Модели объектов и процессов

Министерство сельского хозяйства российской Федерации

 

 

 

 

 

 

РЕФЕРАТ

По теме:

МОДЕЛИ ОБЪЕКТОВ И ПРОЦЕССОВ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Руководитель

Исполнитель

 

 

2014г

Содержание

 

1. Введение
2. Типы информационных моделей
3. Классификация моделей
4. Табличные информационные модели
5. Иерархические и сетевые модели
6. Классификация моделей по временному фактору
7. Знаковые и вербальные информационные модели

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

 

Практически во всех науках о природе, живой и неживой, об обществе, построение и использование моделей является мощным орудием познания. Реальные объекты и процессы бывают столь многообразны и сложны, что лучшим способом их изучения часто является построение модели, отображающей лишь какую-то грань реальности и поэтому многократно более простой, чем эта реальность, и исследование вначале этой модели. Кроме того, в реальном времени оригинал (прототип объекта, процесса, явления) может уже не существовать. На основании известных фактов методом гипотез и аналогий можно построить модель событий или природных катаклизмов далекого прошлого (теории вымирания динозавров или гибели Атлантиды, теоретическая модель “ядерной войны” и т.д.).

Модель – упрощенный объект, который отражает существенные особенности реального объекта, процесса или явления.

  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.).

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

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

Моделировать можно:

1. объекты:

копии архитектурных объектов

копии художественных произведений

наглядные пособия

глобус…

2. явления:

модели физических явлений: грозовой разряд, магнитная сила…

географический модели: модель землетрясения, оползня…

3. процессы:

модель развития вселенной

экономических процессов

экологических процессов…

 

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 каком-либо 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.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Классификация моделей

 

 1. с учетом фактора времени

Модели	Определение	Пример
Статистические	Одномоментный (на данный момент времени) срез информации по объекту	Обследование учащихся 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
Динамические	Позволяют увидеть изменения состояния объекта во времени	Карточка школьника, отражающая состояние здоровья ребенка в течение многих лет при воздействии экологических и социальных факторов. Учет противодействия ветрам, движению грунтовых вод.

 

2. по способу представления

Модели	Определения	Примеры
Материальные	Воспроизводят геометрические и физические свойства объекта и всегда имеют реальное воплощение	Детские игрушки, чучела птиц, карты, схемы, макеты..
Информационные		Любое описание объекта на одном из разговорных или формальных языков

3.

Информационные модели	Определение	Примеры
Знаковые	Информационная модель, выраженная средствами формального языка	Рисунки, тексты, графики, схемы…
Вербальные	Информационная модель в мысленной или разговорной форме	Мысленный образ объекта

4.

Знаковые модели	Определение	Примеры
Компьютерные	Модель, реализованная средствами программной среды	Электронные варианты рисунков, чертежей, текстов…
Некомпьютерные	Модель, созданная с помощью традиционных инструментов инженера, художника, писателя…	Рисунки, чертежи, созданные вручную

 

 

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 какими-то 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 моделей

 

Информационные 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.