Лекция на тему: Информационное моделирование как метод познания. Информационные (нематериальные) модели. Назначение и виды информационных моделей. Объект, субъект, цель моделирования. Адекватность моделей моделируемым объектам и целям моделирования.

Лекция 1

Тема: Информационное моделирование как метод познания. Информационные (нематериальные) модели. Назначение и виды информационных моделей. Объект, субъект, цель моделирования. Адекватность моделей моделируемым объектам и целям моделирования.

В своей деятельности человек очень часто использует модели, то есть создает образ того объекта, явления или процесса или предмета, с которым ему предстоит иметь дело.

Анализ модели и наблюдение за ней позволяют познать суть реально существующего, более сложного объекта, процесса, явления.

Возникает вопрос, зачем нам модель, если есть оригинал?

Назовем несколько причин, по которым прибегают к построению моделей.

1.      В реальном времени оригинал может уже не существовать или его нет в действительности. (Примеры: теория вымирания динозавров, теория гибели Атлантиды, модель «ядерной зимы» …)

2.      Оригинал может иметь много свойств и взаимосвязей. Чтобы глубоко изучить какое-то конкретное свойство, иногда полезно отказаться от менее существенных, вовсе не учитывая их. (Примеры: карта местности, модели живых организмов…)

3.      Оригинал либо очень велик, либо очень мал. (Примеры: глобус, модель Солнечной системы, модель атома…)

4.      Процесс протекает очень быстро или очень медленно. (Примеры: вспышка молнии, модель двигателя внутреннего сгорания, геологические модели…)

5.      Исследование объекта может привести к его разрушению. (Примеры: снежинка, модель самолета, модель автомобиля…)

Объект – некоторая часть окружающего нас мира, которая может быть рассмотрена как единое целое.

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

Свойства объекта – совокупность признаков объекта, по которым его можно отличить от других объектов.

Назовем примеры моделей объектов:

§ копии архитектурных сооружений;

§ копии художественных произведений;

§ наглядные пособия;

§ модель атома водорода или солнечной системы;

§ глобус;

§ модель, демонстрирующая одежду;

§ детские игрушки…

Классификация моделей.

Итак, объектов моделирования, как мы только что с вами убедились, огромное количество. И для того, чтобы ориентироваться в их многообразии, необходимо все это классифицировать, то есть каким-либо образом упорядочить, систематизировать.

При классификации объектов по «родственным» группам необходимо правильно выделить некий единый признак (параметр, а затем объединить те объекты, у которых он совпадает). Рассмотрим наиболее распространенные признаки, по которым можно классифицировать модели.

По учету фактора времени:

1.                 статические - дают "одномоментный срез" текущего состояния объекта.

(Примеры: обследование обучающихся в поликлинике дает картину физического состояния детей на данный момент времени; расчет прочности и устойчивости к постоянной нагрузке на фундамент, на стены, на балки при строительстве здания);

2.                 динамические - позволяют увидеть изменения объекта во времени.

(Примеры: карточка школьника, отражающая состояние здоровья ребенка в течение многих лет при воздействии экологических, экономических и социальных факторов; учет противодействия ветрам, движению грунтовых вод, сейсмическим колебаниям при строительстве здания).

По способу представления объекта:

1.      материальные;

2.      информационные

Материальные модели иначе можно назвать предметными или физическими. Они воспроизводят геометрические свойства оригинала и имеют реальное воплощение. Например: детские игрушки, чучела птиц, карты, схемы, макеты и т.д.

Информационные модели нельзя потрогать или увидеть, они не имеют материального воплощения, потому что строятся только на информации.

Информационная модель – совокупность информации, характеризующая свойства и состояния объекта, процесса, явления, а также взаимосвязь с внешним миром. Например, любое описание объекта на одном из разговорных или формальных языков.

 К информационным моделям можно отнести вербальные и знаковые модели.

Вербальная модель – информационная модель в мысленной или разговорной форме. Это модели, полученные в результате раздумий, умозаключений. Они могут так и остаться мысленными или быть выражены словесно.

Знаковая модель –  информационная модель, выраженная специальными знаками, т.е. средствами любого формального языка. Знаковые модели окружают нас повсюду. Это рисунки, тексты, графики и схемы.

Вербальные и знаковые модели, как правило, взаимосвязаны. Мысленный образ, родившийся в голове человека, может быть облечен в знаковую форму. Например, мелодия, родившаяся в голове композитора, будет представлена в виде нот на бумаге.

Для создания моделей используется огромный спектр инструментов. Если модель имеет материальную природу. То для ее создания используются традиционные инструменты: фотоаппарат, токарный и фрезерный станки, пила, топор, кисть художника, карандаш, линейка и т.д., и, наконец самый совершенный в наши дни инструмент – компьютер.

По способу реализации информационные знаковые модели делятся на:

§ компьютерные, модель реализованная средствами программной среды. Например: электронные варианты рисунков, чертежей, текстов. формул, звуков и их создание и редактирование с помощью различного программного обеспечения;

§ некомпьютерные, модель созданная с помощью традиционных инструментов инженера, художника, писателя и др. Например: рисунки, чертежи, графики, тексты, созданные вручную.

По области использования:

§ учебные - наглядные пособия, обучающие программы, различные тренажеры;

§ опытные - модель корабля (испытывается в бассейне для определения устойчивости судна при качке);

§ научно-технические - прибор, имитирующий разряд; стенд для проверки телевизора;

§ игровые - экономические, спортивные и другие;

§ имитационные – эксперимент или многократно повторяется для изучения и оценки влияния каких-либо действий на реальную обстановку, или проводится одновременно со многими объектами, похожими, но поставленными в разные условия.

По отрасли знания:

§  биологические;

§  исторические;

§  социологические и др.

Моделирование – это процесс построения моделей для исследования и изучения объектов, процессов, явлений.

Моделировать можно:

Явления

Примеры моделей явлений:

§ модели физических явлений: грозового разряда, магнитных и электрических сил…;

§ геофизические модели: модель солевого потока, модель землетрясения, модель оползней…

Процессы

Примеры моделей процессов:

§ модель развития вселенной;

§ модели экономических процессов;

§ модели экологических процессов…

При выполнении человеком какого-либо действия ему обычно предшествует возникновение в его сознании модели будущего поведения. Собирается ли он строить дом или  решать задачу, переходит улицу или отправляется в поход – он непременно сначала представляет себе все это в уме. Это главное отличие человека мыслящего от всех других живых существ на земле.

Один и тот же объект в разных ситуациях, в разных науках может описываться различными моделями. Например, рассмотрим объект «человек» с точки зрения различных наук:

- в механике человек – это материальная точка;

- в химии – это объект, состоящий из различных химических веществ;

- в биологии – это система, стремящаяся к самосохранению;

- и т.д.

С другой стороны, разные объекты могут описываться одной моделью. Например, в механике различные материальные объекты от песчинки до планеты рассматриваются как материальные точки.

Таким образом, совершенно неважно, какие объекты выбираются в качестве моделирующих. Важно лишь то, что с их помощью удается отразить наиболее существенные признаки изучаемого объекта, явления или процесса.

Адекватность модели объекту

Адекватность предполагает воспроизведение моделью с необходимой полнотой всех характеристик объекта, существенных для цели моделирования.

Модель строится для того, чтобы получить дополнительную информацию об объекте моделирования. Необходимое условие для перехода от исследования объекта к исследованию модели и дальнейшего перенесения результатов на объект исследования — адекватность модели объекту.

В моделировании есть два различных подхода. Модель может быть похожей копией объекта, выполненной из другого материала, в другом масштабе, с отсутствием ряда деталей. Например, это игрушечный кораблик, домик из кубиков, деревянная модель самолета в натуральную величину, используемая в авиаконструировании и др. Модели такого рода называют натурными.

Модель может, однако, отображать реальность более абстрактно – словесным описанием в свободной форме, описанием, формализованным по каким-то правилам, математическими соотношениями и т.п. Будем называть такие модели абстрактными.

            Классификация моделей.

• дескриптивные (описательные) модели;

• оптимизационные модели;

• многокритериальные модели;

• игровые модели;

• имитационные модели.

Вопросы:

1. Что такое модель? Приведите примеры материальных моделей.
2. Что такое информационная модель?
3. Можно ли карту города назвать информационной моделью? Почему?
4. Почему многие научные знания можно отнести к информационным моделям?
5. Какова роль информатики в информационном моделировании?