Реферат на тему: «Моделирование по информатике»

Муниципальное бюджетное общеобразовательное учреждение «Медаевская основная общеобразовательная школа».

Реферат

на тему:

«Моделирование по информатике»

                                                                      Выполнила: ученица 8 класса

Дьякова Надежда

Проверил: учитель информатики

Шишканов М.В.

2022 г.

Введение

С точки зрения информатики решение любой производственной или научной задачи описывается следующей технологической цепочкой: "реальный объект - модель - алгоритм - программа - результаты - реальный объект". В этой цепочке звено "модель" играет очень важную роль как необходимый, обязательный шаг для решения этой задачи. Под моделью понимается мысленный образ реального объекта (системы), который отражает существенные свойства объекта и заменяет его при решении задачи.

Модель представляет собой очень широкий термин, включающий в себя множество возможностей для представления изучаемой реальности. Проводится различие между материальными (природными) и идеальными (абстрактными) моделями. Материальные модели основаны на чем-то более объективном, что существует независимо от человеческого сознания (любого тела или процесса). Материальные модели делятся на физические и аналогичные, основанные на процессах, которые в некоторой степени схожи с исследуемыми. Можно провести черту между физической и аналоговой моделями, и такая классификация моделей будет условной.

Еще более сложная картина представлена идеальными моделями, которые неразрывно связаны с человеческим мышлением, воображением и восприятием. Среди идеальных моделей можно классифицировать интуитивно понятные модели, но нет единого подхода к классификации других типов идеальных моделей. Такой подход не вполне оправдан, поскольку он переносит информационный характер знаний в сущность используемых в этом процессе моделей - каждая модель, следовательно, является информацией. Такой подход к классификации идеальных моделей более продуктивен:

1. Вербальные (текстовые) модели. Эти модели используют последовательности предложений на формализованных диалектах естественного языка для описания той или иной области реальности (примерами таких моделей являются полицейский протокол, правила дорожного движения, настоящий учебник).

2. Математические модели - очень широкий класс моделей знаков (основанных на формальных языках с использованием конечных алфавитов), в которых широко используется тот или иной математический метод. Например, математическая модель звезды. Эта модель будет представлять собой сложную систему уравнений, описывающих физические процессы, происходящие в недрах звезды. Математическая модель другого рода - это, например, математические ключевые фигуры, которые позволяют рассчитать оптимальный (с экономической точки зрения, лучший) план работы предприятия.

3. Информационные модели - класс знаковых моделей, описывающих информационные процессы (создание, передача, преобразование и использование информации) в системах различного рода.

Границу между вербальной, математической и информационной моделями можно провести довольно условно; возможно, информационные модели следует рассматривать как подкласс математических моделей. В контексте информатики как самостоятельной науки, отделенной от математики, физики, лингвистики и других наук, полезно выделить один класс информационных моделей.

Компьютерная наука также имеет очень непосредственное отношение к математическим моделям, так как они составляют основу компьютерного применения при решении различного рода задач: Математическая модель исследуемого процесса или явления на определенном этапе исследования трансформируется в (вычислительную) компьютерную модель, которая затем трансформируется в алгоритм и компьютерную программу.

Объект. система, моделирование

Модель - это искусственно созданный объект, дающий упрощенное представление о реальном объекте, процессе или явлении и отражающий существенные аспекты исследуемого объекта с точки зрения назначения модели. Моделирование - это построение моделей, предназначенных для исследования и изучения объектов, процессов или явлений.

Объект, для которого создается модель, называется оригиналом или прототипом. Каждая модель не является абсолютной копией оригинала, она отражает лишь некоторые из своих качеств и характеристик, наиболее соответствующих выбранной цели исследования. При создании модели всегда есть определенные предположения и гипотезы.

Системный подход позволяет создавать полноценные модели. Характеристики системного подхода следующие. Объект исследования рассматривается как система. Описание и исследование его элементов само по себе не является целью, а проводится с учетом их положения (наличия подзадач). В целом, объект не отделен от условий его существования и функционирования. Объект рассматривается как компонент чего-то целого (сам по себе является подзадачей).

Предполагается, что один и тот же исследуемый элемент имеет различные свойства, функции и даже принципы построения. Системный подход фокусируется не только на причинно-следственных связях функционирования объекта, но и на целесообразности его включения в состав других элементов. Допускается возможность наличия на объекте набора индивидуальных особенностей и степеней свободы. Альтернативы решения проблемы сначала сравниваются по критерию "рентабельность".

Создание универсальных моделей является следствием применения системного подхода. Моделирование (эксперимент) может быть незаменимым. С помощью компьютера можно рассчитать параметры, интересующие исследователей. Моделирование - изучение явлений, процессов или систем объектов путем построения и изучения их моделей является важнейшим способом научного познания. В информатике этот метод называется компьютерным экспериментом и основан на трех основных понятиях: модель - алгоритм - программа.

Использование компьютера в моделировании возможно в трех направлениях:

1. Вычислительное - прямые вычисления по программе.
2. Инструментальное - создание базы знаний для преобразования ее в алгоритм и программу.

3. Диалоговое - поддержка интерфейса между исследователем и компьютером.

Типы моделей, информационные модели

Модель - это общее научное понятие, которое означает как идеал, так и физический объект анализа. Важным классом идеальных моделей является математическая модель - в ней анализируемое явление или процесс представлен в виде абстрактных объектов или наиболее общих математических законов, выражающих либо законы природы, либо внутренние свойства самих математических объектов, либо правила логического рассуждения.

Границы между моделями различных типов или классов, а также присвоение модели определенному типу или классу, как правило, являются условными.

Наиболее распространенные атрибуты, по которым классифицируются модели:

• цель;
• область знаний;
• фактор времени;
• метод презентации.

Для целей использования модели классифицируются в соответствии с педагогическими, экспериментальными, имитационными, игровыми, научными и техническими аспектами.

Биологические, экономические, исторические, социологические и т.д. Модели различаются в зависимости от области знаний.

Динамические и статические модели разделены в соответствии с временным фактором. Статическая модель отражает структуру и параметры объекта, поэтому ее еще называют структурной моделью. Он описывает объект в определенный момент времени, дает раздел информации об объекте. Динамическая модель отражает процесс функционирования объектов или изменения и развитие процессов во времени.

Каждая модель имеет определенный способ, форму или способ представления, она всегда сделана из чего-то и каким-то образом изготовлена или представлена и описана. В этом классе модели в первую очередь рассматриваются как материальные и нематериальные.

Материальные модели являются материальными копиями объектов моделирования. Они всегда имеют реальное воплощение, воспроизводят внешние характеристики или внутреннюю структуру, или действия оригинального объекта. Моделирование материалов использует экспериментальный (предварительный) метод знаний.

В нематериальном моделировании используется теоретический метод познания. Другими словами, это называется абстрактным, идеальным методом. 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. Информационные модели представляют объекты в виде словесных описаний, текстов, чертежей, таблиц, схем, диаграмм, чертежей, формул и т.д. Информационную модель нельзя трогать, она не имеет материального воплощения, она построена только на информации. Он может быть выражен в описательном языке (модель знака) или языке представления (визуальная модель).

Одна и та же модель одновременно воздействует на различные классы подразделений. Например, программы, имитирующие движение тел. Такие программы, используются на уроках физики (область знаний) с целями (задачами) обучения. При этом они динамичны, так как учитывают положение тела в различные моменты времени, а также алгоритмичны по способу их реализации.

Способ представления информационной модели зависит от типа кодирования (алфавит) и материального носителя.

Воображаемое (ментальное или интуитивное) моделирование - это мысленное представление объекта. Такие модели возникают в человеческом воображении и сопровождают его сознательную деятельность. Они всегда предшествуют созданию материального объекта, материально-информационной модели и являются одним из этапов творческого процесса.

Вербальное моделирование (относится к знаковым моделям) - это представление информационной модели с использованием естественного разговорного языка (фонем). Ментальная модель, выраженная в разговорной форме, называется вербальной. Форма представления такой модели - устное или письменное сообщение. Примеры включают литературные произведения, информацию в учебных пособиях и словарях, инструкции по использованию устройства, правила дорожного движения.

Наглядное моделирование (выраженное на языке представления) - это выражение характеристик оригинала с использованием изображений. Например, рисунки, произведения искусства, фотографии, фильмы. В научном моделировании понятия часто кодируются чертежами - знаковым моделированием. Это геометрические модели - информационные модели, представленные графиками.

Образно - знаковое моделирование использует символические изображения всех видов: схемы, диаграммы, чертежи, графики, карты. Например, географическая карта, план квартиры, родословная, блок-схема алгоритма. В эту группу входят структурные информационные модели, созданные для визуального представления компонентов и отношений между объектами. Простейшими и наиболее распространенными информационными структурами являются таблицы, схемы, диаграммы, блок-схемы, деревья.

В знаковом моделировании (выраженном языком описания) используются алфавиты формальных языков: обычные символы, специальные символы, буквы, цифры, и существует ряд правил обращения с этими символами. Примеры: специальные языковые системы, физические или химические формулы, математические выражения и формулы, нотная запись и др. Программа, написанная по правилам языка программирования, является моделью символов.

Одним из наиболее распространенных формальных языков является язык алгебраических формул математики, который позволяет описывать функциональные взаимосвязи между значениями. Создание математической модели во многих задачах моделирования является промежуточным этапом, но очень важным.

Математическая модель - это способ представления информационной модели, показывающий связь между различными параметрами объекта через математические формулы и понятия. В тех случаях, когда моделирование ориентировано на исследование моделей с помощью компьютеров, одним из его этапов является разработка компьютерной модели.

Компьютерная модель - это виртуальный образ, созданный за счет компьютерных ресурсов, который качественно и количественно отражает внутренние свойства и связи моделируемого объекта, а иногда передает его внешние характеристики. Компьютерная модель - это модель материала, которая использует электромагнитные сигналы для воспроизведения внешнего вида, структуры или эффекта моделируемого объекта. Разработке компьютерной модели предшествуют ментальные, вербальные, структурные, математические и алгоритмические модели.

Этапы моделирования. Создание модели

Процесс решения проблемы проходит в несколько этапов.

Определение содержания проблемы. Во-первых, необходимо понять проблему, сформулировать ее четко. Это предполагает определение как объектов, связанных с решаемой задачей, так и ситуации, которая должна быть реализована в результате ее решения. Это этап формулирования содержания проблемы. Для количественного описания проблемы и использования вычислительных методик в ее решении необходим качественный и количественный анализ объектов и ситуаций, которые их касаются. Это предполагает разделение сложных объектов на части (элементы), определение связей между этими элементами, их свойств, количественных и качественных значений свойств, количественных и логических связей между ними, выраженных в виде уравнений, неравенств. Это этап системного анализа задачи, в результате которого объект представляется как система.

Следующим этапом является математическая постановка задачи, в ходе которой осуществляется построение математической модели объекта и определение методов (алгоритмов) для получения решения задачи. Это этап синтеза системы (математической формулировки) задачи. На этом этапе может оказаться, что ранее проведенный системный анализ привел к такому набору элементов, свойств и соотношений, для которых не существует приемлемого метода решения задачи, поэтому необходимо вернуться к этапу системного анализа. Как правило, решаемые на практике задачи стандартизированы, системный анализ выполняется на основе известной математической модели и алгоритма ее решения, задача заключается только в выборе подходящего метода.

Следующим шагом является разработка программы для решения задачи на компьютере. Для сложных объектов, состоящих из большого количества элементов с большим количеством свойств, может потребоваться составление базы данных и средств работы с ней, методов извлечения данных, необходимых для расчетов. Для стандартных задач речь идет не о разработке, а о выборе подходящего пакета приложений и системы управления базами данных.

Последний шаг - запустить модель и получить результаты.

Ссылка с веб - сайта на веб - сайт

Когда объекты моделируются как объекты, отношения, которые систематически возникают между различными типами объектов, представляются в информационных моделях как отношения. Каждое соотношение определяется в модели определенным названием. Связь представлена в графическом виде в виде линии между связанными объектами и обозначена идентификатором связи.

Существует три типа коммуникации:

• один - к - одному,
• один - ко - многим,
• многие - ко - многим.

Отношение один к одному возникает, когда экземпляр одного объекта связан с одним экземпляром другого объекта. Отношение один к одному обозначается стрелками <и>.

Отношение один к одному - это когда экземпляр первого объекта связан с одним (или несколькими) экземплярами второго объекта, но каждый экземпляр второго объекта связан только с одним экземпляром первого. Несколько ссылок представлены двойной стрелкой <и>.

Многочисленные связи существуют, когда экземпляр первого объекта связан с одним или несколькими экземплярами второго объекта, а каждый экземпляр второго объекта связан с одним или несколькими экземплярами первого объекта. Этот тип ссылки представлен двойной стрелкой.

Помимо множественности, связи можно разделить на безусловные и условные. В безусловных отношениях участие требует каждой копии объекта. Не все экземпляры объекта участвуют в условном общении. Соединение может быть условным с одной или обеих сторон.

Все сообщения в информационной модели требуют описания, включающего, как минимум:

• идентификатор ссылки;
• формулировка характера связи;
• характер связи (ее множественность и обусловленность);

• способ описания ссылки с использованием вспомогательных атрибутов объектов.

Заключение

Дальнейшее развитие представлений информационного моделирования связано с разработкой концепции коммуникации, формируемых ими структур и задач, которые могут быть решены на этих структурах. Мы уже знаем простую, последовательную структуру экземпляров - очередь. Возможными обобщениями информационных моделей являются циклическая структура, таблица, стек.

Очень важную роль играет древовидная информационная модель, которая является одним из наиболее распространенных типов классификационных структур. Эта модель основана на связи, которая отражает отношение части к целому: "А - это часть М" или "М управляет А". Отношения на дереве - это одно ко многим отношениям...

Таким образом, в программировании типы данных тесно связаны с определенными информационными моделями данных.

Еще более общей информационной моделью является так называемая графическая структура. Графические структуры являются основой для решения разнообразных задач информационного моделирования.

Многие прикладные задачи информационного моделирования были поставлены и изучены достаточно давно, в 50-60-е годы, в связи с активным развитием исследований и разработок в то время на научных основах управления в системах различного рода и в связи с попытками использовать компьютеры для моделирования психической деятельности человека при решении творческих интеллектуальных задач. Научные находки и модели, полученные в ходе решения этих проблем, объединены в науку "кибернетика", которая включает раздел "Исследования искусственного интеллекта".

Список литературы

1. Городецкий А.Я. Информационные системы. Вероятностные модели и статистические решения. Учеб. пособие. - СПб: Изд-во СПбГПУ, 2005. - 326 c.
2. Олзоева С.И. Моделирование и расчёт распределённых информационных систем. Учебное пособие. - Улан-Удэ: Изд-во ВСГТУ, 2005. - 67 с.
3. Елинова Г.Г. Информационные технологии в профессиональной деятельности: Краткий курс лекций. - Оренбург: ГОУ ОГУ, 2005. - 39 с.
4. Артёмова С.В. Информатика: Учебное пособие. Ч.I. - Тамбов: Изд-во Тамб. гос. техн. ун-та, 2002. - 160 с.
5. Майстренко А.В. Информатика: Учеб. пособие. - Тамбов: Изд-во Тамб. гос. тех. ун-та, 2003. - Ч. I. - 96 с