Типи моделей

Поняття моделі.

Кожен оточуючий нас об’єкт має свої властивості.

Об’єкт – цілісна частина навколишнього світу. Наприклад, стіл має такі властивості, як розміри, форму, колір, матеріал з якого зроблений і т.д.

Модель – це спрощене подання реального процесу чи об’єкта.

У процесі життя і практичної діяльності людина постійно застосовує різні моделі для дослідження поведінки реального об’єкта в різних ситуаціях.

Будь-яка наука починається з розробки моделі, а вже потім реального об’єкта (план будинку виконується перед будівництвом, конструкція машини виконується одразу на папері і тільки потім на моделі, а ще потім на реального об’єкті і т.д.).

Типи моделей.

Під час вивчення інформатики нас цікавитимуть математичні та інформаційні моделі. Давайте розглянемо, що це за моделі.

Інформаційна модель.

Інформаційна модель (ІМ) - це модель, яка описує інформаційні процеси або містить опис об’єкта, в якому вказано деякі його типові властивості, важливі для виконання конкретної задачі.

Будь-яка ІМ містить лише суттєві відомості про об’єкт з урахуванням мети її створення. Наприклад, розклад руху поїздів – це ІМ яка має вигляд таблиці, схеми або тексту яка відображає потрібні замовнику данні

Інформаційні моделі можуть бути:

Наприклад, іграшки в які ви гралися в дитинстві – це моделі реальних об’єктів. Такі моделі називають фізичними або матеріальними.

Іноді люди створюють не матеріальні моделі, а абстрактні моделі – об’єкти, що подані у вигляді формул, образів, креслень, зображень, графіки тощо.

Абстрактні в свою чергу поділяються на знакові (моделі подані на основі знаків, фігур, символів, фрагментів тексту зображені на папері) та вербальні (моделі, які формуються в голові людини або в усній формі, результати виводів або не докінця усвідомлення реального зображення).

За формою представлення можна виділити наступні види інформаційних моделей:

• геометричні - графічні форми та об'ємні конструкції;
• словесні - усні та письмові описи з використанням ілюстрацій;
• математичні - математичні формули, що відображають зв'язок різних параметрів об'єкта;
• структурні - схеми, графіки, таблиці;
• логічні - моделі, в яких представлені різні варіанти вибору дій на основі різних умовиводів та аналізу умов;
• спеціальні - ноти, хімічні формули і таке інше;
• комп'ютерні та некомп'ютерні.

Існують різні класифікації моделей:

v За галуззю використання: навчальні, дослідні, ігрові, науково-технічні, імітаційні та ін..

v За фактором часу: статичні та динамічні

v За способом подання: словесні, символьні, структурні, графічні, образні та ін..

v За інструментами реалізації: комп’ютерні, некомп’ютерні.

Першим етапом побудови ІМ є системний аналіз, мета якого визначити ті характеристики об’єкта які потрібні для даної ІМ. ІМ одного і того самого об’єкта призначені для різних цілей будуть різні.

Причина різних видів представлень ІМ полягає в тому, що лише філософи можуть дозволити собі мати справу з реальним світом. При розв’язуванні конкретних задач реальна дійсність відтворюється із суттєвими обмеженнями, що залежать від області діяльності, поставлених цілей і потужності обчислювальних засобів. В подальшому реальні інформаційні процеси в системі будемо називати предметною областю даних.

Математична модель — заміна об'єкта-оригіналу чи явища (процесу) відпо­відним аналогом за допомогою математичних залежностей.

За допомогою математичних моделей описуються розв’язки різних логічних задач, фізичні процеси, прогнозується, управляється, проектується чи планується безліч механізмів та систем.

Комп'ютерна модель математична модель, реалізована за допомогою пев­них програмно-апаратних засобів.

Відрізняються КМ від ІМ тим, що вони реалізуються за допомогою ПК та вже наявного ПЗ.

Комп'ютерне моделювання (КМ) - один із самих ефективних інструментів пізнання, аналізу та проектування. КМ дає можливість інженерові (дослідникові) експериментувати з об'єктами в тих випадках, коли робити це на реальному об'єкті практично неможливо або недоцільно. Сутність методології КМ складається в заміні вихідного технологічного об'єкта його “образом” - математичною моделлю - і надалі вивченні моделі за допомогою алгоритмів реалізованих на комп'ютерах.

Цей метод пізнання, конструювання та проектування містить у собі переваги як теорії, так і експерименту. Робота не із самим об'єктом (явищем, процесом), а з його моделлю дає можливість відносно швидко й без істотних витрат досліджувати його властивості та поводження в будь-яких ситуаціях (переваги теорії). У той же час обчислювальні (імітаційні) експерименти з моделями об'єктів дозволяють докладно та глибоко вивчати об'єкти в достатній повноті, недоступної чисто теоретичним підходам (переваги експерименту).

КМ- процес конструювання моделі реального об'єкта і постановки обчислювальних експериментів на цій моделі з метою або зрозуміти (досліджувати) поводження цієї системи, або оцінити різні стратегії (алгоритми), що забезпечують функціонування даної

системи. Таким чином, процес КМ включає й конструювання моделі, і її застосування для розв’язання поставленого завдання: аналізу, дослідження, оптимізації або синтезу (проектування) технологічних процесів. Всі ці завдання надзвичайно складні й містять у

собі майже нескінченне число елементів, змінних, параметрів, обмежень і т.д.

У процесі КМ дослідник має справу із трьома обєктами: системою, математичною моделлю та програмою у комп’ютері, що реалізує алгоритм розв’язання рівнянь моделі. Традиційна схема комп'ютерного моделювання як єдиного процесу побудови та дослідження моделі, що має відповідну програмну підтримку, може бути представлена в наступному вигляді: