Доклад : «Материальное и Информационное моделирование»

метки: Модель, Объект, Моделирование, Атрибут, Экземпляр, Издание, Идентификатор, Относиться

Системный анализ—это методология решения крупных проблем, основанная на концепции систем. Системный анализ может также рассматриваться как методология построения организаций, что реализует методологию решения проблем.

Под моделированием понимается имитирование поведения какой-либо реально существующей системы, т.е. упрощенное схематическое или математическое воспроизведение принципов ее организации и функционирования.

Все существующие модели подразделяются на материальные (механические образцы, различные копии оригиналов и т.п.) и идеальные (знаковые).

К знаковым моделям относятся вербальные (словесные) и математические (разнообразные схемы, чертежи, графики, формулы).

Разновидностью знаковых моделей являются математические модели.

Математическая модель (или математическое описание) — это система математических соотношений, описывающих изучаемый процесс или явление.

Модель — это мысленно представляемая или материально реализованная система, которая, отображая или воспроизводя объект исследования, способна замещать его так, что ее изучение дает новую информацию об этом объекте.

Целями данного реферата является анализ и изучение моделей и моделирования системы.

Задачами реферата являются:

• анализ понятия модели и моделирование;
• изучение классификаций моделей;
• исследование особенностей и свойств моделей;
• анализ основных целей моделирования.

Тема реферата является актуальной, поскольку моделирование позволяет исследовать объекты окружающего мира, представленные в виде, удобном для анализа, а с другой для их хранения и передачи в пространстве или времени.

В связи с этим в познавательной и практической деятельности человека большую, если не ведущую, роль играют модели и моделирование. Особенно незаменимо моделирование при работе со сложными объектами (в частности, экономическими).

Все это делает моделирование важнейшим инструментом системного анализа.

1.1Моделирование как метод решения задач

С точки зрения информатики, решение любой производственной или научной задачи описывается следующей технологической цепочкой: «реальный объект — модель — алгоритм — программа — результаты — реальный объект». В этой цепочке очень важную роль играет звено «модель», как необходимый, обязательный этап решения этой задачи. Под моделью при этом понимается некоторый мысленный образ реального объекта (системы), отражающий существенные свойства объекта и заменяющий его в процессе решения задачи.

Имитационное моделирование. Применение имитационных моделей в ...

... при решении задач имитационного моделирования в управлении запасами. Для достижения цели необходимо было решить следующие задачи: Применение имитационных моделей дает ... управление проектами; экономика здравоохранения; экосистемы. 1.2 Виды имитационного моделирования Агентное моделирование — относительно новое (1990е-2000е гг.) направление в имитационном моделировании, которое используется ...

Модель — очень широкое понятие, включающее в себя множество способов представления изучаемой реальности. Различают модели материальные (натурные) и идеальные (абстрактные).

Материальные модели основываются на чем-то объективном, существующем независимо от человеческого сознания (каких-либо телах или процессах).

Материальные модели делят на физические (например, авто- и авиамодели) и аналоговые, основанные на процессах, аналогичных в каком-то отношении изучаемому (например, процессы в электрических цепях оказываются аналогичными многим механическим, химическим, биологическим и даже социальным процессам и могут быть использованы для их моделирования).

Границу между физическими и аналоговыми моделями провести можно весьма приблизительно и такая классификация моделей носит условный характер.

Еще более сложную картину представляют идеальные модели, неразрывным образом связанные с человеческим мышлением, воображением, восприятием. Среди идеальных моделей можно выделить интуитивные модели, к которым относятся, например, произведения искусства — живопись, скульптура, литература, театр и т.д., но единого подхода к классификации остальных видов идеальных моделей нет. Иногда эти модели все разом относят к информационным. В основе такого подхода лежит расширительное толкование понятия «информация»: «информацией является почти все на свете, а может быть, даже вообще все». Такой подход является не вполне оправданным, так как он переносит информационную природу познания на суть используемых в процессе моделей — при этом любая модель является информационной. Более продуктивным представляется такой подход к классификации идеальных моделей, при котором различают следующие.

1. Вербальные (текстовые) модели. Эти модели используют последовательности предложений на формализованных диалектах естественного языка для описания той или иной области действительности (примерами такого рода моделей являются милицейский протокол, правила дорожного движения, настоящий учебник).

1

2. Математические модели — очень широкий класс знаковых моделей (основанных на формальных языках над конечными алфавитами), широко использующих те или иные математические методы. Например, можно рассмотреть математическую модель звезды. Эта модель будет представлять собой сложную систему уравнений, описывающих физические процессы, происходящие в недрах звезды. Математической моделью другого рода

являются, например, математические соотношения, позволяющие рассчитать оптимальный (наилучший с экономической точки зрения) план работы какого-либо предприятия.

3. Информационные модели — класс знаковых моделей, описывающих информационные процессы (возникновение, передачу, преобразование и использование информации) в системах самой разнообразной природы.

Граница между вербальными, математическими и информационными моделями может быть проведена весьма условно; возможно, информационные модели следовало бы считать подклассом математических моделей. Однако, в рамках информатики как самостоятельной науки, отдельной от математики, физики, лингвистики и других наук, выделение класса информационных моделей является целесообразным. Информатика имеет самое непосредственное отношение и к математическим моделям, поскольку они являются основой применения компьютера при решении задач различной природы: математическая модель исследуемого процесса или явления на определенной стадии исследования преобразуется в компьютерную (вычислительную) модель, которая затем превращается в алгоритм и компьютерную программу, рис. 1.37.

Экономико-математические модели

... процессов и поведения отдельных показателей, в-третьих, выработка управленческих решений на всех уровнях управления. Суть экономико-математического моделирования заключается в описании социально-экономических систем и процессов в виде экономико-математических моделей, ... и такие сетевые модели, которые ориентированы не на критерий времени, а, например, на минимизацию стоимости работ. систем ...

Рис. 1.37. Обобщенная схема компьютерного математического моделирования

2

1.2Основные понятия информационного моделирования

Остановимся на информационных моделях, отражающих процессы возникновения, передачи, преобразования и использования информации в системах различной природы. Начнем с определения простейших понятий информационного моделирования.

Экземпляром будем называть представление предмета реального мира с помощью некоторого набора его характеристик, существенных для решения данной информационной задачи (служащей контекстом построения информационной модели).

Множество экземпляров, имеющих одни и те же характеристики и подчиняющиеся одним и тем же правилам, называется объектом.

Рис. 1.38. Пример абстрагирования при построении информационной модели

Таким образом, объект есть абстракция предметов реального мира, объединяемых общими характеристиками и поведением, рис. 1.38.

Информационная модель какой-либо реальной системы состоит из объектов. Каждый объект в модели должен быть обеспечен уникальным и значимым именем (а также идентификатором, служащим ключом для указания этого объекта, связи его с другими объектами модели).

Таким образом обозначение, наименование объекта -это элементарная процедура, лежащая в основе информационного моделирования.

Объект представляет собой один типичный (но неопределенный) экземпляр чего-то в реальном мире и является простейшей информационной моделью. Объекты представляют некие «сущности» предметов реального мира, связанные с решаемой задачей.

Большинство объектов, с которыми приходится встречаться, относятся к одной из следующих категорий:

• реальные объекты;
• роли;
• события;
• взаимодействия;
• спецификации.

3

Реальный объект — это абстракция физически существующих предметов. Например, на автомобильном заводе это кузов автомобиля, двигатель, коробка передач; при перевозке грузов это контейнер, средство перевозки.

Роль — абстракция цели или назначения человека, части оборудования или учреждения (организации).

Например, в университете как в учебном заведении это студент, преподаватель, декан; в университете как в учреждении это приемная комиссия, отдел кадров, бухгалтерия, деканат.

Событие — абстракция чего-то случившегося. Например, поступление заявления от абитуриента в приемную комиссию Университета, сдача (или несдача) экзамена.

Взаимодействия — объекты, получаемые из отношений между другими объектами. Например, сделка, контракт (договор) между двумя сторонами, свидетельство об образовании, выдаваемое учебным заведением его выпускнику.

Объекты-спецификации используются для представления правил, стандартов или критериев качества. Например, перечень знаний, умений и навыков выпускника математического факультета, рецепт проявления фотопленки.

Для каждого объекта должно существовать его описание — короткое информационное утверждение, позволяющее установить, является некоторый предмет экземпляром объекта или нет. Например, описание объекта «Абитуриент университета» может быть следующим: человек в возрасте до 35 лет, имеющий среднее образование, подавший в приемную комиссию документы и заявление о приеме.

Предметы реального мира имеют характеристики (такие, например, как имя, название, регистрационный номер, дата изготовления, вес и т.д.).

Каждая отдельная характеристика, общая для всех возможных экземпляров объекта, называется атрибутом. Для каждого экземпляра атрибут принимает определенное значение. Так, объект Книга имеет атрибуты Автор, Название, Год издания. Число страниц.

У каждого объекта должен быть идентификатор — множество из одного или более атрибутов, значения которых определяют каждый экземпляр объекта. Для книги атрибуты Автор и Название совместно образуют идентификатор. В тоже время Год издания и Число страниц идентификаторами быть не могут — ни врозь, ни совместно, так как не определяют объект. Объект может иметь и несколько идентификаторов, каждый из которых составлен из одного или нескольких атрибутов. Один из них может быть выбран как привилегированный для соответствующей ситуации.

Объект может быть представлен вместе со своими атрибутами несколькими различными способами. Графически объект может быть изображен в виде рамки, содержащей имя объекта и имена атрибутов. Атрибуты, которые составляют привилегированный идентификатор объекта, могут быть выделены (например, символом * слева от имени атрибута):

4

В эквивалентном текстовом представлении это может иметь следующий вид:

Книга (Автор. Название. Год издания. Число страниц).

Привилегированный идентификатор подчеркивается.

Еще одним способом представления объекта информационной модели является таблица. В этой интерпретации каждый экземпляр объекта является строкой в таблице, а значения атрибутов, соответствующих каждому экземпляру, — клетками строки, табл. 1.11.

Таблица 1. Таблица как представление информационной модели

	Книга
	Название	Год издания	Число страниц
Грин А. Стивенсон Р. П. Скотт В. Гончаров И. А.	Бегущая по волнам Остров сокровищ Ричард Львиное Сердце Обрыв	1988 1992 1993 1986	279 269 349 598

Можно классифицировать атрибуты по принадлежности к одному из трех различных типов:

• описательные;
• указывающие;
• вспомогательные.

Описательныеатрибуты представляют факты, внутренне присущие каждому экземпляру объекта. Если значение описательного атрибута изменится, то это говорит о том, что некоторая характеристика экземпляра изменилась, но сам экземпляр остался прежним.

Указательные атрибуты могут использоваться как идентификаторы (или часть идентификаторов) экземпляра. Если значение указывающих атрибутов изменяется, то это говорит лишь о том, что новое имя дается тому же самому экземпляру.

Вспомогательные атрибуты используются для связи экземпляра одного объекта с экземпляром другого объекта.

Рассмотрим пример:

• Автомобиль;
• гос. номер

марка;

• цвет;
• владелец.

5

2.Материальное моделирование

Основными разновидностями материального моделирования являются натурное и аналоговое. При этом оба вида моделирова­ния основаны на свойствах геометрического или физического по­добия. Если известен коэффи­циент подобия — масштаб, то простым умножением размеров од­ной фигуры на величину масштаба определяются размеры другой, ей подобной фигуры.

Натурное моделирование — это такое моделирование, при ко­тором реальному объекту ставится в соответствие его увеличенный или уменьшенный материальный аналог.

К примерам натурных моделей можно отнести макеты в архи­тектуре, модели судов в судостроении. Следует отметить, что именно с натурных моделей судов в середине XIX века моделирование стало развиваться как научная дисциплина, а сами модели — активно использоваться при проектировании новых технических устройств.

В настоящее время методы натурного моделирования находят самое широкое применение в судостроении, авиастроении, автомо­билестроении и других областях.

Аналоговое моделирование — это моделирование, основанное на аналогии процессов и явлений, имеющих различную физическую природу, но одинаково описываемых формально (одними и теми же математическими соотношениями, логическими и структурны­ми схемами).

Примерами анало­говых моделей могут служить электрические и механические коле­бания, которые с точки зрения математики описываются одинако­выми соотношениями, но относятся к качественно отличающимся физическим процессам. Поэтому изучение механических колебаний можно вести с помощью электрической схемы, и наоборот. При не­которых допущениях аналогичными можно считать процессы рас­пространения тепла в теле, диффузии примесей и просачивания жидкости.

Модели физического и аналогового типов являются материаль­ным отражением реального объекта и тесно связаны с ним своими геометрическими, физическими и прочими характеристиками. Фак­тически процесс исследования таких моделей сводится к проведению натурных экспериментов, где вместо реального объекта используется его физическая или аналоговая модель.

6

Список литературы

1. http://gigabaza.ru/doc/17525.html

2. http://www.ngpedia.ru/id158998p1.html

3. http://life-prog.ru/1_5467_modelirovanie-i-ego-vidi.html

4. http://fb.ru/article/326260/modelirovanie-v-informatike—eto-chto-takoe-vidyi-i-etapyi-modelirovaniya

7