение и наименование объекта.
  2. Замена реального объекта соответствующей ему моделью.
  3. Нахождение аналитического решения, которое дает информацию об исследуемом объекте.
  4. Описание процессов возникновения, обработки и передачи информации в изучаемой системе объектов.

7. Формализация - это

  1. Этап перехода от содержательного описания связей между выделенными признаками объекта к описанию, использующему некоторый язык кодирования.
  2. Замена реального предмета знаком или совокупностью знаков.
  3. Переход от нечетких задач, возникающих в реальной действительности, к формальным информационным моделям.
  4. Выделение существенной информации об объекте.

8. Информационной технологией называется

  1. Процесс, определяемый совокупностью средств и методов обработки, изготовления, изменения состояния, свойств, формы материала.
  2. Изменение исходного состояния объекта.
  3. Процесс, использующий совокупность средств и методов обработки и передачи первичной информации нового качества о состоянии объекта, процесса или явления.
  4. Совокупность определенных действий, направленных на достижение поставленной цели.

9. Что называют имитационным моделированием?

  1. Метод исследования, связанный с вычислительной техникой.
  2. Современная технология исследования объектов.
  3. Изучение физических явлений и процессов с помощью компьютерных моделей.
  4. Реализация математической модели в виде программного средства.

10. Что такое компьютерная информационная модель?

  1. Представление объекта в виде теста на некотором искусственном языке, доступном компьютерной обработке.
  2. Совокупность информации, характеризующая свойства и состояние объекта, а также взаимосвязь с внешним миром.
  3. Модель в мысленной или разговорной форме, реализованная на компьютере.
  4. Метод исследования, связанный с вычислительной техникой.

11. Компьютерный эксперимент состоит из последовательности этапов:

  1. Выбор численного метода - разработка алгоритма - исполнение программы на компьютере.
  2. Построение математической модели - выбор численного метода - разработка алгоритма - исполнение программы на компьютере, анализ решения.
  3. Разработка модели - разработка алгоритма - реализация алгоритма в виде программного средства.
  4. Построение математической модели - разработка алгоритма - исполнение программы на компьютере, анализ решения.
№ вопроса                      
№ ответа 4 3 2 1 4 3 1 3 3 3 2

Контрольная работа по теме “Моделирование и формализация”

Вариант №1.

1. Составьте ответ по теме “Модели и способы их составления”, последовательно отвечая на вопросы.

  1. Что такое модель объекта?
  2. С какими моделями вы встречаетесь в повседневной жизни?
  3. Что такое информационная модель?
  4. Может ли один объект описываться с помощью различных информационных моделей? Если да, то чем они будут отличаться?
  5. Составьте информационную модель объекта “автомобиль” с целью характеристики его для пассажиров. Как изменится эта модель, если цель — характеристика автомобиля как технического устройства?
  6. Можно ли стратегическую компьютерную игру назвать игровой моделью? Если можно, то почему?

2. Составить математическую модель задачи:

Определить время встречи двух пешеходов, идущих на встречу друг другу.

Вариант №2.

1. Составьте ответ по теме “Классификация объектов”, последовательно отвечая на вопросы.

  1. Что такое классификация объектов? Для чего необходимо классифицировать объекты?
  2. Приведите пример классификации объектов по общим свойствам.
  3. Что такое принцип наследования?
  4. Объясните на примере классификации объектов с общим названием “компьютерная программа”.
  5. По каким признакам можно классифицировать модели?
  6. По какому признаку модели делятся на статические и динамические?

2. Составить математическую модель задачи:

– Определите время, когда один пешеход догонит другого.

ОТВЕТЫ:

Вариант 1

1. Ответы на вопросы

1.1. Модель – это образ, изучающий некоторые существенные стороны объекта, явления или процесса

1.2. В повседневной жизни человек встречается с материальными и информационными моделями.

1.3. Информационные модели дают описание объектов на одном из языков кодирования (разговорном, графическом, научном и т.д.).

1.4. Один и тот же объект может иметь множество моделей, все зависит от того, какие свойства объекта подлежат изучению. Например, один и тот же объект человек в физике рассматривается как материальная точка, в биологии – как система, стремящаяся к самосохранению и т.д.

1.5. При составлении информационной модели автомобиля с целью описания удобств для пассажиров необходимо указать: грузовой это автомобиль или легковой, вместимость (сколько человек), сколько дверей, наличие и размер багажника, размер салона, обивка, форма, мягкость сидений, наличие кондиционера, музыки и т.д. Если характеризовать автомобиль, как техническое устройство, то указывается вес, размер, грузоподъемность, максимальная скорость, расход топлива и т.д.

1.6. Стратегическая компьютерная игра отображает информационные процессы, протекающие в жизни. Например, военные стратегии описывают устройства государственного строя в целом и его армии в частности, финансовые стратегии описывают различные экономические и социальные законы. Следовательно, стратегическую компьютерную игру можно рассматривать как информационную модель того информационного процесса, который она описывает.

2. Математическая модель задачи

Дано:

L – начальное расстояние

v1 – скорость первого пешехода

v2 – скорость второго пешехода

Результат: t – время движения

При: L, v1, v2 > 0

Связь:

L = s1 + s2

s1 = v1* t

s2 = v2* t

Метод: t = L / (v1+ v2 )

Вариант 2

1. Ответы на вопросы

1.1. Среди многообразия объектов окружающего миры мы стараемся выделить группы объектов, обладающих общими свойствами. Класс – это группа объектов, обладающая общими свойствами. Объекты, входящие в класс называются экземплярами класса. Объекты одного класса отличаются друг от друга некоторыми особенными свойствами. Классификация – это распределение объектов на классы и подклассы на основании общих свойств.

1.2. Пример классификации по общим свойствам — объект литература по содержанию можно разделить на три больших класса: научная литература, художественная литература, публицистическая литература.

1.3. В иерархической структуре объекты распределены по уровням, где экземпляр нижнего уровня называемый классом-потомком и входит в состав экземпляра более высокого уровня, называемого классом-родителем. Важнейшим свойством классов является наследование – каждый класс-потомок наследует все свойства класса-родителя.

1.4. Любая компьютерная программа это алгоритм, записанный на языке понятном компьютеру. Программы делятся на системные и прикладные. Они выполняют разные функции, но все написаны на языке, понятном компьютеру — это и есть свойство, наследуемое каждым классом-потомком (системными и прикладными программами) от класса родителя – компьютерной программы.

1.5. Модели можно классифицировать по любому существенному признаку.

1.6. Модели, описывающие систему в определенный момент времени, относятся к статистическим информационным моделям. Модели, описывающие процессы изменения и развития системы, относятся к динамическим информационным моделям.

2. Математическая модель задачи

Дано: t02 – время начала пути второго пешехода

v1 – скорость первого пешехода

v2 – скорость второго пешехода

Результат: t – время встречи пешеходов

При: t02 , v1, v2 > 0; v1< v2

Связь:

L1 = t * v1

L2 = (t - t02 )* v2

L1 = L2

Метод:

t * v1= (t - t02 )* v2

t * v1 - t * v2 = - t02 * v2

t = t02 * v2 / (v2 - v1 )

Литература:

для учащихся

  1. Иванова И.А. Информатика. 9 класс: Практикум. – Саратов: Лицей, 2004
  2. Информатика, Базовый курс, 7 – 9 классы. – М.: Лаборатория Базовых Знаний, 2001.
  3. Информатика 7-8 класс /под редакцией Н.В.Макаровой. – СПб: Издательство “Питер”, 1999.
  4. Информатика 9 класс /под редакцией Н.В.Макаровой. – СПб: Питер Ком, 1999.
  5. Н. Угринович “Информатика и информационные технологии”
  6. О. Ефимова, В. Морозов, Н. Угринович. Курс компьютерной технологии с основами информатики. Учебное пособие для старших классов. – М., ABF, 1999.

Методика

  1. Бешенков С.А., Лыскова В.Ю., Матвеева Н.В. Формализация и моделирование // Информатика и образование. – 1999. – № 5. – С.*-*; № 6. – С.21-27; № 7. – С.25-29.
  2. Бояршинов В.Г. Математическое моделирование в школьном курсе информатики // Информатика и образование. – 1999. – № 7. – С.13-17.
  3. Водовозов В.М. Информационная подготовка в среде визуальных объектов // Информатика и образование. – 2000. – № 4. – С.87-90.
  4. Оборнев Е.А., Оборнева И.В., Карпов В.А. Моделирование в электронных таблицах // Информатика и образование. – 2000. – № 5. – С.47-52.
  5. Информатика. Тестовые задания. – М.: Лаборатория Базовых Знаний, 2002.
  6. Макаренко А.Е. и др. Готовимся к экзамену по информатике. – М.: Айрис-Пресс, 2002
  7. Молодцов В.А., Рыжикова Н.Б. Как сдать экзамен и централизованное тестирование по информатике на 100 баллов. – Ростов н/Д: Феникс, 2003.
  8. Петросян В.Г., Перепеча И.Р., Петросян Л.В. Методы решения физических задач на компьютере // Информатика и образование. – 1996. – № 5. – С.94-99.
  9. Планируемые результаты обучения по информатике и информационным технологиям и их оценка в основной и средней (поной) общеобразовательной школе: Инструктивно-методический сборник / Авторы и составители: Н.Е. Костылева, Л.З. Гумерова, Р.И. Ярочкина, Л.В. Лунина, С.Ю. Пискунова, Е.В. Журавлева – Набережные Челны: ЦРО, 2004.
  10. Пономарева Е.А. Урок по изучению понятия модели // Информатика и образование. – 1999. –  № 6. – С. 47-50.
  11. Островская Е.М. Моделирование на компьютере // Информатика и образование. – 1998.– № 7. – С.64-70; № 8. – С.69-84.
  12. Смолянинов А.А. Первые уроки по теме "Моделирование" // Информатика и образование. – 1998.– № 8. – С.23-29.
  13. Хеннер Е.К., Шестаков А.П. Курс "Математическое моделирование" // Информатика и образование. – 1996. – № 4. – С.17-23.

xn--i1abbnckbmcl9fb.xn--p1ai