Modelovanie je metóda chápania okolitého sveta, ktorú možno zaradiť medzi všeobecnú vedeckú metódu používanú na empirickej aj teoretickej úrovni poznania. Pri konštrukcii a štúdiu modelu možno použiť takmer všetky ostatné metódy poznávania.
Model (z lat. modul - miera, vzorka, norma) sa chápe ako hmotný alebo mentálne vymyslený predmet, ktorý v procese poznávania (štúdia) nahrádza pôvodný predmet, pričom si zachováva niektoré jeho typické črty, ktoré sú pre to dôležité. štúdium. Proces vytvárania a používania modelu sa nazýva modelovanie.
IN systémová analýza modelovanie sa považuje za hlavnú metódu vedecké poznatky, spojené so zdokonaľovaním metód získavania a zaznamenávania informácií o skúmaných objektoch, ako aj so získavaním nových poznatkov na základe modelových experimentov. Dnes sa väčšina modelov vyvíja pomocou výpočtovej techniky a výpočtovej techniky, takéto modely sa vyvíjajú pomocou programov alebo môžu samy pôsobiť ako program.
Pri konštrukcii modelu výskumník vždy vychádza zo stanovených cieľov a berie do úvahy len najvýznamnejšie faktory pre ich dosiahnutie. Žiadny model teda nie je identický s pôvodným objektom a teda neúplný, keďže pri jeho konštrukcii bádateľ zohľadnil len tie najdôležitejšie faktory z jeho pohľadu.
Najdôležitejším a najbežnejším účelom modelov je ich využitie pri štúdiu a predpovedaní správania zložitých procesov a javov. Treba si uvedomiť, že niektoré predmety a javy nemožno vôbec priamo študovať. Ďalším, nemenej dôležitým účelom modelov je, že s ich pomocou sa identifikujú najvýznamnejšie faktory, ktoré tvoria určité vlastnosti objektu, keďže samotný model odráža len niektoré základné charakteristiky pôvodného objektu, ktorých zohľadnenie je potrebné pri štúdiu určitého procesu alebo javu . Model vám umožňuje naučiť sa správne ovládať objekt prostredníctvom testovania rôzne možnosti manažment. Použitie skutočného predmetu na to je často riskantné alebo jednoducho nemožné. Ak sa vlastnosti objektu časom menia, potom sa úloha predpovedania stavov takéhoto objektu pod vplyvom rôznych faktorov stáva obzvlášť dôležitou.
Účel modelovania určuje, ktoré aspekty originálu by sa mali odrážať v modeli. Vhodné na rôzne účely rôzne modely ten istý predmet.
Modely možno budovať pomocou myslenia (abstraktné modely) alebo pomocou materiálneho sveta (reálne modely). Špeciálne miesto Medzi abstraktnými modelmi zaberajú jazykové modely. Nejednoznačnosť a vágnosť prirodzeného jazyka, ktorá je v mnohých prípadoch taká užitočná, môže prekážať pri niektorých typoch praxe. Potom sa vytvoria presnejšie (odborné) jazyky, celá hierarchia jazykov, stále presnejšie, vrcholiace v ideálne formalizovanom jazyku matematiky.
Práve vďaka formalizácii mohla byť matematická logika použitá v elektronických počítačoch, ktoré fungujú podľa jej zákonov.
V. Pekelis
Celý život človeka neustále konfrontuje s akútnymi a rôznymi úlohami a problémami. Vznik takýchto problémov, ťažkostí a prekvapení znamená, že v realite okolo nás je veľa neznámych a skrytých vecí. V dôsledku toho potrebujeme čoraz širšie poznanie sveta, objavovanie stále nových procesov v ňom a vzťahov medzi ľuďmi a vecami.
Úspech intelektuálny rozvojŽiak sa dosahuje najmä na vyučovacej hodine, kde miera záujmu žiakov o učenie, úroveň vedomostí a pripravenosť na sústavné sebavzdelávanie závisí od schopnosti učiteľa organizovať systematickú poznávaciu činnosť, t. ich intelektuálny rozvoj.
Skúsenosti s výučbou predmetu informatika ukazujú, že hlavnými cieľmi sú typy činností, ktoré študenti vykonávajú pri analýze situácií, predpovedaní, budovaní informačných modelov, vytváraní podmienok pre variabilný výber metód riešenia, využívaní heuristických techník a schopnosť niesť mimo projektovej činnosti.
Špecifické úlohy štúdia informatiky v škole majú formu:
- predstaviť študentom systémové koncepty, informácie, model, algoritmus a ich úloha pri formovaní moderného informačného obrazu sveta, naučiť tieto pojmy definovať, poukázať na ich vlastnosti a vysvetliť ich, rozlišovať medzi typmi modelov, algoritmov a pod.;
- odhaliť všeobecné vzorce informačných procesov v prírode, spoločnosti a technických systémoch;
- oboznámiť študentov s princípmi formalizácie a štruktúrovania informácií a rozvíjať schopnosť vytvárať informačné modely skúmaných objektov a systémov;
- rozvíjať štýly algoritmického a logického myslenia;
- rozvíjať schopnosť organizovať vyhľadávanie informácií potrebných na vyriešenie daného problému;
- rozvíjať schopnosť plánovať činnosti na dosiahnutie cieľa pomocou pevne stanoveného súboru prostriedkov.
Formácia je proces výchovy a vzdelávania zameraný na rozvoj osobnosti alebo individuálnych kvalít človeka. Formovať znamená organizovať a viesť výchovu a vzdelávanie tak, pôsobiť na žiaka tak, aby sa v ňom rozvíjala tá či oná vlastnosť.
Základom tejto cesty je zvládnuť časť „Formalizácia a modelovanie“.
Podľa sekcie "Modelovanie a formalizácia" Pridelených je 8 hodín. V rámci sekcie sa študujú tieto témy:
- Objekt. Klasifikácia objektov. Modely predmetov. 2h.
- Klasifikácia modelov. Hlavné fázy modelovania. 2h.
- Formálne a neformálne vyhlásenie o probléme.
- Základné princípy formalizácie. 2h.
- Koncept informačných technológií riešenie problémov.
- Konštrukcia informačného modelu. 2h.
Základné pojmy, ktoré by si študenti mali osvojiť po preštudovaní témy:
Objekt, model, simulácia; formalizácia; informačný model; informačné technológie na riešenie problémov; počítačový experiment.
Na konci jednotky by študenti mali vedieť:
- o existencii mnohých modelov pre ten istý objekt;
- etapy informačných technológií na riešenie problémov pomocou počítača.
študenti by mali byť schopný:
- uviesť príklady modelovania a formalizácie;
- uviesť príklady formalizovaných opisov objektov a procesov;
- uviesť príklady systémov a ich modelov.
- vytvárať a skúmať jednoduché informačné modely na počítači.
Štúdium sekcie prebieha v špirále: začína sa konceptom Objekt. Klasifikácia objektov. Na štúdium sa používa diafilm, ktorý definuje tieto pojmy, názorne ukazuje príklady predmetov a vysvetľuje, aké sú vlastnosti objektu, prostredia (viď.<Рисунок 1> , <Рисунок 2>), atď.
Pomocou tohto diapozitívu<Приложение 1 >, študent dokáže samostatne porozumieť týmto pojmom. Po systematizácii pojmov spojených s objektom nasleduje plynulý prechod k pojmom model, klasifikácia modelov ( Pozri<Рисунок 3> , <Рисунок 4> ) . Žiak dostane úlohy typu: Objekt – osoba. Fenomén je búrka. Uveďte ich modely a klasifikujte ich.
Človek už dlho používa modelovanie na štúdium objektov, procesov a javov v rôznych oblastiach. Výsledky týchto štúdií slúžia na určenie a zlepšenie charakteristík reálnych objektov a procesov; porozumieť podstate javov a rozvíjať schopnosť ich adaptácie alebo riadenia; na výstavbu nových zariadení alebo modernizáciu starých. Modelovanie pomáha človeku robiť informované a premyslené rozhodnutia a predvídať dôsledky svojich aktivít.
Vďaka počítačom sa nielen výrazne rozširujú oblasti použitia modelovania, ale poskytuje sa aj komplexná analýza získaných výsledkov.
Pri štúdiu tejto časti sa študenti oboznamujú s základy modelovania a formalizácie. Študenti by mali pochopiť, čo je model a aké typy modelov existujú. Je to potrebné na to, aby si študenti pri realizácii výskumu vedeli vybrať a efektívne využívať softvérové prostredie a vhodné nástroje vhodné pre každý model. Začiatok každého výskumu je vyhlásenie o probléme, ktorý je určený daným cieľom. Typ modelu, výber softvérového prostredia a získané výsledky závisia od toho, ako sa chápe účel modelovania. Žiak sa učí o hlavné fázy modelovania ktorými musí výskumník prejsť, aby dosiahol svoj cieľ.
Učebný obsah tvorí zoznam rôznych modelov, ktoré majú študenti k dispozícii na pochopenie. Je známy už dostatočný počet takýchto modelov, pre ktoré je nevyhnutné použitie počítača. Študenti sa učia na konkrétnych modeloch z rôznych školských predmetov modelovacie technológie, naučte sa stavať informačné modely. Na tento účel môžete použiť rôzne softvérové prostredia. Rozsah obsahu a schopností rôzne druhy Informačné technológie si študent určuje sám v závislosti od svojich schopností.
Dôležitým bodom pri výučbe a asimilácii získaných vedomostí je zabezpečenie všetkých vzdelávacích prvkov sekcie testami požadovanej úrovne, ktoré sú prevzaté z učebnej príručky 5, 7 *, tiež z internetu, autor N. Ugrinovich.
Tento článok predstavuje jednu z možností testu týkajúcu sa hlavných vzdelávacích prvkov časti „Modelovanie a formalizácia“. Uvedený je aj text skúšobná práca, vyvinutý S.Yu. Piskunová a jej riešenie z kolekcie 9*
Test na tému "Modelovanie a formalizácia"
1. Čo je atribút objektu?
- Reprezentácia objektu reálneho sveta pomocou určitého súboru jeho charakteristík, ktoré sú podstatné pre riešenie daného informačného problému.
- Abstrakcia objektov reálneho sveta v kombinácii všeobecné charakteristiky a správanie.
- Vzťah medzi objektom a jeho charakteristikami.
- Každá jednotlivá charakteristika je spoločná pre všetky možné prípady
2. Výber typu modelu závisí od:
- Fyzická povaha objekt.
- Účel objektu.
- Ciele objektového výskumu.
- Informačná entita objektu.
3. Čo je objektový informačný model?
- Hmotný alebo mentálne vymyslený predmet, ktorý pri výskumnom procese nahrádza pôvodný predmet pri zachovaní najpodstatnejších vlastností dôležitých pre tento výskum.
- Formalizovaný popis objektu vo forme textu v niektorom kódovacom jazyku, ktorý obsahuje všetky potrebné informácie o objekte.
- Softvérový nástroj, ktorý implementuje matematický model.
- Popis atribútov objektov, ktoré sú podstatné pre uvažovanú úlohu, a súvislostí medzi nimi.
4. Uveďte klasifikáciu modelov v užšom zmysle slova:
- Prirodzené, abstraktné, verbálne.
- Abstraktné, matematické, informačné.
- Matematické, počítačové, informačné.
- Verbálne, matematické, informačné
5. Účelom vytvorenia informačného modelu je:
- Spracovanie údajov o objekte reálneho sveta s prihliadnutím na vzťah medzi objektmi.
- Komplikovanie modelu zohľadnením ďalších faktorov, ktoré boli predtým informované.
- Štúdium objektov na základe počítačových experimentov s ich matematickými modelmi.
- Reprezentácia objektu vo forme textu v nejakom umelom jazyku prístupnom počítačovému spracovaniu.
6. Informačné modelovanie je založené na:
- Označenie a názov objektu.
- Nahradenie skutočného objektu zodpovedajúcim modelom.
- Nájdenie analytického riešenia, ktoré poskytne informácie o skúmanom objekte.
- Opis procesov výskytu, spracovania a prenosu informácií v skúmanom systéme objektov.
7. Formalizácia je
- Štádium prechodu od zmysluplného opisu súvislostí medzi vybranými vlastnosťami objektu k opisu pomocou nejakého kódovacieho jazyka.
- Nahradenie skutočného predmetu znakom alebo súborom znakov.
- Prechod od fuzzy problémov vznikajúcich v realite k formálnym informačným modelom.
- Identifikácia základných informácií o objekte.
8. Informačná technológia je tzv
- Proces definovaný súborom prostriedkov a metód spracovania, výroby, zmeny stavu, vlastností a tvaru materiálu.
- Zmena počiatočného stavu objektu.
- Proces, ktorý využíva súbor prostriedkov a metód na spracovanie a prenos primárnych informácií novej kvality o stave objektu, procesu alebo javu.
- Totalita určité akcie zameraný na dosiahnutie stanoveného cieľa.
9. Čo sa nazýva simulačné modelovanie?
- Moderná technológia objektový výskum.
- Štúdium fyzikálnych javov a procesy využívajúce počítačové modely.
- Implementácia matematického modelu vo forme softvérového nástroja.
10. Čo je to počítačový informačný model?
- Reprezentácia objektu formou testu v nejakom umelom jazyku prístupnom počítačovému spracovaniu.
- Súbor informácií charakterizujúcich vlastnosti a stav objektu, ako aj jeho vzťah s vonkajším svetom.
- Model v mentálnej resp hovorová forma implementovaný na počítači.
- Výskumná metóda súvisiaca s výpočtovou technikou.
11. Počítačový experiment pozostáva zo sledu fáz:
- Výber numerickej metódy - vývoj algoritmu - spustenie programu na počítači.
- Konštrukcia matematického modelu - výber numerickej metódy - vývoj algoritmu - realizácia programu na počítači, analýza riešenia.
- Vývoj modelu - vývoj algoritmu - implementácia algoritmu vo forme softvérového nástroja.
- Konštrukcia matematického modelu - vývoj algoritmu - spustenie programu na počítači, analýza riešenia.
| Otázka č. | |||||||||||
| Odpoveď nie. | 4 | 3 | 2 | 1 | 4 | 3 | 1 | 3 | 3 | 3 | 2 |
Test na tému „Modelovanie a formalizácia“
Možnosť #1.
1. Napíšte odpoveď na tému „Modely a metódy ich zostavovania“ a odpovedzte na otázky postupne.
- Čo je objektový model?
- V akých modeloch sa stretávate každodenný život?
- Čo je informačný model?
- Dá sa jeden objekt opísať pomocou rôznych informačných modelov? Ak áno, v čom sa budú líšiť?
- Vytvorte informačný model objektu „auto“ s cieľom charakterizovať ho pre cestujúcich. Ako sa tento model zmení, ak je cieľom charakterizovať auto ako technické zariadenie?
- Je možné strategicky počítačová hra meno herný model? Ak je to možné, tak prečo?
2. Vytvorte matematický model problému:
Určte čas stretnutia dvoch chodcov idúcich proti sebe.
Možnosť #2.
1. Napíšte odpoveď na tému „Klasifikácia objektov“ a odpovedzte na otázky postupne.
- Čo je klasifikácia objektov? Prečo je potrebné klasifikovať objekty?
- Uveďte príklad klasifikácie predmetov podľa všeobecné vlastnosti.
- Aký je princíp dedenia?
- Vysvetlite na príklade klasifikácie objektov so všeobecným názvom „počítačový program“.
- Podľa akých kritérií možno modely klasifikovať?
- Na základe čoho sa delia modely na statické a dynamické?
2. Vytvorte matematický model problému:
– Určte čas, kedy jeden chodec dobehne druhého.
Možnosť 1
1. Odpovede na otázky
1.1. Model je obraz, ktorý študuje niektoré podstatné aspekty objektu, javu alebo procesu
1.2. V bežnom živote sa človek stretáva s materiálnymi a informačnými modelmi.
1.3. Informačné modely poskytujú popis objektov v jednom z kódovacích jazykov (hovorový, grafický, vedecký atď.).
1.4. Ten istý objekt môže mať veľa modelov, všetko závisí od toho, aké vlastnosti objektu sa študujú. Napríklad ten istý objekt, osoba, sa vo fyzike považuje za hmotný bod, v biológii - za systém usilujúci o sebazáchovu atď.
1.5. Pri zostavovaní informačného modelu auta s cieľom popísať vybavenie pre cestujúcich je potrebné uviesť: je to nákladné alebo osobné auto, kapacita (koľko ľudí), koľko dverí, prítomnosť a veľkosť kufra, interiér veľkosť, čalúnenie, tvar, mäkkosť sedadla, prítomnosť klimatizácie, hudba atď. .d. Ak charakterizujete auto ako technické zariadenie, uveďte hmotnosť, veľkosť, nosnosť, maximálna rýchlosť, spotreba paliva a pod.
1.6. Strategická počítačová hra odráža informačné procesy vyskytujúce sa v živote. Napríklad vojenské stratégie popisujú zariadenia politický systém vo všeobecnosti a jeho armáda zvlášť, finančné stratégie popisujú rôzne ekonomické a sociálne zákony. Strategickú počítačovú hru teda možno považovať za informačný model informačného procesu, ktorý popisuje.
L – počiatočná vzdialenosť
Výsledok: t – čas pohybu
Keď: L, v 1, v 2 > 0
Metóda: t = L / (v 1 + v 2)
Možnosť 2
1. Odpovede na otázky
1.1. Medzi rôznorodosťou predmetov v okolitom svete sa snažíme identifikovať skupiny predmetov, ktoré majú spoločné vlastnosti. Trieda je skupina objektov, ktoré zdieľajú spoločné vlastnosti. Objekty zahrnuté v triede sa nazývajú inštancie triedy. Objekty rovnakej triedy sa od seba líšia niektorými špeciálnymi vlastnosťami. Klasifikácia je rozdelenie objektov do tried a podtried na základe spoločných vlastností.
1.2. Príklad klasifikácie podľa všeobecných vlastností - predmet literatúry možno rozdeliť do troch veľkých tried podľa obsahu: vedecká literatúra, beletria, publicistická literatúra.
1.3. V hierarchickej štruktúre sú objekty rozdelené do úrovní, kde inštancia nižšej úrovne sa nazýva podradená trieda a je súčasťou inštancie vyššej úrovne, ktorá sa nazýva rodičovská trieda. Najdôležitejšou vlastnosťou tried je dedičnosť – každá trieda potomka zdedí všetky vlastnosti nadradenej triedy.
1.4. Akýkoľvek počítačový program je algoritmus napísaný v jazyku zrozumiteľnom pre počítač. Programy sú rozdelené na systémové a aplikačné. Vykonávajú rôzne funkcie, ale všetky sú napísané v jazyku, ktorému počítač rozumie – to je vlastnosť, ktorú zdedí každá trieda potomkov (systémové a aplikačné programy) od nadradenej triedy – počítačového programu.
1.5. Modely možno klasifikovať podľa akejkoľvek významnej charakteristiky.
1.6. Modely, ktoré popisujú systém v určitom časovom bode, sú klasifikované ako štatistické informačné modely. Modely, ktoré popisujú procesy zmeny a vývoja systému patria medzi dynamické informačné modely.
2. Matematický model úlohy
Dané: t 02 – čas začiatku druhého chodníka pre chodcov
v 1 – rýchlosť prvého chodca
v 2 – rýchlosť druhého chodca
Výsledok: t – čas stretnutia chodcov
Keď: t02, v1, v2 > 0; v 1< v 2
L2 = (t - t02)* v 2
t * v 1 = (t - t 02) * v 2
t * v 1 - t * v 2 = - t 02 * v 2
t = t 02 * v 2 / (v 2 - v 1)
Literatúra:
pre študentov
- Ivanova I.A. Informatika. 9. ročník: Workshop. – Saratov: Lýceum, 2004
- informatika, Základný kurz, 7 – 9 ročníkov. – M.: Laboratórium základných vedomostí, 2001.
- Informatika ročníky 7-8 / edited by N.V. Makarova. – Petrohrad: Vydavateľstvo „Peter“, 1999.
- Informatika 9. ročník / edited by N.V.Makarova.
- – Petrohrad: Peter Kom, 1999.
- N. Ugrinovič „Informatika a informačné technológie“ O. Efimová, V. Morozov, N. Ugrinovič. Dobre výpočtovej techniky so základmi informatiky. Návod
pre strednú školu. – M., ABF, 1999.
- Metodológia
- Beshenkov S.A., Lyskova V.Yu., Matveeva N.V. Formalizácia a modelovanie // Informatika a vzdelávanie. – 1999. – č. 5. – S.*-*; č. 6. – S.21-27; č. 7. – S.25-29. Bojaršinov V.G. Matematické modelovanie v
- školský kurz
informatika // Informatika a vzdelávanie. – 1999. – č. 7. – S.13-17. - Obornev E.A., Oborneva I.V., Karpov V.A.
- Modelovanie v tabuľkových procesoroch // Informatika a vzdelávanie. – 2000. – Číslo 5. – S.47-52. Informatika. Testovacie úlohy
- . – M.: Laboratórium základných vedomostí, 2002.
- Makarenko A.E. atď. Pripravujeme sa na skúšku z informatiky. – M.: Iris-Press, 2002 Molodtsov V.A., Ryzhikova N.B. Ako zložiť skúšku a centralizované testovanie
- v informatike za 100 bodov. – Rostov n/d: Phoenix, 2003.
- Petrosyan V.G., Perepecha I.R., Petrosyan L.V. Metódy riešenia fyzikálnych problémov na počítači // Informatika a vzdelávanie. – 1996. – Číslo 5. – S.94-99.
- Plánované študijné výstupy z informatiky a informačných technológií a ich hodnotenie na základných a stredných školách: Inštruktážny a metodický zborník / Autori a spracovatelia: N.E. Kostyleva, L.Z.
- Gumerová, R.I. Yarochkina, L.V. Lunina, S.Yu. Piskunová, E.V. Zhuravleva – Naberezhnye Chelny: Centrálna regionálna vzdelávacia inštitúcia, 2004.
- Ponomareva E.A. Lekcia o štúdiu konceptu modelu // Informatika a vzdelávanie. – 1999. – Číslo 6. – S. 47-50.
- Ostrovskaja E.M. Modelovanie na počítači // Informatika a vzdelávanie. – 1998.– Číslo 7. – S.64-70; č.8. – S.69-84.
Smolyaninov A.A. Prvé lekcie na tému „Modelovanie“ // Informatika a vzdelávanie. – 1998. – Číslo 8. – S.23-29.
Henner E.K., Shestakov A.P. Kurz "Matematické modelovanie" // Informatika a vzdelávanie. – 1996. – Číslo 4. – S.17-23. Model je hmotný alebo mentálne vymyslený objekt, ktorý v procese štúdia nahrádza pôvodný objekt, pričom si zachováva niektoré z jeho typických znakov, ktoré sú pre toto štúdium dôležité. Model je zjednodušená reprezentácia skutočného objektu, procesu alebo javu. čo je to modelka? Model je potrebný na to, aby sme: Pochopili, ako je špecifický objekt štruktúrovaný – aká je jeho štruktúra, základné vlastnosti, zákonitosti vývoja a interakcie s vonkajším svetom; Naučte sa riadiť objekt alebo proces a určovať
Proces budovania modelu sa nazýva modelovanie inými slovami, modelovanie je proces štúdia štruktúry a vlastností originálu pomocou modelu. Technológia modelovania vyžaduje, aby výskumník bol schopný klásť problémy a úlohy, predpovedať výsledky výskumu, robiť rozumné odhady, identifikovať hlavné a vedľajšie faktory pre vytváranie modelov, vyberať analógie a matematické formulácie, riešiť problémy pomocou počítačových systémov a analyzovať počítačové experimenty. Modelovanie
Materiálové modelovanie Materiálové (fyzikálne) modelovanie sa zvykne nazývať modelovanie, pri ktorom sa kontrastuje skutočný objekt s jeho zväčšenou alebo zmenšenou kópiou, čo umožňuje výskum (spravidla v laboratórnych podmienkach) za pomoci následného prenosu vlastností skúmaných procesov a javov z tzv. modelu k objektu na základe teórie podobnosti.
Typy modelovania Ideálne modelovanie nie je založené na materiálovej analógii objektu a modelu, ale na ideálnej, mysliteľnej analógii. Znakové modelovanie je modelovanie, ktoré používa ako modely transformácie znakov akéhokoľvek druhu: diagramy, grafy, kresby, vzorce, súbory symbolov. Matematické modelovanie je modelovanie, v ktorom sa štúdium objektu uskutočňuje prostredníctvom modelu formulovaného v jazyku matematiky: opis a štúdium Newtonových zákonov mechaniky pomocou matematických vzorcov.
Oblasť použitia Vzdelávacie: vizuálne pomôcky, tréningové programy, rôzne simulátory; Skúsený: model lode sa testuje v bazéne, aby sa zistila stabilita lode pri kývaní; Vedecko-technické: urýchľovač elektrónov, zariadenie simulujúce výboj blesku, stojan na testovanie TV; Hry: vojenské, ekonomické, športové, obchodné hry; Simulácia: experiment sa buď mnohokrát opakuje, aby sa študovali a vyhodnotili dôsledky akýchkoľvek akcií na skutočnú situáciu, alebo sa vykonáva súčasne s mnohými inými podobnými objektmi, ale umiestnenými v rôznych podmienkach).
Typy modelov Materiálne modely možno inak nazvať objektívne, fyzikálne. Reprodukujú geometrické a fyzikálne vlastnosti originálne a vždy majú skutočné stelesnenie. Informačné modely sú súborom informácií, ktoré charakterizujú vlastnosti a stavy objektu, procesu, javu, ako aj vzťah s vonkajším svetom.
Typy modelov Znakový model je informačný model vyjadrený špeciálnymi znakmi, t.j. pomocou akéhokoľvek formálneho jazyka. Počítačový model je model implementovaný pomocou softvérového prostredia. Verbálny (z latinského „verbalis“ - orálny) model je informačný model v mentálnej alebo konverzačnej forme.
Modely podľa ich účelu Kognitívny model forma organizácie a prezentácie poznatkov, prostriedok spájania nových a starých poznatkov. Kognitívny model je spravidla prispôsobený realite a je teoretickým modelom. Pragmatický model je prostriedkom organizácie praktických akcií, pracovnou reprezentáciou cieľov systému pre jeho riadenie. Realita je prispôsobená nejakému pragmatickému modelu. Toto je zvyčajne aplikovaný model. Inštrumentálny model je prostriedok na vytváranie, skúmanie a/alebo používanie pragmatických a/alebo kognitívnych modelov. Kognitívne modely odrážajú existujúce a pragmatické, aj keď neexistujú, sú žiaduce a možno aj realizovateľné vzťahy a súvislosti.
Hlavné vlastnosti každého modelu: konečnosť, model odráža originál len v konečnom počte jeho relácií a navyše zdroje modelovania sú konečné; jednoduchosť: model zobrazuje len podstatné aspekty objektu a navyše sa musí dať ľahko študovať alebo reprodukovať; približnú realitu zobrazuje model zhruba alebo približne; primeranosť modelovaného systému, model musí úspešne popisovať modelovaný systém; prehľadnosť, viditeľnosť základných vlastností a vzťahov;
Hlavné vlastnosti každého modelu: dostupnosť a vyrobiteľnosť pre výskum alebo reprodukciu; informatívnosť: model musí obsahovať dostatočné informácie o systéme (v rámci hypotéz prijatých pri konštrukcii modelu) a poskytovať možnosť získať nové informácie; zachovanie informácií obsiahnutých v origináli (s presnosťou hypotéz zvažovaných pri zostavovaní modelu); úplnosť: model musí zohľadňovať všetky základné súvislosti a vzťahy potrebné na dosiahnutie účelu modelovania; model stability musí popisovať a zabezpečovať stabilné správanie systému, aj keď je spočiatku nestabilný; uzavretosť modelu zohľadňuje a zobrazuje uzavretý systém nevyhnutných základných hypotéz, súvislostí a vzťahov
Ciele modelovania Poznanie okolitého sveta. Prečo človek vytvára modely? Na zodpovedanie tejto otázky sa musíme pozrieť do ďalekej minulosti. Pred niekoľkými miliónmi rokov, na úsvite ľudstva, primitívnych ľudíštudoval okolitá príroda naučiť sa odolávať prírodným živlom, využívať prírodné benefity a jednoducho prežiť. Nahromadené poznatky sa prenášali z generácie na generáciu ústne, neskôr písomne a nakoniec pomocou predmetových modelov. Takto sa zrodila napríklad modelka zemegule glóbus, ktorý vám umožní získať vizuálne znázornenie tvaru našej planéty, jej rotácie okolo vlastnej osi a polohy kontinentov. Takéto modely umožňujú pochopiť, ako je konkrétny objekt štruktúrovaný, zistiť jeho základné vlastnosti, stanoviť zákonitosti jeho vývoja a interakcie s okolitým svetom modelov.
Ciele modelovania Tvorba objektov so špecifikovanými vlastnosťami (úloha typu „Ako na to, aby...“). Po nazhromaždení dostatočného množstva vedomostí si človek položil otázku: „Je možné vytvoriť objekt s danými vlastnosťami a schopnosťami, aby sa vyrovnal elementom alebo aby si ho dal k službám? prírodné javy? Človek začal stavať modely predmetov, ktoré ešte neexistovali. Takto vznikajú nápady na tvorbu veterné mlyny, rôzne mechanizmy, dokonca aj obyčajný dáždnik. Mnohé z týchto modelov sa stali realitou. Sú to predmety vytvorené ľudskou rukou.
Ciele modelovania Stanovenie dôsledkov dopadu na objekt a prijatie správne rozhodnutie(problém typu “Čo sa stane, ak...”: čo sa stane, ak zvýšite cestovné v doprave, alebo čo sa stane, ak zakopete jadrový odpad v takej a takej oblasti?) Napríklad na záchranu Petrohradu z neustálych záplav, prinášajúcich obrovské škody, sa rozhodlo o výstavbe priehrady. Pri jeho návrhu bolo postavených mnoho modelov, vrátane plnohodnotných, práve preto, aby bolo možné predvídať následky zásahov do prírody.
Ciele modelovania: Efektívnosť riadenia objektu (alebo procesu). Keďže kritériá manažmentu môžu byť veľmi protichodné, bude účinné iba vtedy, ak „vlci budú nakŕmení a ovce v bezpečí“. Napríklad potrebujete zlepšiť stravu v školskej jedálni. Na jednej strane musí spĺňať vekové požiadavky (kalorický obsah, obsah vitamínov a minerálnych solí), na druhej strane musí osloviť väčšinu detí a navyše byť cenovo dostupný pre rodičov a po tretie musí technológia prípravy zodpovedajú možnostiam školských jedální. Ako spojiť nekompatibilné veci? Zostavenie modelu vám pomôže nájsť prijateľné riešenie.
Analýza objektu V tejto fáze je jasne identifikovaný modelovaný objekt, jeho hlavné vlastnosti, jeho prvky a súvislosti medzi nimi. Jednoduchý príklad spojení podriadených objektov, parsovanie vety. Najprv sa zvýraznia hlavné členy (predmet, prísudok), potom vedľajšie členy súvisiace s hlavnými, potom slová súvisiace s vedľajšími atď.
Fáza 2. Vývoj modelu V tejto fáze sa objasňujú vlastnosti, stavy, akcie a iné charakteristiky elementárnych objektov v akejkoľvek forme: verbálne, vo forme diagramov, tabuliek. Vytvára sa predstava o elementárnych objektoch, ktoré tvoria pôvodný objekt, t. j. informačný model. Modely musia odrážať najpodstatnejšie črty, vlastnosti, stavy a vzťahy objektov v objektívnom svete. Sú to tí, ktorí dávajú úplné informácie o objekte.
Fáza 3. Počítačový experiment Počítačové modelovanie je základom pre reprezentáciu vedomostí v počítači. Počítačová simulácia pôrodu nové informácie používa všetky informácie, ktoré je možné aktualizovať pomocou počítača. Pokrok v modelovaní je spojený s vývojom systémov počítačového modelovania a pokrok v oblasti informačných technológií je spojený s aktualizáciou skúseností s počítačovým modelovaním, s vytváraním bánk modelov, metód a softvérových systémov, ktoré umožňujú zber nových modelov z banky. modelov.
Fáza 4. Analýza výsledkov modelovania Konečným cieľom modelovania je urobiť rozhodnutie, ktoré by malo byť urobené na základe komplexnej analýzy získaných výsledkov. Táto fáza je rozhodujúca: buď budete pokračovať vo výskume, alebo ho dokončíte. Možno poznáte očakávaný výsledok, potom musíte porovnať získané a očakávané výsledky. Ak dôjde k zhode, budete sa môcť rozhodnúť.
Otázka 1. Modelovanie v informatike je:
odpoveď 1. proces nahradenia reálneho objektu modelom, ktorý odráža jeho podstatné vlastnosti potrebné na dosiahnutie stanoveného cieľa
odpoveď 2. proces tvorby modelov oblečenia v módnom salóne
odpoveď 3. proces hľadania nového, neformálneho riešenia problému
odpoveď 4. proces nahradenia skutočného predmetu iným materiálom alebo ideálnym predmetom, ktorý má podobný vzhľad
Otázka 2. Pri zostavovaní modelu musíte:
odpoveď 1. vyberte všetky existujúce vlastnosti objektu
odpoveď 2. popis všetkých existujúcich vlastností objektu
odpoveď 3. zvýraznite len tie vlastnosti objektu, ktoré sú nevyhnutné pre riešenie danej úlohy
odpoveď 4. opísať umiestnenie a štruktúru objektu
Otázka 3. Informačný model objektu sa nazýva:
odpoveď 1. jeho opis pomocou matematických výrazov a vzorcov
odpoveď 2. kresba objektu
odpoveď 3. objektový model je vzhľadom podobný objektu
odpoveď 4. zemegule
Otázka 4. Z uvedených modelov uveďte matematický:
odpoveď 1. potvrdenie o kolaudácii domu
odpoveď 2. vzorec na nájdenie oblasti trojuholníka
odpoveď 3. kulinársky recept
odpoveď 4. TV program
Otázka 5. Ktorý z dokumentov predstavuje informačný model činnosti školy:
odpoveď 1. plán budovy školy a dvora
odpoveď 2. plán hovorov
odpoveď 3. rozvrh hodín
odpoveď 4. Školská charta
Otázka 6. Súborovú štruktúru operačného systému osobného počítača možno najjasnejšie opísať ako:
odpoveď 1. tabuľkový model
odpoveď 2. grafický model
odpoveď 3. matematický model
odpoveď 4. hierarchický model
Otázka 7. Prečo je potrebná počítačová simulácia jadrového výbuchu:
odpoveď 1. získať spoľahlivé údaje o vplyve výbuchu na ľudské zdravie
odpoveď 2. na experimentálne overenie vplyvu vysoká teplota a vystavenie prírodným objektom
odpoveď 3. znížiť náklady na výskum a zaistiť bezpečnosť ľudí
odpoveď 4. vykonávať skutočné štúdie procesov vyskytujúcich sa v prírode počas výbuchu a po výbuchu
Otázka 8. Uveďte správne tvrdenie:
odpoveď 1. Statický model systému popisuje jeho stav a dynamický model opisuje jeho správanie.
odpoveď 2. dynamický model systému popisuje jeho stav a statický model opisuje jeho správanie
odpoveď 3. dynamický model systému je vždy prezentovaný vo forme vzorcov alebo grafov
odpoveď 4. statický model systému je vždy prezentovaný vo forme vzorcov alebo grafov
1. Formalizácia je
a. Prechod od fuzzy problémov vznikajúcich v realite k formálnym informačným modelom. | ||
b. Identifikácia základných informácií o objekte. | ||
c. Štádium prechodu od zmysluplného opisu súvislostí medzi vybranými vlastnosťami objektu k opisu pomocou nejakého kódovacieho jazyka. | ||
d. Nahradenie skutočného predmetu znakom alebo súborom znakov. |
Architekti do súťaže predstavili modely rezidenčných developerských projektov vo forme makiet. Aký je prototypový model?
Vyberte jednu odpoveď.
a. Plán architekta | ||
b. Skutočná obytná štvrť | ||
c. Výkres projektu, predtým vypracovaný na papieri. | ||
d. Úloha zadaná architektom zákazníkom projektu. |
Vyberte jednu odpoveď.
a. popis pôvodného objektu pomocou matematických vzorcov; | ||
b. opis pôvodného objektu v prirodzenom alebo formálnom jazyku; | ||
c. iný predmet, ktorý neodráža vlastnosti a vlastnosti pôvodného predmetu; | ||
d. súbor vzorcov napísaných v jazyku matematiky, ktoré popisujú správanie pôvodného objektu. | ||
e. súbor údajov vo forme tabuľky obsahujúci informácie o kvalitatívnych a kvantitatívnych charakteristikách pôvodného objektu; |
Vytvorte súlad medzi príkladmi modelov a ich rozmanitosťou z hľadiska stupňa formalizácie. Pre každú pozíciu uvedenú v prvom stĺpci vyberte zodpovedajúcu pozíciu z druhého stĺpca.
|
Vyberte jednu odpoveď. Zadajte vyhlásenie FALSE. Vyberte jednu odpoveď.
Čo je objektový informačný model? Vyberte jednu odpoveď.
Postupne prechádza poľná cesta osady A, B, C a D. Dĺžka cesty medzi A a B je 80 km, medzi B a C je 50 km a medzi C a D je 10 km. Vyberte jednu odpoveď. Čo je počítačový informačný model? Vyberte jednu odpoveď.
Čo sa nazýva simulačné modelovanie? Vyberte jednu odpoveď.
Výber typu modelu závisí od: Vyberte jednu odpoveď.
Účelom vytvorenia informačného modelu je: Vyberte jednu odpoveď.
Počítačový experiment pozostáva zo sledu etáp: Vyberte jednu odpoveď.
Ako príklad vzory správania možno nazvať: Vyberte jednu odpoveď. Denne sa lieta medzi štyrmi letiskami: OCTOBER, BEREG, RED a SOSNOVO. Tu je časť letového poriadku medzi nimi:
Cestovateľ dorazil na OKTÓBEROVÉ letisko o polnoci (0:00). Určite najskorší čas, kedy sa môže dostať na letisko SOSNOVO. Vyberte jednu odpoveď. Úlohy 1. Určenie minimálnej dĺžky záhradného plotu. Obdĺžnikový záhradný pozemok má výmeru S. Pri akých rozmeroch dĺžky a šírky pozemku bude dĺžka plota minimálna? Vykonajte výpočty. 2. Lepenie krabice. Je tam štvorcový list kartónu. Z listu sú v rohoch vyrezané štyri štvorce a škatuľa je prilepená po stranách výrezov. Aká by mala byť strana vyrezaného štvorca, aby mal box čo najväčšiu kapacitu? Akú veľkosť listu si musíte vziať, aby ste vyrobili krabicu s daným maximálnym objemom? 3. Rozvrh tréningov. Po začatí tréningu športovec bežal prvý deň 10 km. Každý deň nabehal o 10 % viac ako predchádzajúci deň. Vytvorte tabuľku „Tréningový rozvrh“, ktorá má nasledujúce stĺpce:
Určite z tabuľky: · celkový počet najazdených kilometrov za 7 dní; · po koľkých dňoch prebehne športovec viac ako 20 km za deň; · za koľko dní presiahne celkový počet najazdených kilometrov 100 km. 4. Záchrana topiaceho sa muža. Akou rýchlosťou a pod akým uhlom treba vrhnúť kruh zo záchrannej lode na topiaceho sa človeka? Pri výpočte berte do úvahy nasledujúcich podmienok: · počiatočná rýchlosť sa môže meniť až do 10 m/s; · vzdialenosť topiaceho sa od lode; · presnosť zásahu je ∆=0,5 m; Uhol vrhania môže byť záporný; · výška boku lode nad hladinou mora. 5. Plodnosť a úmrtnosť. Uvažujme o systéme, v ktorom počet jedincov v populácii závisí len od prirodzenej pôrodnosti a úmrtnosti. V takomto systéme je dostatok jedla pre každého, nie je narušené životné prostredie a nič neohrozuje život. Úloha 6. Kasínam sa darí, pretože majiteľ má oproti hráčovi vždy nejakú výhodu. Napríklad v jednej verzii rulety má koleso 38 otvorov: 36 je očíslovaných a rozdelených na čiernu a červenú a zvyšné dve sú očíslované 0 a 00 a sú zafarbené zelenou farbou. Hráč, ktorý stavia na červenú alebo čiernu, má šancu na výhru 18 z 38 a na prehru 20 z 38. Máte určitý počet žetónov. Chcete zdvojnásobiť svoj kapitál. Ak sa koleso zastaví na vami zvolenom čísle, váš kapitál sa zvýši o výšku stávky, inak ide stávka do kasína. Aká taktika povedie k pozitívnemu výsledku? 7. Informačný model „Chemické zlúčeniny“ Vytvorte informačný model „Chemické zlúčeniny“. Zahrňte do databázy nasledujúce polia: bežné meno, chemický názov, chemický vzorec, aplikácia. 8. Informačný model „Školský učiteľ“ Vytvorte informačný model „Školský učiteľ“, ktorý bude obsahovať tieto polia: priezvisko, meno, priezvisko, vek, pohlavie, dĺžka pôsobenia vo funkcii učiteľa, celková dĺžka služby, vyučovacia náplň, priemerný mesačný plat, počet rodinných príslušníkov. Na základe počiatočného dátového modelu vytvorte informačné modely: · „Mladý učiteľ“ (učiteľská prax do 5 rokov, vek do 30 rokov); · “Ctihodný učiteľ” (vyučujúca prax viac ako 20 rokov). Uložte výsledok na jednotku M: priečinok „Test_Informatics_07“ Uverejnite výsledok na stránke SarWiki Teoretické základy informatika a metódy jej vyučovania v časti Vedecké základy školskej informatiky. 9. Predstavte si, že na Zemi zostal len jeden zdroj sladkej vody- Bajkalské jazero. Koľko rokov bude Bajkal zásobovať vodou celú svetovú populáciu? 10. Ročná miera pôrodnosti a úmrtnosti určitej populácie je známa. Vypočítajte, akého veku sa môžu dožiť jednotlivci jednej generácie. 11. Na výrobu vakcíny sa plánuje pestovanie bakteriálnej kultúry v závode. Je známe, že ak je hmotnosť baktérií x g, potom sa po dni zvýši o (a-bx)x g, kde koeficienty a a b závisia od typu baktérie. Závod bude denne zbierať m baktérií na výrobu vakcín. Na zostavenie plánu je dôležité vedieť, ako sa mení množstvo baktérií po 1, 2, 3, ..., 30 dňoch. 12. Vytvorte model biorytmov pre konkrétna osoba od určeného aktuálneho dátumu (referenčného dňa) mesiac vopred za účelom ďalšej analýzy modelu. Na základe analýzy jednotlivých biorytmov nie je možné predpovedať. priaznivé dni, vyberte si priaznivé dni pre rôzne druhyčinnosti. 13. Určte, ako sa bude meniť hustota populácie holubov v priebehu nasledujúcich 5 rokov, ak predbežné pozorovania preukázali, že jej hustota je 130 jedincov/ha. Počas obdobia rozmnožovania (u holuba raz ročne) prežije z jednej znášky vajec v priemere 1,3 mláďat. Úmrtnosť holubov je v priemere konštantná, ročne uhynie 27 % jedincov. Keď sa hustota populácie zvýši na 300 jedincov/ha a viac, úmrtnosť je 50 % 14. V danej vzdialenosti od dela je stena. Uhol sklonu pištole a počiatočná rýchlosť strely sú známe. Zasiahne projektil stenu? 15. Pri stúpaní do kopca sa zadrel motor auta. Zastaví auto na hore alebo sa skotúľa? |
Laboratórna práca č.4
Informačné modelovanie
Teoretické základy modelovania
Modelovanie je metóda poznania spočívajúca vo vytváraní a štúdiu modelov, t.j. výskum objektov stavaním a štúdiom modelov.
Model- toto je určitá zjednodušená podobnosť so skutočným objektom, ktorý odráža podstatné vlastnosti(vlastnosti) skutočného skúmaného objektu, javu alebo procesu.
Model- ide o taký hmotný alebo mentálne vymyslený predmet, ktorý nahrádza pôvodný predmet za účelom jeho štúdia, pričom si zachováva niektoré typické znaky a vlastnosti originálu, ktoré sú dôležité pre toto štúdium.
Predmet je určitá časť okolitého sveta, ktorú človek považuje za jeden celok. Každý objekt má meno a má parametre, t.j. znaky alebo veličiny, ktoré charakterizujú akúkoľvek vlastnosť objektu a prijímajú rôzne hodnoty.
Model by mal byť skonštruovaný tak, aby čo najplnšie reprodukoval tie vlastnosti objektu, ktoré je potrebné študovať v súlade s cieľom. Vo všetkých ohľadoch by mal byť model jednoduchší ako objekt a vhodnejší na štúdium. Teda pre ten istý objekt môže byť rôzne modely triedy modelov zodpovedajúcich rôznym účelom jej štúdia.
Fázy modelovania:
1. Stanovenie problému: popis problému, účel modelovania, formalizácia problému
2. Vývoj modelu: informačný model, počítačový model
3. Počítačový experiment - experimentálny plán, výskum
4. Analýza výsledkov simulácie
Dobre zostavený model je spravidla pre výskum dostupnejší ako skutočný objekt (napríklad ekonomika krajiny, slnečná sústava atď.). Ďalším, nemenej dôležitým účelom modelu je, že s jeho pomocou sa identifikujú najvýznamnejšie faktory, ktoré tvoria určité vlastnosti objektu. Model vám tiež umožňuje naučiť sa ovládať objekt, čo je dôležité v prípadoch, keď je experimentovanie s objektom nepohodlné, ťažké alebo nemožné (napríklad, keď experiment trvá dlho alebo keď existuje riziko, že sa objekt dostane do nežiaduci alebo nezvratný stav).
Môžeme teda dospieť k záveru, že model je potrebný na to, aby:
– rozumieť štruktúre konkrétneho objektu – aká je jeho štruktúra, základné vlastnosti, zákonitosti vývoja a interakcie s vonkajším svetom;
– naučiť sa riadiť objekt alebo proces a určiť najlepšie metódy riadenia pre dané ciele a kritériá (optimalizácia);
– predvídať priame a nepriame dôsledky implementácie špecifikovaných metód a foriem vplyvu na objekt alebo proces.
Aspektmi modelovania môžu byť vzhľad, štruktúra, správanie sa modelovaného objektu, ako aj ich rôzne kombinácie.
Štruktúra objektu je súhrn jeho prvkov a vzťahov medzi nimi.
Nazvime správanie objektu jeho zmeny vzhľad a štruktúry v priebehu času v dôsledku interakcií s inými objektmi.
Modelovanie vzhľadu objektu sa používa na:
· identifikácia (rozpoznanie) objektu;
· dlhodobé uchovávanie obrazu.
Modelovanie štruktúry objektu sa používa na:
· jeho vizuálna reprezentácia;
· štúdium vlastností objektu;
· identifikácia významných spojení;
· štúdium stability objektu.
Modelovanie správania sa používa na:
· plánovanie, prognózovanie;
· nadviazanie spojenia s inými objektmi;
· identifikácia vzťahov príčina-následok;
· manažment;
· dizajn technické zariadenia atď.
Počas procesu modelovania je každý aspekt modelovania odhalený prostredníctvom súboru vlastností.
Modely neodrážajú všetky vlastnosti objektu, ale iba tie, ktoré sú významné z hľadiska účelu modelovania.
Každý aspekt modelovania sa vyznačuje vlastným súborom vlastností:
vzhľad - súbor vlastností;
štruktúra - zoznam prvkov a označenie vzťahov medzi nimi;
správanie - zmeny vzhľadu a štruktúry v priebehu času.
Niektoré vlastnosti modelovaného objektu možno vyjadriť odberom veličín číselné hodnoty. Takéto veličiny sa nazývajú parametre modelu.
Informačný model možno považovať za nejaký nový informačný objekt, ktorý zase môže byť aj objektom modelovania.