Графические информационные модели

ТЕМА Компьютерные модели различных процессов.

ПЛАН

Основные понятия моделирования

Классификация моделей

Компьютерное моделирование

Этапы моделирования

1. Основные понятия моделирования

Человек часто имеет дело с объектами, процессами и явлениями, недоступными для непосредственного восприятия. Модели позволяют в наглядной форме представить такие объекты, явления и процессы.

Модель – это некий новый упрощенный объект, который отражает существенные особенности реального объекта, процесса или явления.

Анализ модели и наблюдение за ней позволяют познать суть реально существующего, более сложного объекта, процесса, явления, называемого прототипом или оригиналом.

Главное свойство модели — адекватность, т. е. соответствие моделируемым особенностям оригинала.

Однако разные науки исследуют объекты под разным углом зрения и строят различные типы моделей. В физике изучаются процессы взаимодействия и движения объектов, в химии - их внутреннее строение, в биологии - поведение живых организмов, и т. д.

Например, человек в разных науках исследуется в рамках различных моделей. В рамках механики как материальная точка, в химии как объект, состоящий из разных химических веществ, в биологии как система, стремящаяся к самосохранению.

С другой стороны, разные объекты могут описываться одной моделью.

Например, в механике различные материальные тела (от песчинки до планеты) могут рассматриваться как материальные точки.

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

Модели играют важную роль в проектировании и создании различных технических устройств, машин и механизмов, зданий, электрических цепей и т.д.

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

 

Классификация моделей

Способы классификации моделей зависят от того, какие признаки считать наиболее важными.

1) По области использования:

а) Учебные (глобус - учебная модель Земли)

б) Опытные (модель самолета для испытаний в аэродинамической трубе)

в) Научно-технические (модель автомобиля)

г) Игровые (военные маневры - модель боевых действий)

д) Имитационные (Клавиатурный тренажер)

2) С учетом фактора времени:

а) Динамические - модель имеет временной параметр, т.е. отражает свойства объекта во времени (раскачивающийся груз на нити).

б) Статические - не имеет временного параметра. Статическая модель в каждый момент времени дает лишь "фотографию" системы, ее срез (неподвижный груз на нити).

3) По способу представления:

а) Натурные модели реализуют физическое подобие объекта (макет, муляж), воспроизводят физические, геометрические и др. свойства объектов в материальной форме.

б) Информационные модели представляются описанием объекта, процесса или явления, отражают знания человека о моделируемом объекте. Представляют информационные объекты в образной и знаковой форме.

в) Образные модели (рисунки, фотографии и др.) представляют собой зрительные образы объектов, зафиксированные на каком-либо носителе информации (бумаге, кино-, фотопленке и т. п.). Широко используются в образовании (учебные плакаты) и науках, где требуется классификация объектов по внешним признакам (биология).

г) Знаковые информационные модели строятся с использованием различных языков (знаковых систем). Знаковая информационная модель может быть представлена в форме текста (программа на языке программирования), формулы, таблицы и т. д.

Иногда при построении знаковых информационных моделей используется несколько различных языков. Например, географические карты, графики, диаграммы. В таких моделях используется одновременно язык графических элементов и символьных языков

4) По способу построения (форме) модели можно разделить на:

а) материальные модели (иначе их можно назвать предметными). Они воспринимают геометрические и физические свойства оригинала и всегда имеют реальное воплощение;

б) информационные модели — их нельзя потрогать или увидеть. Они строятся только на информации. Информационная модель — совокупность информации, характеризующей свойства и состояния объекта, процесса, явления, а также его взаимосвязь с внешним миром.

5) По способу представления данных:

а) Словесные (текстовые). Представляет собой описание объекта на естественном языке. Не носят строго формального характера и создаются на начальном этапе моделирования.

б) Графические. Объекты в виде изображений, отличаются наглядностью представления связей между объектами.

в) Структурные (табличные, иерархические, сетевые). Отображают информацию о содержании элементов внутренней структуры объекта и связях между ними.

г) Математические. Описывают явление или процесс в виде математических соотношений. Они позволяют выполнять анализ модели с помощью математических методов и получать новые сведения о моделируемом объекте.

Компьютерное моделирование

Под компьютерной моделью понимают: условный образ объекта в виде компьютерных диаграмм, таблиц, схем, изображений, анимационных фрагментов, или программу, отображающую структуру и взаимосвязи между элементами объекта.

Компьютерное моделирование – это моделирование, реализуемое с помощью компьютерной техники.

Компьютерные модели используются людьми различных отраслей народного хозяйства:

• метеорологи;

• дизайнеры (модельеры, архитекторы, web-дизайнеры и т.д.);

• инженеры-конструкторы;

• нейрохирурги;

• геологи и т.д.

Графические информационные модели

• Карта создается с определенной целью (помогает добраться до нужного населенного пункта, позволяет вычислить расстояние между различными пунктами).

• Чертеж должен быть точным, на нем указываются необходимые размеры. (Пример: чертеж детали).

• Схема – это графическое отображение состава и структуры сложной системы.

• Структура – это определенный порядок объединения элементов системы в единое целое. (Примеры: схема метрополитена, схема электрической цепи).

• График – модель процесса (например, график изменения температуры в течение некоторого периода времени).

Табличные модели

Таблицы типа «объект – свойство» – самая распространенная форма информационной модели – прямоугольная таблица.

При составлении таблицы используется только необходимая информация для пользователя. Таблица может отражать процесс, происходящий во времени.

Автор	Название	Год издания	Жанр
А. Беляев	Человек-амфибия	1990 г.	Фантастика
А. Пушкин	Сказка о царе Салтане	1985 г.	Поэтическая сказка
Л. Толстой	Война и мир	1972 г.	Трагедия

 

День	Осадки	Температура (С)	Давление (мм рт.ст.)	Влажность (%)
15.03	Снег	-5	746	67
16.03	Дождь	0	743	100
17.03	Без осадков	+2	745	62
18.03	Туман	0	746	87
19.03	Без осадков	-2	760	67