Što je modeliranje u računalnoj znanosti? Vrste i faze modeliranja

U ovom radu predlažemo detaljnu raspravu o temi modeliranja računalnih znanosti. Ovaj odjeljak je od velike važnosti za obuku budućih stručnjaka iz područja informacijske tehnologije.

Za rješavanje bilo kakvih problema (industrijska ili znanstvena) računalna znanost koristi sljedeći lanac:

Posebnu pozornost treba posvetiti konceptu "modela". Bez prisutnosti ove veze, rješenje problema neće biti moguće. Zašto se model koristi i što se podrazumijeva tim pojmom? Ovo ćemo pričati u sljedećem odjeljku.

Model

Modeliranje u računalnoj znanosti je izrada slike bilo kojeg stvarnog objekta koji odražava sve bitne značajke i svojstva. Model rješavanja problema je neophodan, budući da se zapravo koristi u procesu rješavanja.

U školskom predmetu računalne znanosti, temu modeliranja počinje se proučavati u šestom razredu. Na samom početku djece potrebno je uvesti koncept modela. Što je to?

• Pojednostavljena sličnost objekta;
• Smanjena kopija stvarnog objekta;
• Shema fenomena ili procesa;
• Slika fenomena ili procesa;
• Opis fenomena ili procesa;
• Fizički analog objekta;
• Analogni podaci;
• Zamjenski objekt koji odražava svojstva stvarnog objekta i tako dalje.

Model je vrlo širok pojam, kao što je već postalo jasno iz gore navedenog. Važno je napomenuti da su svi modeli podijeljeni u skupine:

• materijal;
• idealno.

Materijalni model podrazumijeva se kao objekt koji se temelji na stvarnom objektu. Može biti bilo koje tijelo ili proces. Ova je grupa podijeljena u dvije vrste:

• fizički;
• analogni.

Takva je klasifikacija uvjetna jer je vrlo teško izvući jasnu granicu između dvije podvrste.

Idealni model je još teže opisati. Povezana je s:

• razmišljanja;
• mašta;
• percepcija.

Može uključivati ​​umjetnička djela (kazalište, slikarstvo, književnost i tako dalje).

Ciljevi modeliranja

Modeliranje u računalnoj znanosti vrlo je važna faza, jer ima puno ciljeva. Sad nudimo upoznavanje s njima.

Prije svega, modeliranje nam pomaže da upoznamo svijet oko nas. Od pamtivijeka ljudi su akumulirali stečena znanja i prenijeli ih svojim potomcima. Tako je postojao model našeg planeta (globusa).

U proteklim stoljećima provedeno je modeliranje nepostojećih objekata, koji su sada čvrsto ukorijenjeni u naše živote (kišobran, mlin i tako dalje). Trenutačno imaging ima za cilj:

• utvrđivanje posljedica bilo kojeg postupka (povećanje troškova transporta ili zbrinjavanja kemijskog otpada pod zemljom);
• osiguravanje učinkovitosti odluka.

Zadaci modeliranja

Spomenuli smo u članku, što je modeliranje u računalnoj znanosti. Ovaj proces ima neke zadatke, o kojima ćemo govoriti u ovom odjeljku.

Koji je zadatak u modeliranju? Pretpostavimo da imamo problem, moramo riješiti niz problema kako bismo je uklonili. To jest, zadatak je problem koji treba riješiti. Važno je napomenuti da se svi zadaci mogu podijeliti u dvije velike skupine.

Verbalni model

Koje su metode modeliranja? Informatika koristi samo dvije metode - informacije i matematičke. No, važno je spomenuti još jednu vrstu modela - verbalnu. O tome, sada razgovaramo malo više.

Verbalni model odnosi se na kategoriju idealnog ili apstraktnog. Ovaj opis uz pomoć pisama, riječi, rečenica. Ovi modeli uključuju:

• protokol;
• pravila ceste;
• informacije u obrazovnoj literaturi;
• fikcija;
• usmeni ili pismeni opis predmeta, procesa ili pojava.

Matematički model

Koje druge vrste modela studiraju u računalnoj znanosti? Informacijsko modeliranje i matematičko (algoritamsko) obično se dijele. Iako je, kao što je već rečeno, granice između verbalnih, matematičkih i informacijskih modela vrlo uvjetovane.

Jednostavnim riječima matematički model opisuje svaku situaciju s matematičke točke gledišta. Ne primjećujući za sebe, bavimo se matematičkim modeliranjem svaki dan. Na primjer: mama šalje dijete za kruh i mlijeko. Ona zna koliko se ti proizvodi cijene u trgovini pored kuće. Sada je potrebno računati koliko novca dati djetetu. Pretpostavimo da mlijeko košta 75 rubalja i 50 kopecks, a kruh - 30 rubalja 20 kopecks. Cijela kupnja će koštati 105 rubalja, 70 kopecks (75,5 + 30,2). Ovo je primjer matematičkog modela.

Informacijski model

Sada razgovarajmo o još jednoj vrsti modela koji se studiraju u školskom tečaju računalne znanosti. Računalno modeliranje, koje svakom budućem IT stručnjaku mora svladati, uključuje proces implementacije informacijskog modela pomoću računalnih alata. Ali što je to, informacijski model?

Popis je informacija o objektu. Što ovaj model opisuje i koje korisne informacije ona nosi:

• svojstva modela objekta;
• njegovo stanje;
• komunikacija s vanjskim svijetom;
• odnosi s vanjskim objektima.

Što može poslužiti kao informacijski model:

• verbalni opis;
• tekst;
• crtanje;
• tablice;
• shema;
• crtanje;
• formula i tako dalje.

Značajka informacijskog modela je da se ne može dotaknuti, okusiti i tako dalje. Ona ne nosi materijalnu izvedbu, jer je prikazana u obliku informacija.

Sustavni pristup stvaranju modela

U kojoj klasi školskog programa radi studij modeliranja? Informatika 9 klasa uvodi studente na ovu temu detaljnije. U ovom se razredu dijete uči o sustavu pristupa modeliranju. Predlažemo da o tome detaljnije razgovaramo.

Počnimo s konceptom "sustava". Ovo je skupina međusobno povezanih elemenata koji djeluju zajedno kako bi ostvarili zadatak. Za izgradnju modela često se koristi sustavni pristup jer se objekt promatra kao sustav koji funkcionira u nekom okruženju. Ako je bilo koji kompleksni objekt modeliran, tada je sustav podijeljen na manje dijelove - podsustave.

Svrha upotrebe

Sada ćemo razmotriti svrhu modeliranja (računalna znanost 11 klasa). Ranije se rečeno da su svi modeli podijeljeni u neke vrste i klase, ali granice između njih su proizvoljne. Postoji nekoliko znakova na kojima je uobičajeno klasificirati modele: cilj, područje znanja, faktor vremena, način prezentacije.

Što se tiče ciljeva, uobičajeno je razlikovati sljedeće tipove:

• osposobljavanje;
• iskusan;
• simulacije;
• igre;
• znanstvene i tehničke.

Prvi tip uključuje nastavne materijale. U drugu, smanjenu ili uvećanu kopiju stvarnih objekata (model gradnje, krila zrakoplova i tako dalje). Simulacijski model omogućuje vam predvidjeti ishod događaja. Simulacijsko modeliranje često se koristi u medicini i društvenoj sferi. Na primjer, model pomaže u razumijevanju kako će ljudi reagirati na ovu ili onu reformu? Prije nego što je napravio ozbiljnu operaciju za transplantiranje organa, provedeni su brojni eksperimenti. Drugim riječima, simulacijski model omogućuje rješavanje problema metodom "probno i pogrešno". Model igara je vrsta gospodarske, poslovne ili vojne igre. Pomoću ovog modela možete predvidjeti ponašanje objekta u različitim situacijama. Znanstveni i tehnički model koristi se za proučavanje procesa ili fenomena (uređaj koji simulira munjevitost, model kretanja planeta Sunčevog sustava i tako dalje).

Područje znanja

U kojoj je klasi studenata detaljnije predstavljeno modeliranjem? Informatika 9. razreda usredotočuje se na pripremu svojih studenata za ispite za upis na visokoškolske ustanove. Budući da na EGE i GIA ulaznicama postoje pitanja o modeliranju, sada je potrebno razmotriti ovu temu u što detaljnijoj mogućoj mjeri. I tako, kako je klasifikacija prema polju znanja? Na temelju ove značajke razlikuju se sljedeće vrste:

• biološki (na primjer, umjetno uzrokovano u životinjskim bolestima, genetskim poremećajima, malignim neoplazmama);
• ekonomski (model ponašanja poduzeća, model formiranja tržišnih cijena itd.);
• povijesna (genealoško stablo, modeli povijesnih događaja, model rimske vojske itd.);
• sociološki (model osobnog interesa, ponašanje bankara prilagodbe novim ekonomskim uvjetima) i tako dalje.

Faktor vremena

Prema ovoj karakteristici postoje dvije vrste modela:

• dinamički;
• statična.

Već, u skladu s jednim imenom, nije teško pogoditi da je prvi pogled pokazuje performanse, razvoj i promjene objekta tijekom vremena. Statički je sposoban opisati objekt u bilo kojem trenutku u vremenu. Ovaj tip se ponekad naziva kao strukturni, kao model odražava strukturu i parametre objekta, to jest, daje komad informacija o tome.

primjeri dinamički model To su:

• skup formula koji odražavaju kretanje planeta Sunčevog sustava;
• grafikon promjene temperature zraka;
• video snimanje vulkanske erupcije i tako dalje.

Primjeri statističkog modela su:

• popis planeta Sunčevog sustava;
• karta područja i tako dalje.

Način predstavljanja

Za početak je vrlo važno reći da svi modeli imaju oblik i oblik, uvijek su izrađeni od nečega, nekako zastupljeni ili opisani. Prema ovoj karakteristici, uobičajeno je klasificirati modele na ovaj način:

• materijal;
• nematerijalno.

Prva vrsta uključuje materijalne kopije postojećih predmeta. Može se dotaknuti, njuškati i tako dalje. Odražavaju vanjska ili unutarnja svojstva, akcije objekta. Zašto trebamo materijalne modele? Koriste se za eksperimentalnu metodu spoznaje (eksperimentalna metoda).

Već smo se ranije upućivali na nematerijalne modele. Oni koriste teorijsku metodu spoznaje. Takvi se modeli obično nazivaju idealnim ili apstraktnim. Ova je kategorija podijeljena u nekoliko podvrsta: imaginarni modeli i informacije.

Informacijski modeli pružaju popis različitih informacija o objektu. Kao informacijski model, mogu djelovati tablice, slike, verbalni opisi, dijagrami itd. Zašto ovaj model zove nematerijalna? Stvar je u tome što se ne može dotaknuti, jer nema materijalno utjelovljenje. Među informacijskim modelima razlikuju se znakovi i vizualni.

Zamišljeni model je jedna od faza modeliranja. To je kreativni proces koji se odvija u imaginaciji osobe koja prethodi stvaranju materijalnog objekta.

Faze modeliranja

Tema računalne znanosti 9. razreda "Modeliranje i formalizacija" je vrlo težak. Obavezno je proučavati. U razredu 9-11 nastavnik je dužan upoznati studente s fazama izrade modela. To je ono što ćemo sada učiniti. Dakle, razlikuju se sljedeće faze modeliranja:

• smislena formulacija problema;
• matematička formulacija problema;
• razvoj pomoću računala;
• rad modela;
• dobivanje rezultata.

Važno je napomenuti da kada se proučava sve što nas okružuje, koriste se procesi modeliranja, formalizacije. Informatika je predmet posvećen suvremenim metodama proučavanja i rješavanja bilo kakvih problema. Slijedom toga, naglasak je na modelima koji se mogu provesti uz pomoć računala. Posebnu pažnju treba posvetiti razvoju algoritma za rješavanje rješenja pomoću elektroničkih računala.

Odnosi između objekata

Sada razgovarajmo malo o odnosu između objekata. Postoje tri vrste:

• jedan do jedan (ova veza označena je jednosmjernom strelicom u jednom ili drugom smjeru);
• jedan na mnoge (višestruke veze označene su dvostrukom strelicom);
• od mnogih do mnogih (takva veza označena je dvostrukom strelicom).

Važno je napomenuti da veze mogu biti uvjetovane i bezuvjetne. Bezuvjetna komunikacija uključuje korištenje svakog instanca objekta. I samo su neki elementi uključeni u uvjet.