Kaj je modeliranje v računalništvu? Vrste in faze modeliranja

V tem prispevku predlagamo, da se podrobneje razpravlja o temah modeliranja v računalništvu. Ta oddelek je zelo pomemben za usposabljanje bodočih strokovnjakov na področju informacijske tehnologije.

Za reševanje kakršnihkoli problemov (industrijske ali znanstvene) računalništva uporablja naslednjo verigo:

Posebno pozornost bi morala nameniti pojmu "model". Brez navzočnosti te povezave rešitev problema ne bo mogoča. Zakaj se uporablja model in kaj pomeni ta izraz? O tem bomo govorili v naslednjem poglavju.

Model

Modeliranje v računalništvo je sestavljanje podobe katerega koli resničnega objekta, ki odraža vse bistvene značilnosti in lastnosti. Model rešitve problema je potreben, saj se dejansko uporablja v postopku reševanja.

V šolskem računalniku se v šestem razredu začne obravnavati temo modeliranja. Na samem začetku otrok je treba uvesti koncept modela. Kaj je to?

• Poenostavljena podobnost predmeta;
• Zmanjšana kopija pravega predmeta;
• Shema pojava ali procesa;
• Podoba pojava ali procesa;
• Opis pojava ali postopka;
• Fizični analog objekta;
• Informacijski analog;
• Nadomestni objekt, ki odraža lastnosti pravega predmeta in tako naprej.

Model je zelo širok koncept, saj je že iz zgoraj navedenega že jasno. Pomembno je omeniti, da so vsi modeli razdeljeni v skupine:

• material;
• idealen.

Materialni model razumemo kot predmet, ki temelji na dejanskem objektu. To je lahko vsako telo ali proces. Ta skupina je razdeljena na dve vrsti:

• fizično;
• analogni.

Takšna razvrstitev je pogojna, saj je zelo težko črpati jasno mejo med tema dvema podvrstoma.

Idealen model je še težje opredeliti. Povezan je z:

• razmišljanje;
• domišljijo;
• zaznavanje.

Vključuje lahko umetniška dela (gledališče, slikarstvo, literaturo itd.).

Cilji modeliranja

Modeliranje v računalništvu je zelo pomembna faza, saj zasleduje veliko ciljev. Zdaj nudimo, da se seznanimo z njimi.

Najprej, modeliranje nam pomaga, da poznamo svet okoli nas. Od nekdaj so ljudje pridobili pridobljeno znanje in ga prenesli svojim potomcem. Tako je bil model našega planeta (globus).

V preteklih stoletjih smo izvedli modeliranje neobstoječih predmetov, ki so zdaj v našem življenju trdno zasidrani (dežnik, mlin, ipd.). Trenutno je slikanje namenjeno:

• opredelitev posledic katerega koli postopka (povečanje stroškov prevoza ali odlaganja kemičnih odpadkov pod zemljo);
• zagotavljanje učinkovitosti odločitev.

Modeliranje nalog

V članku smo omenili, kaj je modeliranje v računalništvu. Ta postopek ima nekaj nalog, o katerih bomo govorili v tem razdelku.

Kakšna je naloga pri modeliranju? Recimo, da imamo problem, rešiti moramo številne probleme, da bi ga odpravili. To pomeni, da je naloga problem, ki ga je treba obravnavati. Pomembno je omeniti, da se lahko vse naloge razdelijo v dve veliki skupini.

Verbalni model

Kakšne so metode modeliranja? Informatika uporablja le dve metodi - informacijsko in matematično. Pomembno pa je omeniti še eno vrsto modela - verbalno. O tem govorimo še malo več.

Verbalni model se nanaša na kategorijo idealne ali abstraktne. Ta opis s pomočjo črk, besed, stavkov. Ti modeli vključujejo:

• protokol;
• pravila ceste;
• informacije v izobraževalni literaturi;
• fikcija;
• ustni ali pisni opis predmeta, postopka ali pojava.

Matematični model

Katere druge vrste modelov se preučujejo v računalništvu? Informacijsko modeliranje in matematično (algoritemsko) običajno delimo. Čeprav je, kot je bilo že rečeno, meje med verbnimi, matematičnimi in informacijskimi modeli zelo pogojne.

Z enostavnimi izrazi matematični model opisuje vsako situacijo z matematičnega vidika. Ne zanemarjajoč se zase, vsakodnevno se ukvarjamo z matematičnim modeliranjem. Na primer: Mama pošilja otroka kruha in mleka. Ve, koliko teh izdelkov stane v trgovini poleg hiše. Zdaj je potrebno šteti, koliko denarja je treba dati otroku. Recimo, da mleko stane 75 rubljev in 50 kopecev, in kruh - 30 rubljev 20 kopecev. Celoten nakup bo stal 105 rubljev, 70 kopecks (75,5 + 30,2). To je primer matematičnega modela.

Informacijski model

Zdaj pa se pogovorimo o še eni vrsti modelov, ki smo jih preučevali v šolskem računalniku. Računalniško modeliranje, ki ga mora obvladati vsak bodoči informacijski strokovnjak, vključuje proces izvajanja informacijskega modela z uporabo računalniških orodij. Toda kaj je to, informacijski model?

To je seznam informacij o predmetu. Kaj opisuje ta model in kakšne koristne informacije ima:

• lastnosti modeliranega objekta;
• njegovo stanje;
• komunikacija z zunanjim svetom;
• odnosi z zunanjimi predmeti.

Kaj lahko služi kot informacijski model:

• verbalni opis;
• besedilo;
• risanje;
• miza;
• shema;
• risanje;
• formula in tako naprej.

Posebnost informacijskega modela je, da ga ni mogoče dotakniti, okusa in tako naprej. Nima materialne izvedbe, ker je predstavljena v obliki informacij.

Sistemski pristop k ustvarjanju modela

V katerem razredu šolskega programa opravlja študijo modeliranja? Informatika 9 razred podrobneje uvaja študente na to temo. V tem razredu se otrok spozna o sistemskem pristopu modeliranja. Predlagamo, da o tem podrobneje govorimo.

Začnimo s pojmom "sistem". To je skupina medsebojno povezanih elementov, ki delujejo skupaj za izpolnitev naloge. Za izgradnjo modela se sistemski pristop pogosto uporablja, saj se objekt obravnava kot sistem, ki deluje v določenem okolju. Če je katerikoli kompleksen objekt modeliran, potem je sistem razdeljen na manjše dele - podsisteme.

Namen uporabe

Zdaj bomo upoštevali namene modeliranja (računalništvo 11 razreda). Pred tem je bilo rečeno, da so vsi modeli razdeljeni na nekatere vrste in razrede, vendar so meje med njimi poljubne. Obstaja več znakov, na katerih je običajno klasificirati modele: cilj, področje znanja, časovni dejavnik, način predstavitve.

Kar zadeva cilje, je običajno razlikovati med naslednjimi vrstami:

• usposabljanje;
• izkušeni;
• posnemajo;
• igra;
• znanstveni in tehnični.

Prvi tip vključuje učno gradivo. Na drugo, zmanjšane ali razširjene kopije pravih predmetov (model gradnje, krilo letal itd.). Simulacijski model vam omogoča napovedovanje izida dogodka. Simulacijsko modeliranje se pogosto uporablja v medicini in na socialnem področju. Na primer, model pomaga razumeti, kako se bodo ljudje odzvali na to ali tisto reformo? Pred resnim delovanjem osebe za presaditev organov je bilo opravljenih več poskusov. Z drugimi besedami, simulacijski model omogoča reševanje problema s pomočjo metode "preskus in napaka". Igra je neke vrste ekonomska, poslovna ali vojaška igra. Z uporabo tega modela lahko napovedujete vedenje predmeta v različnih situacijah. Znanstveni in tehnični model se uporablja za preučevanje procesa ali pojava (naprava, ki simulira izstrelitev strele, model gibanja planetov sončnega sistema in tako naprej).

Področje znanja

V katerem razredu študentov se podrobneje predstavi z modeliranjem? Informatika 9. razreda se osredotoča na pripravo študentov na izpit za sprejem v visokošolske zavode. Ker na vozovnicah EGE in GIA obstajajo vprašanja o modeliranju, je zdaj treba to temo obravnavati čim bolj podrobno. In kako je razvrstitev glede na področje znanja? Na podlagi te funkcije se razlikujejo naslednje vrste:

• biološki (na primer umetno povzročeni pri živalskih boleznih, genetskih motnjah, malignih novotvorbah);
• ekonomski (model vedenja podjetij, model oblikovanja tržnih cen itd.);
• zgodovinsko (genealoško drevo, modeli zgodovinskih dogodkov, model rimske vojske itd.);
• sociološki (model osebnega interesa, vedenje bankirjev pri prilagajanju novim gospodarskim razmeram) in tako naprej.

Časovni dejavnik

Glede na to značilnost obstajata dve vrsti modelov:

• dinamičen;
• statično.

Že po sodbi z enim imenom ni težko uganiti, da prva vrsta odraža delovanje, razvoj in spremembo predmeta v času. Statik lahko v določenem trenutku opisuje predmet. Ta vrsta se včasih imenuje strukturna, saj model odraža strukturo in parametre predmeta, to je, da zagotavlja del informacij o tem.

Primeri dinamični model so:

• niz formul, ki odražajo gibanje planetov sončnega sistema;
• graf sprememb temperature zraka;
• video snemanje vulkanskega izbruha in tako naprej.

Primeri statističnega modela so:

• seznam planetov sončnega sistema;
• zemljevid območja in tako naprej.

Način zastopanja

Za začetek je zelo pomembno reči, da imajo vsi modeli obliko in obliko, da so vedno narejeni iz nečesa, nekako predstavljeni ali opisani. Glede na to značilnost je običajno klasificirati modele na ta način:

• material;
• neopredmeten.

Prva vrsta vključuje materialne kopije obstoječih predmetov. Lahko se jih dotakne, niha in tako naprej. Odražajo zunanje ali notranje lastnosti, dejanja predmeta. Zakaj potrebujemo materialne modele? Uporabljajo se za poskusno metodo spoznavanja (eksperimentalna metoda).

Že prej smo naslovili na nematerialne modele. Uporabljajo teoretično metodo spoznavanja. Takšni modeli se ponavadi imenujejo idealni ali abstraktni. Ta kategorija je razdeljena na več podvrst: imaginarni modeli in informacije.

Informacijski modeli ponujajo seznam različnih informacij o objektu. Kot informacijski model lahko delujejo tabel, številke, besedni opisi, diagrami in tako naprej. Zakaj se ta model imenuje nematerialen? Stvar je v tem, da ga ni mogoče dotakniti, ker nima materialne izvedbe. Med informacijskimi modeli razlikujemo znak in vizualno.

Imaginarni model je ena od faz modeliranja. To je ustvarjalni proces, ki poteka v domišljiji osebe, ki je pred ustvarjanjem materialnega predmeta.

Faze modeliranja

Tema računalništva 9. razreda "Modeliranje in formalizacija" je zelo težka. Obvezno je študirati. Učitelj je v učilnici 9-11 dolžan seznaniti študente z etapami ustvarjanja modelov. To bomo zdaj storili. Zato se razlikujejo naslednje faze modeliranja:

• smiselna formulacija problema;
• matematična formulacija problema;
• razvoj z uporabo računalnika;
• delovanje modela;
• pridobitev rezultata.

Pomembno je omeniti, da pri proučevanju vsega, kar nas obdaja, se uporabljajo procesi modeliranja in formalizacije. Informatika je predmet, namenjen sodobnim metodam učenja in reševanja vseh težav. Zato je poudarek na modelih, ki jih je mogoče izvesti s pomočjo računalnika. Posebno pozornost v tej temi je treba nameniti razvoju algoritma za reševanje rešitev z uporabo elektronskih računalnikov.

Odnosi med predmeti

Zdaj povej malo o razmerju med predmeti. Obstajajo tri vrste:

• ena proti ena (to povezavo označuje enosmerna puščica v eni ali drugi smeri);
• ena do mnogih (več povezav označuje dvojna puščica);
• veliko do mnogih (takšna povezava se označi z dvojno puščico).

Pomembno je omeniti, da so povezave pogojne in brezpogojne. Brezpogojno komuniciranje vključuje uporabo vsakega primerka predmeta. V pogojni so vključeni samo nekateri elementi.