Сетевые информационные модели

Сетевые информационные модели 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. Информационная модель (в широком, общенаучном смысле) — 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 (то есть 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  (то есть 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 (то есть на языке  смыслов и значений цветовых канонов, репрезентативно воспроизводившихся в мировой  культуре). Примеры хроматических моделей: «атомарная» модель интеллекта (АМИ),  межконфессиональная имманентность религий (МИР), модель аксиолого­социальной  семантики (МАСС) и др., созданные на базе теории и методологии хроматизма. Информационное моделирование. Основные типы информационных моделей  (табличные, иерархические, сетевые).      Табличные модели. Одним из наиболее часто используемых типов информационных  моделей является таблица, которая состоит из строк и столбцов.           Построим, например, табличную информационную модель, отражающую стоимость  отдельных устройств компьютера (табл. 9). Пусть в первом столбце таблицы содержится  перечень объектов (устройств), входящих в состав компьютера, а во втором — их цена.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.На рисунке 22 изображена информационная модель, которая позволяет  классифицировать современные компьютеры. Полученная информационная структура  напоминает дерево, которое растет сверху вниз (именно поэтому такие информационные  модели называют иногда древовидными). В структуре четко просматриваются три уровня: от первого, верхнего, имеющего один элемент Компьютеры, мы спускаемся до третьего,  нижнего, имеющего три элемента Настольные, Портативные, Карманные.           Сетевые информационные модели. Сетевые информационные модели применяются для отражения систем со сложной структурой, в которых связь между элементами имеет  произвольный характер.                      Типы информационных моделей Основные понятия:  вербальные модели;  математические модели;  табличные модели;  иерархические модели;  сетевые модели; Разные объекты можно описывать разными моделями.   Табличные модели Одной из наиболее часто встречающихся структур информационной модели  является таблица. В табличной информационной модели элементы информации  размещаются в отдельных ячейках. Такой тип моделей применяется для описания ряда  объектов, обладающих одинаковыми наборами свойств.С помощью таблиц могут быть выражены как статические, так и динамические  информационные модели. Например, рассмотрим компьютер с точки зрения стоимости  его отдельных устройств и изменения его цены во времени. Наименование устройства Цена (в у.е.) Системная плата 80 Процессор Celeron (400 МГц) 70 Память 32 Жёсткий диск 10 Г б Дисковод 3,5 " Видеоплата 8 Мб Монитор 15 " Звуковая карта 16 бит Дисковод CD­ROM x 48 Корпус 25 Клавиатура Мышь 45 130 14 30 200 30 50 50 10 5 Динамическая информационная модель содержит изменение цены компьютеров по  годам для двух различных моделей. Годы 1997 1998 1999 2000 Цена компьютера на базе процессора Pentium 1200 800 650 500 Цена компьютера на базе процессора Pentium II 1800 1200 800 650 Обычно перечень объектов размещен в ячейках первого столбца таблицы, а значения их  свойств ­ в других столбцах.   Иерархические моделиГруппа объектов, обладающих одинаковыми свойствами называется классом объектов.  Внутри класса объектов могут быть выделены подклассы, которые в свою очередь могут  тоже делиться на более мелкие классы. Такой процесс называется классификацией. В  процессе классификации часто строятся модели, которые имеют иерархическую  структуру. В биологии весь животный мир рассматривается как иерархическая  структура. В информатике иерархия используется в файловой системе. Статическая иерархическая модель "Компьютер" может выглядеть следующим  образом.  Класс Компьютеры можно разделить на три подкласса: Суперкомпьютеры, Серверы и  Персональные компьютеры. Компьютеры, входящие в подкласс Суперкомпьютеры, отличаются сверхвысокой  производительностью и надежностью и используются в крупных научно­технических  центрах для управления процессами в реальном масштабе времени. Компьютеры, входящие в подкласс Серверы, обладают высокой производительностью и  надежностью и используются в качестве серверов в локальных и глобальных сетях. Компьютеры, входящие в подкласс Персональные компьютеры, обладают средней  производительностью и надежностью и используются в офисах и дома для работы с  различными приложениями. Подкласс Персональные компьютеры делится, в свою очередь, на Настольные,  Портативные и Карманные компьютеры. В иерархической структуре элементы распределяются по уровням, от первого (верхнего) уровня до нижнего (последнего) уровня. На первом уровне может располагаться только  один элемент, который является "вершиной" иерархической структуры. Основное  отношение между уровнями состоит в том, что элемент более высокого уровня может  состоять из нескольких элементов нижнего уровня, при этом каждый элемент нижнего  уровня может входить в состав только одного элемента верхнего уровня. В иерархической информационной модели объекты распределены по уровням. Каждый  элемент более высокого уровня может состоять из элементов нижнего уровня, а элемент  нижнего уровня может входить в состав только одного элемента более высокого уровня. В рассмотренной иерархической модели, классифицирующей компьютеры, имеются три  уровня. На первом, верхнем, уровне располагается элемент Компьютеры, в него входяттри элемента второго уровня Суперкомпьютеры, Серверы и Персональные компьютеры. В состав последнего входят три элемента третьего, нижнего, уровня Настольные,  Портативные и Карманные компьютеры. Изображение информационной модели в форме графа. Граф является удобным способом  наглядного представления структуры информационных моделей. Вершины графа (овалы)  отображают элементы системы. Элементы верхнего уровня находятся в отношении "состоять из" к элементам более  низкого уровня. Такая связь между элементами отображается в форме дуги графа  (направленной линии в форме стрелки). Графы, в которых связи между объектами  несимметричны (как в данном случае), называются ориентированными. Изобразим иерархическую модель, классифицирующую компьютеры, в виде графа Полученный граф напоминает дерево, которое растет сверху вниз, поэтому  иерархические графы иногда называют деревьями. Динамическая иерархическая модель. Для описания исторического процесса смены  поколений семьи используются динамические информационные модели в форме  генеалогического дерева. В качестве примера можно рассмотреть фрагмент (X­XI века)  генеалогического дерева династии РюриковичейСетевые информационные модели Сетевые информационные модели применяются для отражения систем со сложной  структурой, в которых связи между элементами имеют произвольный  характер. Например, различные региональные части глобальной компьютерной сети  Интернет (американская, европейская, российская, австралийская и так далее) связаны  между собой высокоскоростными линиями связи. При этом одни части (например,  американская) имеют прямые связи со всеми региональными частями Интернета, а другие могут обмениваться информацией между собой только через американскую часть  (например, российская и австралийская). Построим граф, который отражает структуру глобальной сети Интернет. Вершинами  графа являются региональные сети. Связи между вершинами носят двусторонний  характер и поэтому изображаются ненаправленными линиями (ребрами), а сам граф  поэтому называется неориентированным.Представленная сетевая информационная модель является статической моделью. С  помощью сетевой динамической модели можно, например, описать процесс передачи мяча между игроками в коллективной игре (футболе, баскетболе и так далее). Примеры математических моделей смотреть (И.Г. Семакин http://school­ collection.edu.ru/) Примеры графических моделей смотреть (И.Г. Семакин http://school­collection.edu.ru/) Примеры табличных моделей смотреть (И.Г. Семакин http://school­collection.edu.ru/) Компьютерный практикум 1. Построить компьютерную модель фрагмента иерархической системы животного  мира 2. Построить компьютерную модель генеалогического дерева династии Романовых 3. Построить компьютерную модель генеалогического дерева вашей семьи 4. Построить информационную модель локальной сети школы. Проверочная работа Графические модели. Тест (http://school­collection.edu.ru) Табличные модели. Тест (http://school­collection.edu.ru) Он­лайн тест "Деревья" (К.Поляков) Вопросы и задания 1. Какие системы объектов целесообразно и возможно представлять с помощью  таблиц? 2.  Какие системы объектов целесообразно и возможно представлять с помощью  иерархических моделей? 3. Какие системы объектов целесообразно и возможно представлять с помощью  сетевых моделей? 5. Найдите и исправьте ошибки в предложениях:­ По временному фактору информационные модели делятся на словесные,  геометрические, математические, логические, специальные ­ Словесные модели ­ математические формулы, отображающие связь различных  параметров объекта или процесса. ­ Математические модели ­ графические формы и объемные конструкции ­ Описательные модели ­ модели, в которых представлены различные варианты выбора действий на основе умозаключений и анализа условий. ­ Формальные языки используются для представленя описательных моделей. ­ Естественные языки используются для построения формально ­ логических моделей ­  математических, логических и специальных. ­ Процесс построения информационных моделей с помощью формальных языков  называется моделированием. Модели объектов и процессов (графические, вербальные, табличные,  математические и др.). Все модели можно разбить на два больших класса: модели предметные (материальные) и  модели информационные. Предметные модели воспроизводят геометрические,  физические и другие свойства объектов в материальной форме (глобус, анатомические  муляжи, модели кристаллических решеток, макеты зданий и сооружений и др.). Типы информационных моделей Информационные модели представляют объекты и процессы в образной или знаковой  форме. Образные модели (рисунки, фотографии и др.) представляют собой зрительные  образы объектов, зафиксированные на каком­либо носителе информации (бумаге, фото­ и  кинопленке и др.). Широко используются образные информационные модели в  образовании (учебные плакаты по различным предметам) и науках, где требуется  классификация объектов по их внешним признакам (в ботанике, биологии, палеонтологии  и др.). Знаковые информационные модели строятся с использованием различных языков  (знаковых систем). Знаковая информационная модель может быть представлена в форме  текста (например, программы на языке программирования), формулы (например, второго  закона Ньютона F=ma), таблицы (например, периодической таблицы элементов Д. И.  Менделеева) и так далее.Иногда при построении знаковых информационных моделей используются одновременно  несколько различных языков. Примерами таких моделей могут служить географические  карты, графики, диаграммы и пр. Во всех этих моделях используются одновременно как  язык графических элементов, так и символьный язык. Табличные информационные модели Одним из наиболее часто используемых типов информационных моделей является  прямоугольная таблица, которая состоит из столбцов и строк. Такой тип моделей  применяется для описания ряда объектов, обладающих одинаковыми наборами свойств. С помощью таблиц могут быть построены как статические, так и динамические  информационные модели в различных предметных областях. Широко известно табличное  представление математических функций, статистических данных, расписаний поездов и  самолетов, уроков и так далее. Представление объектов и их свойств в форме таблицы часто используется в научных  исследованиях. Так, на развитие химии и физики решающее влияние оказало создание Д.  И. Менделеевым в конце XIX века периодической системы элементов, которая  представляет собой табличную информационную модель. В этой модели химические  элементы располагаются в ячейках таблицы по возрастанию атомных весов, а в столбцах  — по количеству валентных электронов, причем по положению в таблице можно  определить некоторые физические и химические свойства элементов. Табличные информационные модели проще всего строить и исследовать на компьютере с  помощью электронных таблиц и систем управления базами данных. Визуализируем  полученную табличную модель путем построения диаграммы в электронных таблицах. Иерархические и сетевые модели Множество окружающих нас объектов обладает одинаковыми свойствами, которые  отличают их от других групп объектов. Группа объектов, обладающих одинаковыми  общими свойствами, называется классом объектов. Внутри класса объектов могут быть  выделены подклассы, объекты которых обладают какими­то особыми свойствами. В свою  очередь подклассы могут делится на более мелкие группы и т.д. В процессе классификации объектов часто строят информационные модели, которые  имеют иерархическую структуру.В иерархической информационной модели объекты распределены по уровням. Каждый  элемент более высокого уровня может состоять из элементов нижнего уровня, а элемент  нижнего уровня может входить в состав только одного элемента более высокого уровня. Иерархические информационные модели для наглядного представления удобно  изображать в форме графа.   Сетевые информационные модели применяются для отражения систем со сложной  структурой, в которых связи между элементами имеют произвольный характер. Пример, структура глобальной сети Интернет, в которой различные региональные части  связаны между собой высокоскоростными линиями связи. Причем, одни части имеют  прямые связи со всеми региональными частями Интернета, а другие могут обмениваться  информацией между собой только через американскую часть. Классификация моделей по временному фактору Статическая модель — это как бы одномоментный срез информации по объекту.  Например, обследование учащихся в стоматологической поликлинике дает картину  состояния их ротовой полости на данный момент времени: число молочных и постоянных  зубов, пломб, дефектов и т.п. Динамическая модель позволяет увидеть изменения объекта во времени. В примере с  поликлиникой карточку школьника, отражающую изменения, происходящие с его зубами  за многие годы, можно считать динамической моделью. При строительстве дома рассчитывают прочность и устойчивость к постоянной нагрузке  его фундамента, стен, балок — это статическая модель здания. Но еще надо обеспечить  противодействие ветрам, движению грунтовых вод, сейсмическим колебаниям и другим  изменяющимся во времени факторам. Это можно решить с помощью динамических  моделейИнформационные модели отражают различные типы систем объектов, в которых  реализуются различные структуры взаимодействия и взаимосвязи между элементами  системы. Для отражения систем с различными структурами используются различные типы информационных моделей: табличные, иерархические и сетевые. Знаковые и вербальные информационные модели К информационным моделям можно отнести вербальные (от лат. «verbalize» — устный)  модели, полученные в результате раздумий, умозаключений. Они могут так и остаться  мысленными или быть выражены словесно. Примером такой модели может стать наше  поведение при переходе улицы. Человек анализирует ситуацию на дороге (что показывает  светофор, как далеко находятся машины, с какой скоростью они движутся и т. п.) и  вырабатывает свою модель поведения. Если ситуация смоделирована правильно, то  переход будет безопасным, если нет, то может произойти авария. К таким моделям можно отнести и идею, возникшую у изобретателя, и музыкальную тему, промелькнувшую в  голове композитора, и рифму, прозвучавшую пока еще в сознании поэта. Вербальная модель – информационная модель в мысленной или разговорной форме. 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 мозгу человека, может быть облечен в знаковую форму. И наоборот,  знаковая модель помогает сформировать в сознании верный мысленный образ. Согласно легенде, яблоко, упавшее на голову Ньютону, вызвало в его сознании мысль о  земном притяжении. И только впоследствии эта мысль оформилась в закон, т. е. обрела  знаковую форму. Человек прочитал текст, объясняющий некоторое физическое явление, и у него  сформировался мысленный образ. В дальнейшем такой образ поможет распознать  реальное явление.