Моделирование, формализация, визуализация

Моделирование как метод познания

муляжи чертежи Человечество в своей деятельности постоянно создает и использует модели окружающего мира. Модели позволяют представить в наглядной форме объекты и процессы, недоступные для непосредственного восприятия. Наглядные модели часто используются при обучении. макеты

Развитие науки невозможно без создания теоретических моделей (теорий, законов, гипотез и т.д.), отражающих строение, свойства и поведение реальных объектов. Истинность теоретических моделей, т.е. их соответствие законам реального мира, проверяется с помощью опытов и экспериментов. Гелиоцентрическая система мира Птолемея Модель генома человека

Всё художественное творчество фактически является процессом создания моделей. литературный жанр (басня) любое литературное произведение (рассказ, повесть и т.д.) модели в художественной форме (живописные полотна, скульптуры, театральные постановки и т.д.)

Цели моделирования: понять как устроен конкретный объект, какова его структура; научиться управлять объектом или процессом; прогнозировать прямые и косвенные последствия реализации заданных способов; будущая модель определяет те свойства оригинала, которые должны быть воспроизведены в модели

Причины, по которым прибегают к построению моделей: Причины, по которым прибегают к построению моделей: 1. В реальном времени оригинал может уже не существовать, или его нет в действительности 2. Оригинал может иметь много свойств и взаимосвязей. Чтобы глубоко изучить какое-то свойство, полезно отказаться от менее существенных, вовсе не учитывая их

3. Оригинал либо очень велик, либо очень мал 4. Процесс протекает очень быстро или очень медленно 5. Исследование объекта может привести к его разрушению

Моделирование - это метод познания, состоящий в создании и исследовании моделей. Модель создается человеком в процессе познания окружающего мира и отражает существенные особенности изучаемого объекта, явления или процесса. Для описания и исследования одного и того же объекта может использоваться несколько моделей. Для описания и исследования разных объектов может использоваться одна и та же модель. Моделирование - это метод познания, состоящий в создании и исследовании моделей. Модель создается человеком в процессе познания окружающего мира и отражает существенные особенности изучаемого объекта, явления или процесса. Для описания и исследования одного и того же объекта может использоваться несколько моделей. Для описания и исследования разных объектов может использоваться одна и та же модель. ОДИН ИЗ ОСНОВНЫХ МЕТОДОВ ПОЗНАНИЯ НЕОТЬЕМЛЕМЫЙ ЭЛЕМЕНТ ЛЮБОЙ ЦЕЛЕНАПРАВЛЕННОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ ПРОЦЕСС ПОСТРОЕНИЯ МОДЕЛЕЙ ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ И ИЗУЧЕНИЯ ОБЪЕКТОВ, ПРОЦЕССОВ, ЯВЛЕНИЙ

Материальные и информационные модели

Ребята! Что такое модель?

Модель Новый объект, который отражает некоторые стороны изучаемого объекта или явления, существенные с точки зрения цели моделирования Физический или информационный заменитель объекта, функционирование которого по определенным параметрам подобно функционированию реального объекта

Модель – некое упрощенное подобие реального объекта Модель Модель (фр.сл. мodele, ит. сл. modelo, лат. сл. modelus) – мера, образец

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

Человек: Кукла Кукла Манекен Манекен Скелет Скелет Скульптура Скульптура Реальный объект - оригинал Модели Например

МОДЕЛИРОВАНИЕ НАТУРНОЕ И ИНФОРМАЦИОННОЕ Натурные модели Кукла Манекен Скульптура Производственный робот Объект моделирования Свойства модели зависят от цели моделирования. Модели одного и того же объекта будут разными, если они создаются для разных целей. Информационные модели Фотография Видеофильм Анкета Медицинская карточка

Свойства объекта, которые должна отражать модель, определяются поставленной целью его изучения. Объект «Человек» Цель: первое знакомство Кукла Цель: демонстрация одежды Манекен Цель: отражение красоты тела Скульптура Цель: изучение костного строения Скелет

Классификация моделей по способу представления Модели Материальные (натурные) Информационные Физическое подобие объекта Описание объекта моделирования Объекты ЯвленияПроцессы Поведение -Глобус -Игрушки -Макеты -Гроза -Землетрясение -Экономические -Развитие Вселенной

МОДЕЛИ Материальные Информационные Позволяют представить в материальной наглядной форме объекты, недоступные для непосредственного исследования (очень большие или очень маленькие объекты, очень быстрые или очень медленные процессы и др.). Например, макеты зданий и сооружений. Модели часто используются в процессе обучения. Например, глобус - Модель Земли, двигатель внутреннего сгорания, кристаллические решетки, строение человека представляют объекты и процессы в образной или знаковой форме, а также в форме таблиц, блок-схем, графов и т.д. образные модели (рисунки, фотографии и др.) представляют собой зрительные образы объектов, зафиксированные на каком-либо носителе информации (бумаге, фото- и кинопленке и др.) знаковые модели строятся с использованием различных языков (знаковых систем); может быть представлена в форме текста (язык Паскаль) или формулы (2- й закон Ньютона); широко распространены в форме таблиц (таблица Менделеева)

МОДЕЛИ Материальные Информационные макеты зданий и сооружений; модели самолетов и кораблей; модель Земли – глобус; модель двигателя внутреннего сгорания; модели молекул и кристаллических решеток; анатомические муляжи человека и т.д. Образные модели: рисунки, фотографии; учебные плакаты Знаковые модели: различные тексты (например, программы на языке программирования); различные формулы Информационные модели: таблицы (Менделеева); блок-схемы; генеалогическое дерево Примеры

Классификация моделей по области использования Модели Учебные Опытные Научно-технические Игровые Имитационные

Классификация с учётом фактора времени и области использования Модели Статические Динамические глобус мягкие игрушки учебники заводные игрушки Если модель учитывает изменение свойств моделируемого объекта от времени, то модель называется динамической, в противном случае - статической.

Классификация моделей по области использования Биологические Биологические Исторические Исторические Физические Физические и др. и др.

Формализация и визуализация информационных моделей

Описательные информационные модели отображают объекты, процессы и явления качественно, т.е. не используя количественных характеристик отображают объекты, процессы и явления качественно, т.е. не используя количественных характеристик строятся с использованием естественных языков и рисунков строятся с использованием естественных языков и рисунков

Гелиоцентрическая модель мира Коперника: в центре мира находится Солнце; в центре мира находится Солнце; Земля вращается вокруг Солнца, а Луна вращается вокруг Земли; Земля вращается вокруг Солнца, а Луна вращается вокруг Земли; все планеты вращаются вокруг Солнца. все планеты вращаются вокруг Солнца.

Электрическое взаимодействие двух зарядов: Два одноименных заряда отталкиваются, а два разноименных притягиваются. Два одноименных заряда отталкиваются, а два разноименных притягиваются.

Строение молекулы воды: Молекула воды состоит из атома кислорода и двух атомов водорода. Молекула воды состоит из атома кислорода и двух атомов водорода.

Формализация информационных моделей строятся с помощью формальных языков строятся с помощью формальных языков с использованием математических понятий и формул строятся математические модели; с использованием математических понятий и формул строятся математические модели; в естественных науках (физике, химии и др.) строятся формальные модели явлений и процессов. в естественных науках (физике, химии и др.) строятся формальные модели явлений и процессов.

закон Всемирного тяготения второй закон Ньютона закон Кулона строение молекулы воды

ФОРМАЛИЗАЦИЯ ПРИВЕДЕНИЕ (СВЕДЕНИЕ, ПРЕДСТАВЛЕНИЕ) ИНФОРМАЦИИ, СВЯЗАННОЙ С ВЫДЕЛЕННЫМИ СВОЙСТВАМИ, К ВЫБРАННОЙ ФОРМЕ. ПРИВЕДЕНИЕ (СВЕДЕНИЕ, ПРЕДСТАВЛЕНИЕ) ИНФОРМАЦИИ, СВЯЗАННОЙ С ВЫДЕЛЕННЫМИ СВОЙСТВАМИ, К ВЫБРАННОЙ ФОРМЕ. ФОРМАЛИЗАЦИЯ СЛОВЕСНОЕ ОПИСАНИЕ ТАБЛИЦАРИСУНОК СХЕМА, ЧЕРТЕЖ ФОРМУЛА, АЛГОРИТМ

Процесс построения информационных моделей с помощью формальных языков называется формализацией. Процесс построения информационных моделей с помощью формальных языков называется формализацией. В процессе познания окружающего мира человечество постоянно использует моделирование и формализацию. При изучении нового объекта сначала обычно строится его описательная информационная модель на естественном языке, затем она формализуется, т.е. выражается с использованием формальных языков. В процессе познания окружающего мира человечество постоянно использует моделирование и формализацию. При изучении нового объекта сначала обычно строится его описательная информационная модель на естественном языке, затем она формализуется, т.е. выражается с использованием формальных языков.

Визуализация формальных моделей Для визуализации алгоритмов используются блок-схемы, пространственных соотношений между объектами – чертежи, моделей электрических цепей – электрические схемы. Для визуализации алгоритмов используются блок-схемы, пространственных соотношений между объектами – чертежи, моделей электрических цепей – электрические схемы. При визуализации формальных моделей с помощью анимации может отображаться динамика процесса, производиться построение графиков изменения величин и т.д. В настоящее время широкое распространение получили компьютерные интерактивные визуальные модели. В таких моделях исследователь может менять начальные условия и параметры протекания процессов и наблюдать изменения в поведении модели. В качестве примера визуализации формальной модели можно привести компьютерную визуальную интерактивную модель гидравлической машины.

Приближенное решений уравнений На языке алгебры формальные модели записываются с помощью уравнений. Точные решения существуют только для некоторых уравнений определенного вида: линейные, квадратные, тригонометрические и др. На языке алгебры формальные модели записываются с помощью уравнений. Точные решения существуют только для некоторых уравнений определенного вида: линейные, квадратные, тригонометрические и др.

Приближенное решение уравнений в электронных таблицах Установить точность определения корней уравнения можно путем установки в ячейках таблицы необходимой точности представления чисел. Возможности электронных таблиц не ограничиваются вычислениями по формулам и построением диаграмм и графиков. Установить точность определения корней уравнения можно путем установки в ячейках таблицы необходимой точности представления чисел. Возможности электронных таблиц не ограничиваются вычислениями по формулам и построением диаграмм и графиков.

Построение геометрических моделей Для визуализации геометрических моделей используются идеализированные геометрические объекты, которые, в отличие от реальных объектов, обладают набором только наиболее существенных свойств. Для ввода на чертеже обозначения необходимо выбрать на панели управления кнопку обозначения и на появившейся панели щелкнуть по кнопке ввод текста. Для визуализации геометрических моделей используются идеализированные геометрические объекты, которые, в отличие от реальных объектов, обладают набором только наиболее существенных свойств. Для ввода на чертеже обозначения необходимо выбрать на панели управления кнопку обозначения и на появившейся панели щелкнуть по кнопке ввод текста.

Построение и исследование физических моделей Качественная описательная модель. Сначала строят качественную описательную модель процесса движения тела с использованием объектов, понятий и законов физики. Качественная описательная модель. Сначала строят качественную описательную модель процесса движения тела с использованием объектов, понятий и законов физики.

Компьютерная модель движения тела на языке Паскаль В языке программирования Паскаль аргументы тригонометрических функций Sin(), Cos() задаются в радианах, а угол бросания мячика вводятся в градусах. Поэтому необходимо преобразовать значения углов из градусов в радианы с использованием константы Pi. В языке программирования Паскаль аргументы тригонометрических функций Sin(), Cos() задаются в радианах, а угол бросания мячика вводятся в градусах. Поэтому необходимо преобразовать значения углов из градусов в радианы с использованием константы Pi.

Компьютерная модель движения тела в электронных таблицах В электронных таблицах аргументы функций COS() и SIN() задаются в радианах, поэтому необходимо преобразовать значения углов из градусов в радианы с помощью функции РАДИАНЫ(). В электронных таблицах аргументы функций COS() и SIN() задаются в радианах, поэтому необходимо преобразовать значения углов из градусов в радианы с помощью функции РАДИАНЫ().

Экспертные системы распознавания химических веществ Профессиональные экспертные системы достаточно широко используются в различных областях науки и техники. Основная задача экспертных систем – распознавание объектов или состояний объекта. Обычно такие задачи выполняются методом проб и ошибок, без осознания и фиксации стратегии поиска. Профессиональные экспертные системы достаточно широко используются в различных областях науки и техники. Основная задача экспертных систем – распознавание объектов или состояний объекта. Обычно такие задачи выполняются методом проб и ошибок, без осознания и фиксации стратегии поиска.

Модель экспертной системы на языке Паскаль При разработке сложного алгоритма целесообразно стараться выделить в нем последовательности действий, которые реализуют решение каких-либо подзадач и могут вызываться из основного алгоритма. При разработке сложного алгоритма целесообразно стараться выделить в нем последовательности действий, которые реализуют решение каких-либо подзадач и могут вызываться из основного алгоритма.

В объектно-ориентированном языке программирования Delphi вспомогательные алгоритмы реализуются с помощью общих процедур. Каждой общей процедуре дается уникальное название – имя процедуры. Запуск общих процедур не связывается с какими-либо событиями, а реализуется путем вызова по имени из других процедур. В объектно-ориентированном языке программирования Delphi вспомогательные алгоритмы реализуются с помощью общих процедур. Каждой общей процедуре дается уникальное название – имя процедуры. Запуск общих процедур не связывается с какими-либо событиями, а реализуется путем вызова по имени из других процедур.

Информационные модели управления объектами В процессе функционирования сложных систем важную роль играют информационные процессы управления. В любом процессе управления всегда происходит взаимодействие двух объектов – управляющего и управляемого, которые соединены каналами прямой и обратной связи. В процессе функционирования сложных систем важную роль играют информационные процессы управления. В любом процессе управления всегда происходит взаимодействие двух объектов – управляющего и управляемого, которые соединены каналами прямой и обратной связи.

Системы управления без обратной связи. Не учитывается состояние управляемого объекта и обеспечивается управление только по прямому каналу. Системы управления без обратной связи. Не учитывается состояние управляемого объекта и обеспечивается управление только по прямому каналу. Системы управления с обратной связью. Управляющий объект по прямому каналу управления производит необходимые действия над объектом управления, а по каналу обратной связи получает информацию о его реальных параметрах. Системы управления с обратной связью. Управляющий объект по прямому каналу управления производит необходимые действия над объектом управления, а по каналу обратной связи получает информацию о его реальных параметрах.

Домашнее задание § 5.2

Самостоятельная работа Стр. 148, задания Стр. 152, задание 5.3

Вопросы Приведите примеры моделирования в различных областях деятельности. Может ли объект иметь несколько моделей? Приведите примеры. Могут ли разные объекты описываться одной и той же моделью? Если да, приведите примеры.

Приведите примеры материальных моделей. Макеты зданий и сооружений; модели самолетов и кораблей; модель Земли – глобус; модель двигателя внутреннего сгорания; модели молекул и кристаллических решеток; анатомические муляжи человека и т.д. Приведите примеры информационных моделей различных видов. Образные модели: рисунки, фотографии, учебные плакаты; Знаковые модели: различные тексты (например, программы на языке программирования); различные формулы; Информационные модели: таблицы (Менделеева), блок- схемы, генеалогическое дерево. Приведите примеры описательных информационных моделей. Гелиоцентрическая модель мира Коперника, строение молекулы воды. Приведите примеры формализованных информационных моделей. Закон всемирного тяготения, законы механики, строение молекулы воды.