Моделирование. Моделирование, как метод познания. Формы представления моделей, формализация. (Лекция 4)

1. Моделирование

ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ
ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ
«КРАСНОЯРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ МЕДИЦИНСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ
ИМЕНИ ПРОФЕССОРА В.Ф. ВОЙНО-ЯСЕНЕЦКОГО»
МИНИСТЕРСТВА ЗДРАВООХРАНЕНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
ФАРМАЦЕВТИЧЕСКИЙ КОЛЛЕДЖ
Лекция № 4
Моделирование
Клобертанц Е.П.
Красноярск, 2013

2.

План:
1.
2.
3.
4.
5.
Моделирование как метод познания;
Формы представления моделей,
формализация;
Системный подход в
моделировании;
Типы информационных моделей;
Основные этапы разработки и
исследования моделей на
компьютере

3. 1. Моделирование как метод познания

4.

Наш мир очень разнообразен, и каждый объект в
нем назван определенным словом (именем).
Бабочка
Сатурн
Компьютер
Шапка
Мономаха

5.

Объект может
характеризоваться
Неизменными
параметрами
Изменяемыми
со временем
например,
например,
дата
рождения
человека,
длина,
ширина и
высота
комнат, в
построенном
рост, вес, цвет
волос у
человека,
скорость
автомобиля при
движении или
размер клубка
шерсти при
Состоянием
например у
человека:
сонное,
активное,
болезненное,
возбужденное;

6.

Модель – это некий
новый объект, который
отражает некоторые
существенные свойства
изучаемого явления или
процесса

7.

Модель (фр.сл. мodele, ит.
сл. modelo, лат. сл. modelus) –
мера, образец

8.

Примеры моделей
Схема
Карта
погоды
Манекен
8

9. Примеры моделей

География
Биология
Химия
Астрономия
• Машин
• Технических
устройств
• Здани
й
• Электрических цепей
Физика

10. Теоретические модели

модели
КоперникГелиоцентричес
кая модель мира
• Розерфорд Бор, Томсон
НагаокиМодель атома
ворческие модели
• Театр
Литература- басня
(отношения между
людьми на примере
отношений между
животными)
Живопись,
скульптура- модели
людей, животных и
т.д.
спектакль
(отношения
между
людьми)

11.

Причины, по которым прибегают к построению модели
Приведите свои примеры.
1.В реальном времени
объект(оригинал) может уже не
существовать или его еще нет.
2.Объект либо очень велик,
либо очень мал.
3.Процесс протекает очень
быстро или очень
медленно
4.Исследование объекта
может привести к его
разрушению
Атлантида,
динозавры
Молекула,
земной шар
Геологические
процессы, процесс
ядерного взрыва
Двигатель,
живой организм

12. Модель создают, если:

Объект огромный
Объект слишком
мал
Процесс протекает
очень быстро
Исследование
объекта опасно для
Исследование объекта
окружающих
может повлечь его
Процесс протекает очень
разрушение
медленно

13.

Моделирование-
это метод
познания, состоящий в создании и
исследовании моделей.

14.

Один и тот же объект
может иметь
множество моделей,
а разные объекты
могут описываться
одной моделью

15.

Человек:
Кукла
Манекен
Скелет
Скульптура
Модели
Реальный
объект оригинал

16. Свойства объекта, которые должна отражать модель, определяются поставленной целью его изучения.

Объект
«Человек»
Цель:
первое
знакомство
Цель:
демонстрация
одежды
Цель:
отражение
красоты тела
Цель:
изучение
костного
строения
Кукла
Манекен
Скульптура
Скелет

17.

Каждый объект имеет большое
количество различных свойств.
В процессе построения модели
выделяются главные, наиболее
существенные для проводимого
исследования свойства.

18.

В физике изучаются процессы
взаимодействия и изменения
объектов,
в химии –их химических свойств,
в биологию – строение и поведение
живых организмов и т.д.

19. Информационная картина мира

Информационный объект – это совокупность
логически связанной информации. 19

20. 2. Формы представления моделей, формализация

21. Классификация моделей по способу представления:

Модели
Материальные
(Предметные)
Информационные
(Знаковые)

22. Материальные модели –

Воспроизводят
геометрические,
физические и
другие свойства
объектов в
материальной
Пример: Глобус (модель земного
форме
шара) - география

23.

Информационные модели –
целенаправленно отобранная
информация об объекте, которая
отражает наиболее существенные
свойства этого объекта.

24. Информационные модели –

Представляют
объекты и
процессы в форме
схем, чертежей,
таблиц, формул,
Пример: Рисунок цветка – ботаника,
текстов и т.д.
формула - математика

25. Информационные модели –

Образная форма
представляют собой
зрительные образы
объектов,
зафиксированные на
каком-то носителе
информации (бумаге,
фото-, кинопленке).
Знаковая форма
строятся с
использованием
различных языков
(знаковых систем),
например язык
физики, математики.

26.

27. Классификация моделей по области использования:

Учебные модели;
Опытные модели;
Научно-технические модели;
Игровые модели;
Имитационные модели.

28. Классификация моделей с учетом фактора времени:

Статические;
Динамические.
Примеры:
динамические:
статические:
Если модель учитывает изменение
свойств моделируемого объекта от
времени, то модель называется
динамической, в противном
случае статической.
заводные игрушки;
глобус;
мягкие игрушки;
учебники.

29.

Пример статических информационных
моделей:
В физике модели, описывающие простые
механизмы,
в биологии – модели строения растений и
животных,
в химии – модели строения молекул и
кристаллических решеток.

30.

Пример динамических информационных
моделей:
В физике модели описывают движение
тел,
в биологии – развитие организмов или
популяций животных,
в химии – процессы прохождения
химических реакций.

31.

Классификация моделей по
области использования:
Биологические;
Исторические;
Физические;
И др.

32.

Естественные языки
используются для
создания описательных
информационных
моделей.

33.

С помощью формальных языков
строятся формальные
информационные модели
(математические, логические,
физические и др.). Одним из наиболее
используемых формальных языков
является математика. Модели,
построенные с использованием
математических понятий и формул,
называются математическими
моделями.

34.

Процесс построения
информационных моделей с
помощью формальных языков
называется
формализацией.

35. 3. Системный подход в моделировании

36.

Система – совокупность
взаимосвязанных
объектов,
воспринимаемая как
единое целое

37.

Состояние системы
характеризуется её
структурой, то есть составом и
свойствами элементов, их
отношениями и связями
между собой.
Если структура системы
меняется, то система может
перестать функционировать
как целое.

38. 4. Типы информационных моделей

39. Информационные модели - описание объекта-оригинала на языках кодирования информации

39

40.

Информационные
модели
Табличные
Иерархические
Сетевые

41.

Табличная информационная модель
перечень однотипных
объектов или свойств
размещен в первом столбце
(или строке) таблицы, а
значения их свойств
размещаются в следующих
столбцах
(или строках) таблицы.
Наименование
устройства
Цена (в у.е.)
Системная плата 80
Клавиатура
10
Мышь
5

42.

Иерархическая
информационная модель
Объекты
распределены по
уровням.
Каждый элемент
более высокого
уровня может
состоять из
элементов нижнего
уровня, а элемент
нижнего уровня
может входить в
состав только одного
элемента более
высокого уровня.
компьютеры
суперкомпьютеры
настольные
серверы
портативные
персональные
карманные

43.

Сетевая
информационная модель
Применяются для отражения систем
со сложной структурой,
в которых связи между элементами имеют
произвольный характер.

44.

1-й пакет
1-й пакет
2-й пакет
3-й пакет
2-й пакет
1-й
2-й
3-й
4-й
4-й пакет
пакет
пакет
пакет
пакет
3-й пакет
4-й пакет

45. 5. Основные этапы разработки и исследования моделей на компьютере

46.

Компьютерные модели
Компьютерная
имитационная
модель
Компьютерная
математическая модель
Численные методы:
арифметические способы решения любой арифметической задачи
Вычислительный эксперимент
Расчет состояния объекта моделирования по математической модели
Наглядное представление результата:
Использование компьютерной графики и мультимедиа для
представления результата
Управление в реальном времени:
Быстрые компьютерные модели, работающие со скоростью
физического управляемого процесса
Имитация состояния реальной системы со случайным
поведением ее элементов
Системы массового обслуживания
Транспортные системы

47.

Использование
компьютера
для
исследования информационных моделей
различных
объектов
и
процессов
позволяет изучить их изменения в
зависимости от значения тех или иных
параметров.
Процесс разработки моделей и их
исследования
на
компьютере
можно
разделить на несколько основных этапов.

48.

I этап. Постановка задачи
Описание задачи
Цель моделирования
Формализация задачи
II этап. Разработка модели
Информационная модель
Компьютерная модель
III этап.
Компьютерный
эксперимент
План эксперимента
Проведение исследования
IV этап. Анализ результатов
моделирования
Результаты
соответствуют
цели
Результаты
соответствуют
цели
Описательная
модель
Формализованная
модель
Компьютерная
модель

49. 1. Постановка задачи.

Описание делается обычными
фразами.
Цель моделирования. От выбранной
цели зависит, какие характеристики
исследуемого объекта считать
существенными, а какие отбросить.
Формализация задачи. Здесь чаще
всего задача переводится на
формальный язык, язык чисел,
математических формул, уравнений.

50. 2. Разработка модели

Этап разработки модели
начинается с построения
информационной модели в
различных формах, которые на
завершающей стадии
воплощаются в компьютерную
модель.

51.

Компьютерная модель – это модель,
реализованная средствами
программной среды.
Инструменты моделирования.
Существует множество программных
комплексов, которые позволяют
проводить построение и исследование
моделей. От выбора программной
среды зависит алгоритм построения
компьютерной модели.

52. 3. Компьютерный эксперимент

включает две стадии:
составление плана
эксперимента и проведение
исследования.

53. Конечная цель моделирования -

Конечная цель
моделирования принятие решения, которое должно
быть выбрано на основе
всестороннего анализа
результатов моделирования.

54.

По результату тестирования
определяется достигли ли
конечной цели?
Если в результате тестирования
появились ошибки, то модель
корректируется, процесс
повторяется до тех пор, пока не
будут исправлены все ошибки.

55.

В настоящее время
широкое распространение
получили компьютерные
интерактивные
визуальные модели.
В таких моделях
исследователь может
менять начальные условия
и параметры протекания
процессов и наблюдать