Моделирование и формализация

1.

МОДЕЛИРОВАНИЕ
И ФОРМАЛИЗАЦИЯ

2.

3.

Мир, окружающий нас, огромен.
Его разнообразие поражало
человека уже много веков назад.
Сейчас мы к этому привыкли. Но
каждый раз, оставив в стороне
повседневную суету, мы снова
очарованы гармонией
окружающего мира.
Гармонию мира старается
передать в своих произведениях
художник. Языком науки пытается
описать гармонию мира ученый. И
если им удается уловить самое
существенное в том маленьком
фрагменте мировой картины,
который стал объектом их
внимания, получается шедевр,
происходит открытие.

4.

Впрочем, умение выделить
самое существенное
небесполезно для каждого из нас.
Ведь тогда не будут растрачены
по пустякам силы и средства,
отчетливо будет обозначена
цель и намечены пути к её
достижению. Информационные
технологии и компьютер
здесь помощники человека.

5.

Человечество в своей деятельности
постоянно создает и использует модели
окружающего мира.
Строгие правила построения моделей
сформулировать невозможно, однако
человечество накопило богатый опыт
моделирования различных объектов и
процессов.

6.

Начнем с простого примера. Вы приехали в большой,
незнакомый для вас город. Вам надо добраться до
друга, который переехал недавно на новую квартиру,
где вы еще не были.
Выйдя из здания вокзала, вы, не думая (это самое
главное предположение в нашем мысленном
эксперименте!), садитесь в транспорт – трамвай,
троллейбус, автобус или метро. Все так же не думая
проезжаете несколько остановок, выходите, садитесь
на другой вид городского транспорта
или идете пешком и т.д. При таких
ваших действиях очень мало шансов,
что друг вас дождется. Самое легкое
решение — попросить друга встретить
вас на вокзале. Тогда больше и думать
ни о чем не надо — друг сам предложит
нужный маршрут.

7.

Если же друг не может вас встретить или вы хотите
своим приездом преподнести ему сюрприз, то решать
эту жизненную задачу придется иначе. Можно, к
примеру, взять транспортную схему города (т. е. план
города с нанесенными на него линиями движения
транспорта) и прокладывать маршрут по этой схеме.
Каждому ясно, что произошло:
задача нахождения пути к дому
приятеля заменена другой задачей —
найти маршрут на транспортной
схеме.
Транспортная схема — это, конечно,
не сам город, а его упрощенное
представление с помощью условных
обозначений. Но в ней отражено то
существенное, что позволит вам
решить задачу — построить маршрут
к дому вашего друга.

8.

Да если вы и знаете, как добраться до друга, то все равно
решение этой задачи присутствует в вашем сознании не в
виде реальных улиц, трамвайных или троллейбусных
вагонов, а в виде некоторого представления о том, какими
улицами идти и номерами каких транспортных маршрутов
вам придется воспользоваться. Иными словами, в своей
памяти вы храните решение, но не исходной жизненной
задачи, а ... ее модельной переформулировки!
Замена одного объекта (процесса или явления) другим, но
сохраняющим все
существенные свойства
исходного объекта
(процесса или явления),
называется
моделированием, а сам
заменяющий объект
называется моделью
исходного объекта.

9.

Вряд ли со словом «модель» вы впервые встретились,
изучая материал урока. Любой самолет, прежде чем
отправиться в свой первый испытательный полет,
пройдет испытания в виде уменьшенной своей копии, т.
е. модели, сохраняющей геометрическую форму, в
аэродинамической трубе, чтобы подтвердить свои
лётные качества.

10.

• Поскольку в дальнейшем мы часто будем пользоваться
словом «объект», договоримся подразумевать под
ним любой материальный предмет, явление,
событие, процесс, который мы хотим изучить или
описать. При этом объект может быть реальным
(персональный компьютер, радуга), так и идеальным
(легенда, научная теория).
• Договоримся, что моделировать (быть субъектом
моделирования) может только человек. Вопрос о
возможностях моделирования технической системой
или животными остается спорным в современной
науке.
• Модель создается для получения информации об
объекте, необходимой для решения поставленной
задачи.

11. Общая схема моделирования

Задача
ОБЪЕКТ
моделирования
Взаимодействие
Исследование
СУБЪЕКТ
моделирования
МОДЕЛЬ
Информация об объекте,
необходимая для решения задачи

12.

Использование
модели позволяет
продемонстрировать
самое
существенное
с точки зрения
решаемой
практической задачи
в изучаемом
объекте.
В этом главное
назначение
моделей.

13.

• Термин модель в реальной жизни имеет множество
значений. В наиболее общем виде понятие «модель»
чаще всего определяют следующим образом.
• Модель – это новый объект, который отражает
некоторые стороны изучаемого объекта или явления,
существенные с точки зрения цели моделирования.
• Модель – это физический или информационный
заменитель объекта, функционирование которого по
определенным параметрам подобно
функционированию реального объекта.
• Под моделью некоторого объекта понимается другой
объект (реальный, знаковый или воображаемый),
отличный от исходного, который обладает
существенными для целей моделирования
свойствами и в рамках этих целей полностью
заменяет исходный объект.
• Независимо от того, какое определение вам нравится
больше, главное в моделировании – это
отношение подобия между объектом
моделирования и его моделью.

14. Классификация моделей

Все многообразие моделей делится на три
класса:
1) материальные (натурные) модели (некие
реальные предметы – макеты, муляжи,
эталоны) – уменьшенные или
увеличенные копии,
воспроизводящие внешний
вид моделируемого объекта,
его структуру (глобус, модель
кристаллической решетки) или
поведение (радиоуправляемая
модель самолета,
велотренажер).

15.

2) воображаемые модели
(геометрическая точка, математический
маятник, идеальный газ, бесконечность)
3) информационные модели – описание
моделируемого объекта на одном из
языков кодирования информации
(словесное описание, схемы, чертежи,
карты, рисунки, научные формулы,
программы и пр.)

16. Можно ли обойтись без моделей и моделирования?

Чтобы ответить на этот вопрос, попробуйте
представить себе, как бы вы смогли, например,
учиться, если бы такого явления как
моделирование не было. Ведь по сути любой
учебный текст – это некоторая модель
знаний об изучаемом объекте, сложившаяся в
науке на настоящее время. Объяснить кому-то
что вы знаете, передать накопленный
опыт, сообщить о ваших
предположениях можно только
«построив» информационную
модель.

17.

Таким образом, потребность в
моделировании возникает в таких
сферах человеческой деятельности,
деятельности,
как:
• познание;
• общение (в широком смысле слова);
• практическая деятельность.

18.

Человека (субъекта моделирования) могут
интересовать:
• внешний вид объекта;
• структура объекта;
• поведение объекта моделирования.
Цели и задачи моделирования влияют на выбор одного
их этих трех аспектов.
Каждый аспект моделирования раскрывается через
совокупность свойств.
В моделях отражаются не все свойства объекта, а
только существенные с точки зрения цели
моделирования.
Так, описание внешнего вида объекта сводится к
перечислению его признаков. В языке эти признаки
часто выражаются прилагательными: красивый,
желтый, круглый, длинный и т.п.

19.

Моделирование внешнего
вида необходимо для:
идентификации (узнавания)
объекта (создание фоторобота
преступника);
• долговременного хранения образа
(фотография, портрет).

20.

Описание структуры сводится к перечислению составных
элементов объекта и указанию связи между ними. В языке эти
элементы и связи часто выражаются именами существительными:
Электрон, протон, нейтрон, сила притяжения,, энергетический
уровень (при описании атома).
Моделирование структуры объекта используется для:
ее наглядного представления;
изучения свойств объекта;
выявления значимых связей;
изучения стабильности объекта и прочее.
МАТЕРИНСКАЯ ПЛАТА
Процессор
Оперативная
память
Магистраль
Магистраль
Долговременная
память
Устройства
ввода
Устройства
вывода
Сетевые
устройства

21.

Поведением объекта назовем изменения его
внешнего вида и структуры с течением времени в
результате взаимодействия с другими объектами.
Моделирование поведения применяется при:
планировании, прогнозировании;
установлении связей с другими объектами;
выявлении причинно-следственных связей;
управлении;
конструировании технических устройств и т.п.