Михайлова Виктория, 141 группа, 2011 год. Информационная технология решения задачи с помощью компьютера: основная технологическая цепочка. Существует. - презентация

1 Михайлова Виктория, 141 группа, 2011 год

2 Информационная технология решения задачи с помощью компьютера: основная технологическая цепочка. Существует определенная последовательность использования компьютера для решения достаточно широкого класса задач, которая задает следующую основную технологическую цепочку: -постановка задачи; построение математической модели; -уточнение задачи с использованием математических понятий; -построение информационной модели, т. е. модели из символов; -написание программы для компьютера или использование готовых программных средств; -исполнение программы; -анализ результатов (при неудовлетворительных результатах необходимо уточнить модель). Михайлова Виктория, 141 группа, 2011 год

3

4 При этом под моделью будем понимать совокупность объектов и отношений, называемых моделирующими, которые выражают существенные стороны изучаемого объекта или процесса. В моделях заключена информация о внешнем мире. Чем точнее модель, тем большую информацию она несет. Михайлова Виктория, 141 группа, 2011 год

5 Модель, построенная из математических объектов (чисел, формул и пр.), называется математической моделью. Например, из механики известно, что движущаяся по плоскости материальная точка хорошо описывается уравнением: F = M а (2-й закон Ньютона). Это уравнение и есть математическая модель движения. Компьютер не работает с математическими моделями. Он не понимает, что такое «число», «функция» и пр. Он может понимать только знаки, которыми обозначаются числа, функции и пр. и которые условно называются «0» и «1». Таким образом, для анализа математической модели на компьютере необходимо перейти от математических моделей к их знаковой записи, т. е. к информационным моделям. Отличие информационных моделей от математических заключается в том, что информационные модели строятся из букв. Михайлова Виктория, 141 группа, 2011 год

6 Например, математическая модель движения F = m а состоит из букв: «F», «=», «m», « », «а». Информационная модель состоит из двух основных компонент: данных, т. е. некоторой совокупности букв, выражающих ту информацию, которую надо обработать, и последовательности команд, которые предписывают компьютеру совершить последовательность действий над данными, чтобы получить необходимый результат (это аналогично тому, что естественный язык состоит из существительных и глаголов). Эта последовательность команд называется алгоритмом. Алгоритм адресован конкретному исполнителю. Можно сделать так. Для каждого исполнителя надо фиксировать систему его команд, т. е. те команды, которые он понимает и в состоянии выполнить и далее строить алгоритм, используя только эти команды. Михайлова Виктория, 141 группа, 2011 год

7 Для того чтобы компьютер понимал алгоритм, его необходимо записать на некотором языке, который называется языком программирования. Известны языки программирования: Бейсик, Фортран, Паскаль и др. Михайлова Виктория, 141 группа, 2011 год

8 Компьютерный эксперимент обязательно включает в себя анализ полученных результатов, на основании которого могут корректироваться все этапы решения задачи (математическая модель, алгоритм, программа). В некоторых случаях можно избежать этапа построения алгоритма и создания программы, т. к. можно воспользоваться одной из многих ранее созданных программ. Такие библиотеки алгоритмов (программ) существуют практически по всем областям науки и техники. Михайлова Виктория, 141 группа, 2011 год

9 Этапы решения задач на компьютере. Процесс исследования поведения какого-либо объекта или системы объектов на компьютере можно разбить на следующие этапы: - построение содержательной модели объекта; - построение математической модели объекта; - построение информационной модели и алгоритма; - кодирование алгоритма на языке программирования; - компьютерный эксперимент. Пусть мы изучаем полет пушечного снаряда. - построение содержательной модели объекта; - построение математической модели объекта; - построение информационной модели и алгоритма; - кодирование алгоритма на языке программирования; - компьютерный эксперимент. Михайлова Виктория, 141 группа, 2011 год

10 Сначала мы строим содержательную модель, в которой рассматриваем движение снаряда в поле тяготения Земли. В этой модели мы рассматриваем только те параметры, которые характеризуют движение снаряда (скорость и координаты), и отвлекаемся от других параметров (температура снаряда, его цвет и т.д.). Михайлова Виктория, 141 группа, 2011 год

11 Затем строим математическую модель. Математическая модель всегда основана на некоторых упрощениях, и поэтому этап построения математической модели весьма ответственный, неправильно выбранная модель с неизбежностью приводит к неверным результатам. Реально существующую физическую систему опишем с помощью идеализированной математической модели. Снаряд считаем материальной точкой, сопротивлением воздуха и размерами пушки пренебрегаем, ускорение свободного падения считаем постоянным g = 9,8 м/с2. Снаряд вылетает из пушки со скоростью V под углом a к горизонту. Математическая модель описывается с помощью уравнений. Пользуясь формулами из курса физики 9-го класса и учитывая, что по оси Х движение равномерное, а по оси Y равноускоренное, можно получить формулы зависимости координат снаряда от времени: х = (V cos a)t, у = (V sin a)t – gt 2 /2. Михайлова Виктория, 141 группа, 2011 год

12 Следующим этапом является построение информационной модели и алгоритма. Здесь необходимо четко зафиксировать, какие величины являются аргументами и какие результатами алгоритма, а также определить тип этих величин. В нашем случае аргументами являются следующие переменные: угол вылета снаряд а, его начальная скорость V и время полета t. Результатом являются координаты Х и Y. Все они являются переменными вещественного типа. Затем строится алгоритм, который позволяет определять значения результатов при различных значениях аргументов. Михайлова Виктория, 141 группа, 2011 год

13 Построенный алгоритм записывается в какой-либо форме, например в виде блок- схемы: Следующим этапом являются кодирование алгоритма на языке программирования. Михайлова Виктория, 141 группа, 2011 год

14 Теперь можно проводить компьютерный эксперимент, для этого необходимо загрузить программу в оперативную память компьютера и запустить на выполнение. Михайлова Виктория, 141 группа, 2011 год

15