Лекция Продолжение темы Моделирование

Лекция

Тема: Формы представления моделей: описание, таблица, формула, граф, чертеж, рисунок, схема (1). Основные этапы построения моделей (2). Формализация как важнейший этап моделирования (3). Компьютерное моделирование и его виды: расчетные, графические, имитационные модели (4). Структурирование данных. Структура данных как модель предметной области (5).

Информация, характеризующая объект или процесс, может иметь разную форму  представления, выражаться различными средствами. По степени формализации, строгости описания это многообразие можно условно разделить на образно-знако­вые и знаковые модели.

1.      По форме представления образно-знаковых моделей можно на следующие группы:

• геометрические модели, отображающие внешний вид оригинала (чертеж, схема);
• структурные модели, отображающие строение объектов и связи их параметров (граф, таблица);
• словесные модели, описанные средствами естественного языка (описание);
• алгоритмические модели (граф, таблица, описание, диаграмма).

Знаковые модели можно разделить на следующие группы:

• математические модели, представленные математическими  формулами, отображающими связь различных параметров объекта;
• специальные модели (ноты, химические формулы и т.д.).
• алгоритмические модели, представляющие процесс в виде программы, записанной на специальном языке.

2.      Основные этапы построения моделей (стр 106.)

Информационное моделирование в информатике – компьютерное моделирование.                       

3.      Формализация как важнейший этап моделирования.

Формализация - это процесс выделения и перевода внутренней структуры предмета, явления или процесса в определенную информационную структуру — форму.

Формализация - это замена реального объекта или процесса его формальным описанием, т. е. его информационной моделью.

Моделирование любой системы невозможно без предварительной формализации. По сути, формализация - это первый и очень важный этап процесса моделирования.

Построив информационную модель, человек использует ее вместо объекта-оригинала для изучения свойств этого объекта, прогнозирования его поведения и пр. Прежде чем строить какое-то сложное сооружение, например мост, конструкторы делают его чертежи, проводят расчеты прочности, допустимых нагрузок. Таким образом, вместо реального моста они имеют дело с его модельным описанием в виде чертежей, математических формул. Если же конструкторы пожелают воспроизвести мост в уменьшенном размере, то это уже будет натурная модель — макет моста.

4.                 Компьютерное моделирование и его виды: расчетные, графические, имитационные модели.

С появлением компьютера стало возможным проводить расчеты сложных математических моделей за приемлемое время.

Математическая модель - это описание моделируемого процесса на языке математики.

Компьютерная математическая модель - это программа, реализующая расчеты состояния моделируемой системы по ее математической модели.

Расчетное моделирование

Расчетная модель – это математическая модель Использование компьютерной математической модели для исследования поведения объекта моделирования называется вычислительным экспериментом. Говорят также: "численный эксперимент".

Вычислительный эксперимент в некоторых случаях может заменить реальный физический эксперимент.

Впечатляющий пример использования такой возможности - прекращение испытаний ядерного оружия, которые сопровождались значительным экологическим ущербом. Благодаря очень точным математическим моделям и мощным компьютерам стало возможно просчитать все последствия, к которым приводит изменение в конструкции ядерной бомбы. Образно говоря, удалось "взорвать бомбу" внутри компьютера, ничего не разрушив.

Графическое  моделирование

Важным свойством компьютерных математических моделей является возможность визуализации результатов расчетов. Этим целям служит использование компьютерной графики.

Представление результатов в наглядном виде - важнейшее условие для их лучшего понимания. Например, результаты продаж, использования материалов, результаты экспериментов, потребностей и т.д..

Для изображения изменяющихся со временем (динамических) результатов используют графическую анимацию.

Компьютерная графика позволяет человеку в процессе проведения численного эксперимента "заглянуть" в недоступные места исследуемого объекта. Можно получить изображение любого сечения объекта сложной формы с отображением рассчитываемых характеристик: температурных полей, давления и пр. В реальном физическом эксперименте такое можно сделать далеко не всегда. Например, невозможно выполнить измерения внутри работающей доменной печи или внутри звезды. А на модели это сделать можно.

Имитационное моделирование

Имитационное моделирование - особая разновидность моделирования на компьютере.

Имитационная модель воспроизводит поведение сложной системы, элементы которой могут вести себя случайным образом. Иначе говоря, поведение которых заранее предсказать нельзя.

К имитационным моделям относятся модели систем массового обслуживания: например, системы торговли, автосервиса, скорой помощи, в которых появление заявок на обслуживание и длительность обслуживания одной заявки - события случайные.

Задачи, решаемые с помощью имитационных моделей систем массового обслуживания, заключаются в поиске режимов работы служб сервиса (магазинов, автозаправок и пр.), уменьшающих время ожидания клиентов.

Еще одним популярным объектом для имитационного моделирования являются транспортные системы: сеть городских дорог, перекрестки, светофоры, автомобили. Модель имитирует движение транспортных потоков по городским улицам. Эксперименты на такой модели позволяют найти режимы управления движением (работа светофоров), уменьшающие возможность возникновения пробок. Работа имитационной модели всегда визуализируется на экране компьютера.

5.      Структурирование данных. Структура данных как модель предметной области.

Этот вопрос рассмотрим на конкретном примере.

Объект моделирования – процесс приема в ВУЗ.

Предметная область – работа приемной комиссии.

1 этап –подготовительный: предоставление информации о вузе, его факультетах для принятия решения о поступлении на конкретный факультет, на конкретную специальность.

2 этап – приём документов от абитуриентов, оформление документации.

3 этап – сдача абитуриентами приёмных экзаменов, обработка результатов.

4 этап – процедура зачисления по результатам экзаменов.

1 этап:

-       план приема в университет;

-       факультеты;

-       специальности на каждом факультете;

-       план приема на каждую специальность.

Все вышеперечисленное можно объединить в иерархическую структуру в виде графа Рис.1

Для каждого уровня дерева создается таблица своего типа: Рис.2

Таблица Специальности Рис.3

Третий уровень дерева начинает формироваться на втором этапе работы приемной комиссии. Абитуриенты пишут заявления на допуск к поступлению, сдают необходимые документы, заполняют анкеты. Каждому присваивается идентификатор – номер регистрации. Далее этот номер будет фигурировать во всех документах.

Установлена связь между тремя таблицами за счет общих полей: в таблицах ФАКУЛЬТЕТЫ и СПЕЦИАЛЬНОСТИ общее поле «Название факультета».

В таблицах СПЕЦИАЛЬНОСТИ и АБИТУРИЕНТЫ общее поле «Название специальности». Итог: построена структура данных, состоящая из трех взаимосвязанных таблиц, являющаяся табличной формой информационной модели предметной «Приемная компания в университете».

Д/З  Дать определение понятию «предметная область»

Описать выбранную систему (аптеку, школу, клуб, цех, завод) в виде схемы, таблицы, словесного описания.

Или разработать по аналогии информационную модель «Школа». Модель должна быть представлена в графической и табличной форме.