Modeļa un simulācijas jēdziens. Jēdzieni "modelis", "modelēšana", dažādas pieejas modeļu klasifikācijai. Modelēšanas soļi

Jēdzieni "modelis", "modelēšana", dažādas pieejas modeļu klasifikācijai. Modelēšanas soļi

Modelis (modelis)- par latīņu mēru, tēlu, metodi utt.

Modelis- tas ir jauns, no oriģinālā atšķirīgs objekts, kuram piemīt īpašības, kas ir būtiskas modelēšanas vajadzībām un šo mērķu ietvaros aizvieto sākotnējo objektu (objekts ir oriģināls)

Vai arī varat teikt citiem vārdiem: modelis ir reāla objekta, procesa vai parādības vienkāršots attēlojums.

Secinājums. Modelis ir nepieciešams, lai:

Izprast, kā konkrēts objekts ir izkārtots – kāda ir tā uzbūve, pamatīpašības, attīstības likumi un mijiedarbība ar ārpasauli;

Iemācieties pārvaldīt objektu vai procesu un noteikt labākie veidi vadība ar dotiem mērķiem un kritērijiem (optimizācija);

Paredzēt noteikto metožu un ietekmes formu ieviešanas tiešās un netiešās sekas uz objektu;

Modeļu klasifikācija.

Funkcijas, pēc kurām modeļus klasificē:

1. Lietošanas joma.

2. Laika faktora un lietošanas zonas uzskaite.

3. Prezentācijas veidā.

4. Zināšanu nozare (bioloģiskā, vēsturiskā, socioloģiskā uc).

5. Lietošanas joma

Izglītojoši: uzskates līdzekļi, apmācības programmas, dažādi simulatori;

Pieredzējis: baseinā tiek pārbaudīts kuģa modelis, lai noteiktu kuģa stabilitāti ripojot;

Zinātniski un tehniski: elektronu paātrinātājs, ierīce, kas simulē zibens izlādi, statīvs televizora pārbaudei;

Spēles: militārās, ekonomiskās, sporta, biznesa spēles;

simulācija: eksperiments tiek vai nu atkārtots vairākas reizes, lai izpētītu un novērtētu jebkādu darbību sekas uz reālo situāciju, vai arī tiek veikts vienlaikus ar daudziem citiem līdzīgiem objektiem, bet uzstādīti citos apstākļos).

2. Laika faktora un izmantošanas zonas uzskaite

Statiskais modelis - tā ir kā vienreizēja šķēle uz objekta.

Piemērs: Jūs ieradāties zobārstniecības klīnikā, lai veiktu mutes pārbaudi. Ārsts apskatīja un ierakstīja visu informāciju kartē. Kartīšu ieraksti, kas sniedz priekšstatu par stāvokli mutes dobums uz Šis brīdis laiku (piena, pastāvīgo, plombēto, izvilkto zobu skaits) un būs statistikas modelis.

Dinamiskais modelis ļauj redzēt izmaiņas objektā laika gaitā.

Kā piemēru var minēt tā paša skolēna apliecību, kas atspoguļo izmaiņas, kas notiek ar viņa zobiem noteiktā laika brīdī.

3. Klasifikācija prezentācijas veidā

Pirmie divi lielas grupas: materiāls un informācija. Šo grupu nosaukumi it kā parāda, no kā izgatavoti modeļi.

materiāls modeļus citādi var saukt par subjektiem, fiziskajiem. Tie atveido oriģināla ģeometriskās un fizikālās īpašības, un tiem vienmēr ir īsts iemiesojums.

Bērnu rotaļlietas. No tiem bērns saņem pirmo iespaidu par apkārtējo pasauli. Divus gadus vecs bērns spēlējas ar lācīti. Kad pēc gadiem bērns zoodārzā ieraudzīs īstu lāci, viņš to viegli atpazīs.

Skolas pabalsti, fizikālie un ķīmiskie eksperimenti. Tie modelē procesus, piemēram, reakciju starp ūdeņradi un skābekli. Šādu pieredzi pavada apdullinošs blīkšķis. Modelis apstiprina dabā nekaitīgu un plaši izplatītu vielu "sprādzienbīstama maisījuma" rašanās sekas.

Kartes, studējot vēsturi vai ģeogrāfiju, Saules sistēmas un zvaigžņoto debesu diagrammas astronomijas stundās un daudz kas cits.

Secinājums. Materiālu modeļi īsteno materiāla (taustīt, saost, redzēt, dzirdēt) pieeju objekta, parādības vai procesa izpētei.

Informācijas modeļus nevar aptaustīt vai redzēt savām acīm, tiem nav materiāla iemiesojuma, jo tie ir būvēti tikai uz informāciju. Šī modelēšanas metode ir balstīta uz informatīvu pieeju apkārtējās realitātes izpētei.

Informatīvs modeļi - informācijas kopums, kas raksturo objekta, procesa, parādības īpašības un stāvokļus, kā arī attiecības ar ārpasauli.

Objektu vai procesu raksturojošai informācijai var būt dažāds apjoms un pasniegšanas forma, izteikta dažādi līdzekļi. Šī daudzveidība ir tikpat neierobežota, cik ir katra cilvēka un viņa iztēles iespējas. Informācijas modeļi ietver zīmju un verbālo.

Ikonisks modelis - informācijas modelis izteikts īpašās rakstzīmes, t.i., izmantojot jebkuru formālu valodu.

Ikoniski modeļi ir mums visapkārt. Tie ir zīmējumi, teksti, grafiki un diagrammas.

Pēc ieviešanas metodes zīmju modeļus var iedalīt datoros un nedatoros.

Dators modelis - ar programmatūras vides palīdzību realizēts modelis.

Verbāls (no latīņu "verbalis" - mutvārdu) modelis - informācijas modelis mentālā vai sarunvalodas formā.

Tie ir pārdomu, secinājumu rezultātā iegūti modeļi. Tie var palikt garīgi vai izteikti verbāli. Šāda modeļa piemērs var būt mūsu uzvedība, šķērsojot ielu.

Modeļa veidošanas procesu sauc par modelēšanu, citiem vārdiem sakot, modelēšana ir oriģināla struktūras un īpašību izpētes process ar modeļa palīdzību.

Planetāriji" href="/text/category/planetarii/" rel="bookmark">planetārijs , arhitektūrā - ēku maketi, lidmašīnu konstrukcijā - modeļi lidmašīna utt.

Ideāla modelēšana būtiski atšķiras no priekšmetu (materiālu) modelēšanas.

Ideāli modelēšana – balstās nevis uz objekta un modeļa materiālo analoģiju, bet gan uz ideālā, iedomājamā analoģiju.

ikonisks modelēšana ir modelēšana, kas kā modeļus izmanto jebkura veida zīmju transformācijas: diagrammas, grafikus, zīmējumus, formulas, simbolu kopas.

Matemātiskā modelēšana ir modelēšana, kurā objekta izpēte tiek veikta ar matemātikas valodā formulēta modeļa palīdzību: Ņūtona mehānikas likumu apraksts un izpēte ar matemātisku formulu palīdzību.

Modelēšanas process sastāv no šādiem posmiem:

Modelēšanas procesa galvenais uzdevums ir izvēlēties oriģinālam atbilstošāko modeli un pētījuma rezultātus pārnest uz oriģinālu. Ir pietiekami daudz izplatītas metodes un modelēšanas metodes.

Pirms objekta (parādības, procesa) modeļa veidošanas ir nepieciešams izdalīt tā veidojošos elementus un attiecības starp tiem (veikt sistēmas analīzi) un iegūto struktūru “pārtulkot” (attēlot) kādā iepriekš noteiktā formā - lai formalizēt informāciju.

Formalizācija ir izcelšanas un tulkošanas process iekšējā struktūra objektu, parādību vai procesu noteiktā informācijas struktūrā – formā.

Formalizācija ir modelēšanas objekta būtisko īpašību un pazīmju samazināšana izvēlētajā formā (uz izvēlēto formālo valodu).

Modelēšanas soļi

Pirms jebkura darba veikšanas jums skaidri jāiedomājas sākuma punkts un katrs darbības punkts, kā arī tā aptuvenie posmi. To pašu var teikt par modelēšanu. Sākuma punkts šeit ir prototips. Tas var būt esošs vai plānots objekts vai process. Modelēšanas pēdējais posms ir lēmuma pieņemšana, pamatojoties uz zināšanām par objektu.

Ķēde izskatās šādi.

https://pandia.ru/text/78/457/images/image007_30.jpg" width="474" height="430 src=">

ES SKATUVE. PAZIŅOJUMS, APGALVOJUMS UZDEVUMI.

Uzdevums ir problēma, kas ir jāatrisina. Problēmas noteikšanas posmā ir jāatspoguļo trīs galvenie punkti: problēmas apraksts, modelēšanas mērķu definēšana un objekta vai procesa analīze.

Uzdevuma apraksts

Uzdevums ir formulēts parastā valodā, un aprakstam jābūt saprotamam. Šeit galvenais ir definēt modelēšanas objektu un saprast, kādam jābūt rezultātam.

Simulācijas mērķis

1) zināšanas par apkārtējo pasauli

2) objektu izveide ar noteiktām īpašībām (nosaka, uzstādot uzdevumu "kā to izdarīt, lai ...".

3) ietekmes uz objektu seku noteikšana un pieņemšana pareizs lēmums. Tādu problēmu kā “kas notiks, ja...” modelēšanas mērķis (kas notiek, ja paaugstināsiet braukšanas maksu transportā vai kas notiek, ja kodolatkritumus apglabāsiet tādā un tādā vietā?)

Objektu analīze

Šajā posmā tiek skaidri identificēts modelētais objekts un tā galvenās īpašības, no kā tas sastāv, kādi savienojumi pastāv starp tiem.

Vienkāršs pakārtoto objektu attiecību piemērs ir teikumu parsēšana. Vispirms tiek izdalīti galvenie locekļi (subjekts, predikāts), tad sekundārie locekļi, kas saistīti ar galvenajiem, tad vārdi, kas saistīti ar sekundārajiem u.c.

II POSMS. MODEĻU IZSTRĀDE

1. Informācijas modelis

Šajā posmā elementāru objektu īpašības, stāvokļi, darbības un citas īpašības tiek noskaidrotas jebkurā formā: mutiski, diagrammu, tabulu veidā. Veidojas priekšstats par elementārajiem objektiem, kas veido sākotnējo objektu, t.i., informācijas modeli.

Modeļiem jāatspoguļo objektīvās pasaules objektu svarīgākās pazīmes, īpašības, stāvokļi un attiecības. Tie ir tie, kas dod pilna informācija par objektu.

2. Ikonisks modelis

Pirms modelēšanas procesa uzsākšanas cilvēks uz papīra veic iepriekšējas rasējumu vai diagrammu skices, atvasina aprēķinu formulas, t.i., sastāda informācijas modeli vienā vai citā simboliskā formā, kas var būt gan dators, gan nedatorisks.

3. Datora modelis

Datormodelis ir modelis, kas realizēts ar programmatūras vides palīdzību.

Ir daudz programmatūras pakotņu, kas ļauj izpētīt (modelēt) informācijas modeļus. Katrai programmatūras videi ir savi rīki, un tā ļauj strādāt ar noteikti veidi informācijas objekti.

Cilvēks jau zina, kāds būs modelis, un izmanto datoru, lai piešķirtu tam ikonisku formu. Piemēram, ģeometrisko modeļu, diagrammu veidošanai tiek izmantotas grafiskās vides, verbālajiem vai tabulas aprakstiem - teksta redaktora vide.

III POSMS. DATOREKSPERIMENTS

Attīstoties datortehnikai, ir parādījusies jauna unikāla izpētes metode - datoreksperiments. datora eksperiments ietver darba secību ar modeli, mērķtiecīgu lietotāja darbību kopumu datora modelī.

IV POSMS SIMULĀCIJAS REZULTĀTU ANALĪZE

Modelēšanas galvenais mērķis ir lēmuma pieņemšana, kas jāizstrādā, pamatojoties uz iegūto rezultātu visaptverošu analīzi. Šis posms ir izšķirošs – vai nu tu turpini mācības, vai pabeidz. Varbūt jūs zināt gaidāmo rezultātu, tad jums jāsalīdzina saņemtie un gaidāmie rezultāti. Sakritības gadījumā jūs varat pieņemt lēmumu.

Saskaņā ar šo funkciju modeļi ir sadalīti divās plašās klasēs:

• abstraktie (mentālie) modeļi;
• materiālu modeļi.

Rīsi. 1.1.

Bieži modelēšanas praksē tiek izmantoti jaukti, abstrakti materiāli modeļi.

abstrakti modeļi ir noteiktas vispārpieņemtu zīmju konstrukcijas uz papīra vai cita materiāla nesējs vai formā datorprogramma.

Abstraktos modeļus, neiedziļinoties detaļās, var iedalīt:

• simbolisks;
• matemātiskā.

Simbolisks modelis- tas ir loģisks objekts, kas aizstāj reālo procesu un izsaka tā attiecību galvenās īpašības, izmantojot noteiktu zīmju vai simbolu sistēmu. Tie ir vai nu vārdi dabiskā valoda, vai atbilstošā tēzaura vārdi, grafiki, diagrammas utt.

Simboliskais modelis var būt neatkarīga nozīme, bet, kā likums, tā uzbūve ir jebkuras citas simulācijas sākuma stadija.

Matemātiskā modelēšana- tas ir atbilstības noteikšanas process kādas matemātiskas konstrukcijas modelētajam objektam, ko sauc par matemātisko modeli, un šī modeļa izpēte, kas ļauj iegūt modelējamā objekta raksturlielumus.

Matemātiskā modelēšana - galvenais mērķis un pētāmās disciplīnas galvenais saturs.

Matemātiskie modeļi var būt:

• analītisks;
• imitācija;
• jaukts (analītiskais un simulācijas).

Analītiskie modeļi- tās ir funkcionālās attiecības: algebrisko, diferenciālvienādojumu, integro-diferenciālvienādojumu sistēmas, loģiskie nosacījumi. Maksvela vienādojumi - elektromagnētiskā lauka analītiskais modelis. Oma likums ir elektriskās ķēdes modelis.

Matemātisko modeļu pārveidošanu pēc zināmiem likumiem un likumiem var uzskatīt par eksperimentiem. Risinājumu, kas balstīts uz analītiskajiem modeļiem, var iegūt viena aprēķina rezultātā neatkarīgi no raksturlielumu īpašajām vērtībām ("vispārīgi"). Tas ir vizuāli un ērti, lai identificētu modeļus. Tomēr sarežģītām sistēmām ne vienmēr ir iespējams izveidot analītisko modeli, kas pilnībā atspoguļo reālo procesu. Tomēr ir procesi, piemēram, Markova, kuru modelēšanas ar analītiskajiem modeļiem aktualitāte ir pierādīta praksē.

Simulācija. Datoru izveide noveda pie jaunas matemātisko modeļu apakšklases - simulācijas - izstrādes.

Simulācijas modelēšana ietver modeļa attēlošanu kāda algoritma - datorprogrammas - veidā, kura izpilde imitē mainīgo stāvokļu secību sistēmā un tādējādi attēlo simulētās sistēmas uzvedību.

Šādu modeļu izveides un testēšanas process tiek saukts par simulācijas modelēšanu, bet pats algoritms tiek saukts par simulācijas modeli.

Kāda ir atšķirība starp simulācijas un analītiskajiem modeļiem?

Analītiskās modelēšanas gadījumā dators ir jaudīgs kalkulators, saskaitīšanas mašīna. Analītiskais modelis atrisināts datorā.

Simulācijas modelēšanas gadījumā simulācijas modelis - programma - īstenoti datorā.

Simulācijas modeļi gluži vienkārši ņem vērā nejaušu faktoru ietekmi. Analītiskajiem modeļiem tā ir nopietna problēma. Gadījuma faktoru klātbūtnē nepieciešamos simulējamo procesu raksturlielumus iegūst ar vairākkārtēju simulācijas modeļa izpildi (realizāciju) un uzkrātās informācijas tālāku statistisko apstrādi. Tāpēc bieži vien notiek procesu simulācijas modelēšana ar nejaušības faktori sauca statistiskā modelēšana.

Ja objekta izpēte ir sarežģīta, izmantojot tikai analītisko vai simulācijas modelēšanu, tad tiek izmantota jaukta (kombinēta), analītiskā un simulācijas modelēšana. Konstruējot šādus modeļus, objekta funkcionēšanas procesi tiek sadalīti veidojošos apakšprocesos, kuriem, iespējams, tiek izmantoti analītiskie modeļi, bet atlikušajiem apakšprocesiem tiek veidoti simulācijas modeļi.

materiālu modelēšana pamatojoties uz tādu modeļu izmantošanu, kas attēlo reālas tehniskās struktūras. Tas var būt pats objekts vai tā elementi (dabiskā modelēšana). Tā var būt īpaša ierīce – modelis, kam ir fiziska vai ģeometriska līdzība ar oriģinālu. Tā var būt cita ierīce. fiziskā daba nekā oriģināls, bet procesus, kuros apraksta līdzīgas matemātiskas attiecības. Šī ir tā sauktā analogā simulācija. Šāda līdzība ir novērojama, piemēram, starp satelītsakaru antenas svārstībām vēja slodzes apstākļos un svārstībām. elektriskā strāvaīpaši izvēlētā elektriskā ķēdē.

Bieži radīts materiāli abstrakti modeļi. Tā darbības daļa, kuru nevar aprakstīt matemātiski, ir modelēta materiāli, pārējā ir abstrakta. Tādas, piemēram, ir pavēlniecības un štāba mācības, kad štāba darbs ir pilna mēroga eksperiments un karaspēka darbība tiek atspoguļota dokumentos.

Klasifikācija pēc aplūkotā kritērija - modeļa realizācijas metodes - parādīta att. 1.2.

1.3. Modelēšanas soļi

Matemātiskā modelēšana tāpat kā jebkuru citu, to uzskata par mākslu un zinātni. Plaši pazīstamais simulācijas modelēšanas jomas speciālists Roberts Šenons savu grāmatu nosauca par plaši pazīstamu zinātnes un inženierzinātņu pasaulē: " Simulācija- māksla un zinātne". Tāpēc inženierzinātnēs nav formalizētas instrukcijas, kā veidot modeļus. Un, neskatoties uz to, modeļu izstrādātāju izmantoto paņēmienu analīze ļauj redzēt diezgan caurspīdīgu modelēšanas posmu.

Pirmais posms: modelēšanas mērķu precizēšana. Faktiski tas ir jebkuras darbības galvenais posms. Mērķis būtībā nosaka atlikušo modelēšanas posmu saturu. Ņemiet vērā, ka atšķirību starp vienkāršu un sarežģītu sistēmu ģenerē ne tik daudz to būtība, bet arī pētnieka izvirzītie mērķi.

Parasti modelēšanas mērķi ir:

• objekta uzvedības prognoze jaunos režīmos, faktoru kombinācijās utt.;
• tādu faktoru kombinācijas un vērtību izvēle, kas nodrošina procesa efektivitātes rādītāju optimālo vērtību;
• sistēmas jutīguma analīze pret noteiktu faktoru izmaiņām;
• dažāda veida hipotēžu pārbaude par pētāmā procesa nejaušo parametru īpašībām;
• funkcionālo attiecību noteikšana starp sistēmas uzvedību ("reakciju") un ietekmējošiem faktoriem, kas var veicināt uzvedības prognozēšanu vai jutīguma analīzi;
• būtības noskaidrošana, pētāmā objekta labāka izpratne, kā arī pirmo iemaņu veidošana simulētas vai operētājsistēmas darbībai.

Otrā fāze: konceptuālā modeļa veidošana. konceptuālais modelis(no lat. koncepcija) - modelis definējošās idejas līmenī, kas veidojas, pētot modelēto objektu. Šajā posmā objekts tiek izpētīts, tiek veikti nepieciešamie vienkāršojumi un tuvinājumi. Tiek identificēti būtiski aspekti, izslēgti sekundārie. Ir iestatītas mērvienības un modeļa mainīgo diapazoni. Ja iespējams, tad konceptuālais modelis tiek prezentēts labi zināmu un labi attīstītu sistēmu veidā: rindas, kontrole, automātiskā regulēšana, dažāda veida tirdzniecības automāti utt. konceptuālais modelis pilnībā rezumē projektēšanas dokumentācijas izpēti vai modelējamā objekta eksperimentālo pārbaudi.

Otrā posma rezultāts ir modeļa vispārināta shēma, kas pilnībā sagatavota matemātiskajam aprakstam - matemātiskā modeļa konstruēšanai.

Trešais posms: programmēšanas vai modelēšanas valodas izvēle, algoritma un modeļa programmas izstrāde. Modelis var būt analītisks vai simulācijas, vai abu kombinācija. Analītiskā modeļa gadījumā pētniekam jāapgūst risināšanas metodes.

Matemātikas vēsturē (un tā, starp citu, ir arī matemātiskās modelēšanas vēsture) ir daudz piemēru, kad nepieciešamība modelēt dažāda veida procesus noveda pie jauniem atklājumiem. Piemēram, nepieciešamība simulēt kustību izraisīja atklāšanu un attīstību diferenciālrēķins(Leibnics un Ņūtons) un atbilstošās risināšanas metodes. Kuģu stabilitātes analītiskās modelēšanas problēmas lika akadēmiķim A. N. Krilovam izveidot aptuveno aprēķinu teoriju un analogo datoru.

Trešā modelēšanas posma rezultāts ir programma, kas sastādīta modelēšanai un izpētei ērtākajā valodā - universālā vai speciālā.

Ceturtais posms: eksperimenta plānošana. Matemātiskais modelis ir eksperimenta objekts. Eksperimentam jābūt pēc iespējas informatīvākam, jāatbilst ierobežojumiem, jāsniedz dati ar nepieciešamo precizitāti un ticamību. Ir eksperimentu plānošanas teorija, mēs izpētīsim šīs teorijas elementus, kas mums ir nepieciešami atbilstošā vietā disciplīnā. GPSS World, AnyLogic utt.), un to var lietot automātiski. Iespējams, ka iegūto rezultātu analīzes gaitā modelis var tikt precizēts, papildināts vai pat pilnībā pārskatīts.

Pēc simulācijas rezultātu analīzes tie tiek interpretēti, tas ir, rezultāti tiek tulkoti terminos priekšmeta joma. Tas ir nepieciešams, jo parasti priekšmetu speciālists(tam, kam nepieciešami pētījuma rezultāti) nav matemātikas un modelēšanas terminoloģijas un var veikt savus uzdevumus, operējot tikai ar sev labi zināmiem jēdzieniem.

Ar to noslēdzas modelēšanas secības izskatīšana, izdarot ļoti svarīgu secinājumu par nepieciešamību dokumentēt katra posma rezultātus. Tas ir nepieciešams šādu iemeslu dēļ.

Pirmkārt, modelēšana ir iteratīvs process, tas ir, no katra posma var atgriezties jebkurā no iepriekšējiem posmiem, lai precizētu šajā posmā nepieciešamo informāciju, un dokumentācija var saglabāt iepriekšējā iterācijā iegūtos rezultātus.

Otrkārt, sarežģītas sistēmas izpētes gadījumā tajā piedalās lielas izstrādātāju komandas, un dažādus posmus veic dažādas komandas. Tāpēc katrā posmā iegūtajiem rezultātiem jābūt pārnesamiem uz nākamajiem posmiem, tas ir, tiem jābūt ar vienotu prezentācijas formu un citiem ieinteresētiem speciālistiem saprotamu saturu.

Treškārt, katra posma rezultātam jābūt vērtīgam produktam pašam par sevi. Piemēram, konceptuālais modelis nedrīkst izmantot tālākai pārveidošanai matemātiskā modelī, bet gan būt apraksts, kas glabā informāciju par sistēmu, ko var izmantot kā arhīvu, kā mācību līdzekli utt.

Dažkārt modeļi tiek rakstīti programmēšanas valodās, taču tas ir ilgs un dārgs process. Matemātiskās pakotnes var izmantot modelēšanai, taču pieredze rāda, ka tām parasti trūkst daudz inženiertehnisko rīku. Optimāli ir izmantot simulācijas vidi.

Mūsu kursā,. Laboratorijas darbi un demonstrācijas, ar kurām jūs saskarsities kursā, ir jāpalaiž kā Stratum-2000 vides projekti.

Modelim, kas izgatavots, ņemot vērā tā modernizācijas iespēju, protams, ir trūkumi, piemēram, zems ātrums koda izpilde. Bet ir arī nenoliedzamas priekšrocības. Modeļa struktūra, savienojumi, elementi, apakšsistēmas ir redzamas un saglabātas. Jūs vienmēr varat atgriezties un kaut ko pārtaisīt. Modeļa projektēšanas vēsturē tiek saglabāta pēda (bet, kad modelis tiek atkļūdots, ir lietderīgi noņemt pakalpojuma informāciju no projekta). Galu galā modeli, kas tiek nodots klientam, var izveidot kā specializētu automatizētu darbstaciju (AWP), kas jau ir uzrakstīta programmēšanas valodā, kurā jau tagad galvenokārt tiek pievērsta uzmanība saskarnei, ātruma parametriem un citām patērētāja īpašībām, kas ir svarīgi klientam. Darbstacija noteikti ir dārga lieta, tāpēc tā tiek izlaista tikai tad, kad pasūtītājs ir pilnībā izmēģinājis projektu simulācijas vidē, izteicis visus komentārus un apņemas savas prasības vairs nemainīt.

Modelēšana ir inženierzinātne, problēmu risināšanas tehnoloģija. Šī piezīme ir ļoti svarīga. Tā kā tehnoloģija ir veids, kā iepriekš sasniegt rezultātu ar zināmu kvalitāti un garantētām izmaksām un termiņiem, tad modelēšana kā disciplīna:

• pēta problēmu risināšanas veidus, tas ir, tā ir inženierzinātne;
• ir universāls rīks, kas garantē jebkuras problēmas risinājumu neatkarīgi no tēmas jomas.

Ar modelēšanu saistītie priekšmeti ir: programmēšana, matemātika, operāciju izpēte.

Programmēšana- jo modelis bieži tiek realizēts uz mākslīga nesēja (plastilīns, ūdens, ķieģeļi, matemātiskas izteiksmes ...), un dators ir viens no daudzpusīgākajiem informācijas nesējiem un turklāt aktīvs (imitē plastilīnu, ūdeni, ķieģeļus, saskaita matemātiskās izteiksmes utt.). Programmēšana ir veids, kā parādīt algoritmu valodas formā. Algoritms ir viens no veidiem, kā attēlot (atspoguļot) domu, procesu, parādību mākslīgā skaitļošanas vidē, kas ir dators (fon Neimana arhitektūra). Algoritma specifika ir atspoguļot darbību secību. Simulācijā var izmantot programmēšanu, ja modelējamā objekta darbību ir viegli aprakstīt. Ja ir vieglāk aprakstīt objekta īpašības, tad ir grūti izmantot programmēšanu. Ja simulācijas vide nav veidota, pamatojoties uz fon Neimana arhitektūru, programmēšana ir praktiski bezjēdzīga.

Kāda ir atšķirība starp algoritmu un modeli?

Algoritms ir problēmas risināšanas process, īstenojot darbību secību, savukārt modelis ir objekta potenciālo īpašību kopums. Ja modelim uzdod jautājumu un pievieno papildu noteikumi sākotnējo datu veidā (attiecības ar citiem objektiem, sākotnējie nosacījumi, ierobežojumi), tad to var atrisināt pētnieks attiecībā uz nezināmajiem. Problēmas risināšanas procesu var attēlot ar algoritmu (bet ir zināmas arī citas risināšanas metodes). Kopumā algoritmu piemēri dabā nav zināmi, tie ir cilvēka smadzeņu produkts, prāts, kas spēj izveidot plānu. Pats algoritms ir plāns, kas izvērsts darbību secībā. Ir jānošķir objektu uzvedība, kas saistīta ar dabiskiem cēloņiem, no prāta amatniecības, kas kontrolē kustības gaitu, prognozē rezultātu, pamatojoties uz zināšanām un izvēlas atbilstošu uzvedību.

modelis + jautājums + papildu nosacījumi = uzdevums.

Matemātika ir zinātne, kas sniedz iespēju aprēķināt modeļus, kurus var reducēt līdz standarta (kanoniskajai) formai. Zinātne par analītisko modeļu risinājumu meklēšanu (analīzi), izmantojot formālas transformācijas.

Operāciju izpēte- disciplīna, kas ievieš modeļu izpētes metodes, lai atrastu labākos modeļu kontroles pasākumus (sintēze). Pārsvarā nodarbojas ar analītiskajiem modeļiem. Palīdz pieņemt lēmumus, izmantojot iebūvētos modeļus.

Dizains ir objekta un tā modeļa izveides process; modelēšana ir veids, kā novērtēt projektēšanas rezultātu; nav modelēšanas bez dizaina.

Saistītās modelēšanas disciplīnas var atpazīt kā elektrotehnika, ekonomika, bioloģija, ģeogrāfija un citas tādā nozīmē, ka tās izmanto modelēšanas metodes, lai pētītu savu pielietoto objektu (piemēram, ainavas modelis, elektriskās ķēdes modelis, naudas plūsmas modelis). utt.).

Piemēram, apskatīsim, kā jūs varat noteikt un pēc tam aprakstīt modeli.

Pieņemsim, ka jāatrisina “Griešanas problēma”, tas ir, jāparedz, cik taisnu līniju veidā izcirtņi būs nepieciešami, lai figūru (1.16. att.) sadalītu noteiktā gabalos (piemēram, , pietiek ar to, ka figūra ir izliekta).

Mēģināsim atrisināt šo problēmu manuāli.

No att. 1.16 redzams, ka ar 0 griezumiem veidojas 1 gabals, ar 1 griezumu veidojas 2 gabali, ar diviem - 4, ar trim - 7, ar četriem - 11. Vai tagad varat pateikt priekšā, cik būs griezumi nepieciešams, lai izveidotu, piemēram, 821 gabalu ? Es tā nedomāju! Kāpēc jums ir grūti? - Tu nezini likumu K = f(P) , kur K- gabalu skaits P- griezumu skaits. Kā noteikt modeli?

Izveidosim tabulu, kas saista zināmo gabalu un griezumu skaitu.

Kamēr modelis nav skaidrs. Tāpēc aplūkosim atšķirības starp atsevišķiem eksperimentiem, redzēsim, kā viena eksperimenta rezultāts atšķiras no cita. Saprotot atšķirību, mēs atradīsim veidu, kā pāriet no viena rezultāta uz otru, tas ir, savienojošo likumu K un P .

Kaut kāda likumsakarība jau ir parādījusies, vai ne?

Aprēķināsim otrās atšķirības.

Tagad viss ir vienkārši. Funkcija f sauca ģenerēšanas funkcija. Ja tas ir lineārs, tad pirmās atšķirības ir vienādas viena ar otru. Ja tas ir kvadrātisks, tad otrās atšķirības ir vienādas viena ar otru. utt.

Funkcija f Ir īpašs Ņūtona formulas gadījums:

Likmes a , b , c , d , e priekš mūsu kvadrātveida funkcijas f atrodas eksperimentālās tabulas rindu pirmajās šūnās 1.5.

Tātad ir modelis, un tas ir šāds:

K = a + b · lpp + c · lpp · ( lpp– 1)/2 = 1 + lpp + lpp · ( lpp– 1)/2 = 0,5 lpp 2 + 0,5 lpp + 1 .

Tagad, kad modelis ir noteikts, mēs varam atrisināt apgriezto problēmu un atbildēt uz jautājumu: cik daudz griezumu jums ir jāizdara, lai iegūtu 821 gabalu? K = 821 , K= 0,5 lpp 2 + 0,5 lpp + 1 , lpp = ?

Atrisinām kvadrātvienādojumu 821 = 0,5 lpp 2 + 0,5 lpp + 1 , atrodiet saknes: lpp = 40 .

Apkoposim (pievērsiet tam uzmanību!).

Mēs nevarējām uzreiz izdomāt risinājumu. Eksperiments izrādījās grūts. Man bija jāizveido modelis, tas ir, jāatrod modelis starp mainīgajiem. Modelis izrādījās vienādojuma formā. Pievienojot vienādojumam jautājumu un vienādojumu, kas atspoguļo zināmu nosacījumu, viņi izveidoja problēmu. Tā kā problēma izrādījās tipiska tipa (kanoniska), to bija iespējams atrisināt, izmantojot kādu no zināmajām metodēm. Tāpēc problēma tika atrisināta.

Un ir arī ļoti svarīgi atzīmēt, ka modelis atspoguļo cēloņsakarības. Starp konstruētā modeļa mainīgajiem lielumiem patiešām pastāv cieša saikne. Izmaiņas vienā mainīgajā nozīmē izmaiņas citā. Iepriekš esam teikuši, ka "modelis zinātniskajās atziņās spēlē sistēmu veidojošu un nozīmi veidojošu lomu, ļauj izprast fenomenu, pētāmā objekta struktūru, noteikt cēloņu un seku attiecības savā starpā." Tas nozīmē, ka modelis ļauj noteikt parādību cēloņus, tā sastāvdaļu mijiedarbības raksturu. Modelis saista cēloņus un sekas, izmantojot likumus, tas ir, mainīgie ir saistīti kopā, izmantojot vienādojumus vai izteiksmes.

Bet!!! Pati matemātika neļauj no eksperimentu rezultātiem iegūt nekādus likumus vai modeļus., kā tas var šķist pēc tikko aplūkotā piemēra. Matemātika ir tikai veids, kā pētīt objektu, parādību un turklāt viens no vairākiem iespējamiem domāšanas veidiem. Ir arī, piemēram, reliģiska metode vai mākslinieku izmantota metode, emocionāli-intuitīva, ar šo metožu palīdzību viņi apgūst arī pasauli, dabu, cilvēkus, sevi.

Tātad ar hipotēzi par mainīgo A un B saistību ir jāiepazīstina pats pētnieks, turklāt no malas. Kā cilvēks to dara? Ir viegli ieteikt izvirzīt hipotēzi, bet kā to iemācīt, izskaidrot šo darbību, kas atkal nozīmē, kā to formalizēt? To sīkāk parādīsim nākamajā kursā “Mākslīgā intelekta sistēmu modelēšana”.

Bet kāpēc tas ir jādara no ārpuses, atsevišķi, papildus un tālāk, mēs tagad paskaidrosim. Šī argumentācija nes Gēdela vārdu, kurš pierādīja nepabeigtības teorēmu - nav iespējams pierādīt noteiktas teorijas (modeļa) pareizību vienas teorijas (modeļa) ietvaros. Apskatiet vēlreiz att. 1.12. Modelējiet vairāk augsts līmenis pārveido līdzvērtīgs zemāka līmeņa modelis no viena skata uz otru. Vai arī ģenerē modeli vairāk zems līmenis saskaņā ar tā līdzvērtīgo aprakstu. Bet viņa nevar sevi pārveidot. Modelis veido modeli. Un šī modeļu (teoriju) piramīda ir bezgalīga.

Tikmēr, lai "neuzpūstos uz muļķībām", ir jābūt uzmanīgam un jāpārbauda viss veselais saprāts. Minēsim piemēru, senu, labi zināmu joku no fiziķu folkloras.

Šajā rakstā mēs piedāvājam detalizēti analizēt modelēšanas tēmu datorzinātnēs. Šai sadaļai ir liela nozīme topošo speciālistu sagatavošanā informācijas tehnoloģiju jomā.

Lai atrisinātu jebkuru problēmu (rūpniecisku vai zinātnisku), datorzinātne izmanto šādu ķēdi:

Ir vērts pievērst īpašu uzmanību jēdzienam "modelis". Bez šīs saites klātbūtnes problēmas risinājums nebūs iespējams. Kāpēc tiek izmantots modelis un kas tiek saprasts ar šo terminu? Par to mēs runāsim nākamajā sadaļā.

Modelis

Modelēšana datorzinātnē ir tāda reāla objekta attēla kompilācija, kas atspoguļo visas būtiskās pazīmes un īpašības. Problēmas risināšanas modelis ir nepieciešams, jo tas faktiski tiek izmantots risināšanas procesā.

AT skolas kurss Informātiku, modelēšanas tēmu sāk apgūt jau sestajā klasē. Pašā sākumā bērni ir jāiepazīstina ar modeļa jēdzienu. Kas tas ir?

• Objekta vienkāršota līdzība;
• Reāla objekta samazināta kopija;
• Parādības vai procesa shēma;
• Parādības vai procesa attēls;
• Parādības vai procesa apraksts;
• Objekta fiziskais analogs;
• Informācijas analogs;
• Viettura objekts, kas atspoguļo reālā objekta īpašības utt.

Modelis ir ļoti plašs jēdziens, kā tas jau ir kļuvis skaidrs no iepriekš minētā. Ir svarīgi atzīmēt, ka visi modeļi parasti tiek iedalīti grupās:

• materiāls;
• ideāls.

Materiāls modelis tiek saprasts kā objekts, kura pamatā ir reālas dzīves objekts. Tas var būt jebkurš ķermenis vai process. Šo grupu sīkāk iedala divos veidos:

• fiziska;
• analogs.

Šāda klasifikācija ir nosacīta, jo ir ļoti grūti novilkt skaidru robežu starp šīm divām pasugām.

Ideālo modeli ir vēl grūtāk raksturot. Viņa ir saistīta ar:

• domāšana;
• iztēle;
• uztvere.

Tas ietver mākslas darbus (teātris, glezniecība, literatūra utt.).

Modelēšanas mērķi

Modelēšana datorzinātnēs ir ļoti svarīgs posms, jo tai ir daudz mērķu. Tagad mēs aicinām jūs ar tiem iepazīties.

Pirmkārt, modelēšana palīdz izprast apkārtējo pasauli. Kopš seniem laikiem cilvēki ir uzkrājuši iegūtās zināšanas un nodevuši tās saviem pēcnācējiem. Tādējādi parādījās mūsu planētas (globusa) modelis.

Pagājušajos gadsimtos tika modelēti neesoši objekti, kas tagad ir stingri iesakņojušies mūsu dzīvē (lietussargs, dzirnavas utt.). Pašlaik modelēšana ir vērsta uz:

• jebkura procesa seku identificēšana (ceļa izmaksu pieaugums vai ķīmisko atkritumu apglabāšana pazemē);
• pieņemto lēmumu efektivitātes nodrošināšana.

Simulācijas uzdevumi

informācijas modelis

Tagad parunāsim par cita veida modeļiem, kas pētīti skolas informātikas kursā. Datormodelēšana, kas jāapgūst ikvienam topošajam IT speciālistam, ietver informācijas modeļa ieviešanas procesu, izmantojot datorrīkus. Bet kas tas ir, informācijas modelis?

Tas ir informācijas saraksts par jebkuru objektu. Ko šis modelis apraksta un ko noderīga informācija nes:

• modelējamā objekta īpašības;
• viņa stāvoklis;
• sakari ar ārpasauli;
• attiecības ar ārējām struktūrām.

Kas var kalpot par informācijas modeli:

• verbāls apraksts;
• teksts;
• bilde;
• tabula;
• shēma;
• zīmēšana;
• formula un tā tālāk.

Informācijas modeļa īpatnība ir tāda, ka to nevar aptaustīt, pagaršot utt. Tam nav materiāla iemiesojuma, jo tas tiek pasniegts informācijas veidā.

Sistemātiska pieeja modeļa izveidošanai

Kurā skolas mācību programmas klasē tiek apgūta modelēšana? Informātikas 9. klase iepazīstina skolēnus ar šo tēmu sīkāk. Tieši šajā nodarbībā bērns apgūst modelēšanas sistemātisko pieeju. Parunāsim par to nedaudz sīkāk.

Sāksim ar jēdzienu "sistēma". Tā ir savstarpēji saistītu elementu grupa, kas darbojas kopā, lai pabeigtu uzdevumu. Bieži izmanto, lai izveidotu modeli sistemātiska pieeja, jo objekts tiek uzskatīts par sistēmu, kas funkcionē kādā vidē. Ja tiek modelēts kāds sarežģīts objekts, tad sistēma parasti tiek sadalīta mazākās daļās – apakšsistēmās.

Lietošanas mērķis

Tagad mēs apsvērsim modelēšanas mērķus (datorzinātnes 11. klase). Iepriekš tika teikts, ka visi modeļi ir sadalīti noteiktos veidos un klasēs, taču robežas starp tiem ir nosacītas. Ir vairākas pazīmes, pēc kurām ir ierasts klasificēt modeļus: mērķis, kompetences joma, laika faktors, prezentācijas metode.

Runājot par mērķiem, ir ierasts atšķirt šādus veidus:

• izglītojošs;
• pieredzējis;
• imitācija;
• spēles;
• zinātniski tehniski.

Pirmais veids ietver izglītojoši materiāli. Uz otro, samazinātas vai palielinātas reālu objektu kopijas (būves modelis, lidmašīnas spārns utt.). ļauj prognozēt notikuma iznākumu. Simulācijas modelēšanu bieži izmanto medicīnā un sociālā sfēra. Piemēram, vai modelis palīdz saprast, kā cilvēki reaģēs uz to vai citu reformu? Pirms to darāt liela operācija cilvēka orgānu transplantācijas laikā ir veikti daudzi eksperimenti. Citiem vārdiem sakot, simulācijas modelis ļauj atrisināt problēmu, izmantojot izmēģinājumus un kļūdas. Spēles modelis ir sava veida ekonomisks, biznesa vai kara spēle. Ar šī modeļa palīdzību ir iespējams paredzēt objekta uzvedību dažādas situācijas. Zinātniski tehnisks modelis tiek izmantots, lai pētītu procesu vai parādību (ierīce, kas simulē zibens izlādi, planētu kustības modelis Saules sistēma utt).

Zināšanu lauks

Kurā klasē skolēni vairāk iepazīstas ar modelēšanu? Informātikas 9. klase koncentrējas uz savu audzēkņu sagatavošanu eksāmeniem uzņemšanai augstskolās. Tā kā USE un GIA biļetēs ir jautājumi par modelēšanu, tagad šī tēma ir jāapsver pēc iespējas sīkāk. Un kā notiek klasifikācija pēc zināšanu jomas? Pamatojoties uz to, izšķir šādus veidus:

• bioloģiski (piemēram, mākslīgi izraisītas dzīvnieku slimības, ģenētiski traucējumi, ļaundabīgi audzēji);
• uzņēmuma uzvedība, tirgus cenu veidošanas modelis utt.);
• vēsturisks (dzimtas koks, modeļi vēstures notikumi, Romas armijas modelis un tamlīdzīgi);
• socioloģiskais (personīgo interešu modelis, baņķieru uzvedība, pielāgojoties jaunajam ekonomiskie apstākļi) utt.

Laika faktors

Saskaņā ar šo raksturlielumu izšķir divu veidu modeļus:

• dinamisks;
• statisks.

Jau pēc nosaukuma vien spriežot, nav grūti uzminēt, ka pirmais tips atspoguļo objekta funkcionēšanu, attīstību un izmaiņas laikā. Statiskais, gluži pretēji, spēj aprakstīt objektu noteiktā laika momentā. Šo skatu dažreiz sauc par strukturālu, jo modelis atspoguļo objekta struktūru un parametrus, tas ir, sniedz informāciju par to.

Piemēri:

• formulu kopums, kas atspoguļo Saules sistēmas planētu kustību;
• gaisa temperatūras izmaiņu grafiks;
• vulkāna izvirduma video ierakstīšana un tā tālāk.

Statistiskā modeļa piemēri ir:

• Saules sistēmas planētu saraksts;
• apgabala karte un tā tālāk.

Prezentācijas metode

Vispirms ir ļoti svarīgi pateikt, ka visiem modeļiem ir forma un forma, tie vienmēr ir no kaut kā izgatavoti, kaut kā pasniegti vai aprakstīti. Pamatojoties uz to, tas tiek pieņemts šādi:

• materiāls;
• nemateriāls.

Pirmais veids ietver esošo objektu materiālās kopijas. Tos var aptaustīt, pasmaržot un tā tālāk. Tie atspoguļo objekta ārējās vai iekšējās īpašības, darbības. Kam paredzēti materiālu modeļi? Tos izmanto eksperimentālajai izziņas metodei (eksperimentālā metode).

Iepriekš mēs aplūkojām arī nemateriālos modeļus. Viņi izmanto teorētisko zināšanu metodi. Šādus modeļus sauc par ideāliem vai abstraktiem. Šī kategorija ir sadalīta vairākās pasugās: iedomātie modeļi un informatīvie.

Informācijas modeļu saraksts dažāda informācija par objektu. Tabulas, attēli, vārdiski apraksti, diagrammas un tā tālāk var darboties kā informācijas modelis. Kāpēc šo modeli sauc par nemateriālu? Lieta tāda, ka to nevar pieskarties, jo tai nav materiāla iemiesojuma. Informācijas modeļu vidū ir zīmju un vizuālie modeļi.

Iedomāts modelis ir viens no radošajiem procesiem, kas notiek cilvēka iztēlē un kas notiek pirms materiāla objekta radīšanas.

Modelēšanas soļi

9. klases informātikas tēmai "Modelēšana un formalizācija" ir liels svars. Tas ir obligāti jāizpēta. 9.-11.klasē skolotāja pienākums ir iepazīstināt skolēnus ar modeļu veidošanas posmiem. To mēs tagad darīsim. Tātad izšķir šādus modelēšanas posmus:

• jēgpilns problēmas izklāsts;
• uzdevuma matemātiskā formulēšana;
• attīstība, izmantojot datorus;
• modeļa darbība;
• iegūt rezultātu.

Ir svarīgi atzīmēt, ka, pētot visu, kas mūs ieskauj, tiek izmantoti modelēšanas un formalizācijas procesi. Datorzinātne ir priekšmets, kas veltīts modernas metodes studēt un risināt problēmas. Tāpēc uzsvars tiek likts uz modeļiem, kurus var realizēt, izmantojot datoru. Īpaša uzmanībašajā tēmā jāsniedz līdz risinājuma algoritma izstrādei, izmantojot elektroniskos datorus.

Saites starp objektiem

Tagad parunāsim nedaudz par attiecībām starp objektiem. Kopumā ir trīs veidi:

• viens pret vienu (šādu savienojumu norāda ar vienvirziena bultiņu vienā vai otrā virzienā);
• viens pret daudziem (vairākas attiecības ir norādītas ar dubulto bultiņu);
• daudzi pret daudziem (šādas attiecības ir norādītas ar dubultbultiņu).

Ir svarīgi atzīmēt, ka attiecības var būt nosacītas un beznosacījuma. Beznosacījumu attiecības ietver katra objekta gadījuma izmantošanu. Un nosacījumos ir iesaistīti tikai atsevišķi elementi.

Lai izprastu matemātiskās modelēšanas būtību, apsveriet procesa pamatdefinīcijas, iezīmes.

Termina būtība

Modelēšana ir modeļa izveides un pielietošanas process. To uzskata par jebkuru abstraktu vai materiālu objektu, kas studiju procesā aizvieto reālo modelēšanas objektu. Svarīgs punkts ir objektu pilnvērtīgai analīzei nepieciešamo īpašību saglabāšana.

Datormodelēšana ir zināšanu variants, kas balstīts uz matemātisko modeli. Tas nozīmē nevienlīdzību, vienādojumu, loģisku zīmju izteiksmju sistēmu, kas pilnībā atspoguļo visas parādības vai objekta īpašības.

Matemātiskā modelēšana ietver specifiskus aprēķinus, datortehnoloģiju izmantošanu. Lai izskaidrotu procesu, ir nepieciešams vairāk pētījumu. Šo uzdevumu veiksmīgi atrisina datorsimulācija.

Datorsimulācijas specifika

Šis sarežģītu sistēmu izpētes veids tiek uzskatīts par efektīvu un efektīvu. Datormodeļus ir ērtāk un vienkāršāk analizēt, jo var veikt dažādas skaitļošanas darbības. Īpaši tas attiecas uz gadījumiem, kad fizisku vai materiālu iemeslu dēļ reāli eksperimenti neļauj iegūt vēlamo rezultātu. Šādu modeļu loģika ļauj noteikt galvenos faktorus, kas nosaka pētāmā oriģināla parametrus.

Šis matemātiskās modelēšanas pielietojums ļauj identificēt objekta uzvedību dažādi apstākļi identificēt dažādu faktoru ietekmi uz viņa uzvedību.

Datormodelēšanas pamati

Kas ir šīs modelēšanas pamatā? Kas Zinātniskie pētījumi pamatojoties uz IKT? Sāksim ar faktu, ka jebkura datorsimulācija ir balstīta uz noteiktiem principiem:

• matemātiskā modelēšana, lai aprakstītu pētāmo procesu;
• inovatīvu matemātisko modeļu pielietošana pētāmo procesu detalizētai izskatīšanai.

Modelēšanas šķirnes

Pašlaik ir dažādas matemātiskās modelēšanas metodes: simulācijas un analītiskā.

Analītiskā iespēja ir saistīta ar reāla objekta abstraktu modeļu izpēti diferenciāļa veidā, algebriskie vienādojumi, kas paredz skaidras datortehnoloģijas ieviešanu, kas var dot precīzu risinājumu.

Simulācijas modelēšana ietver matemātiskā modeļa izpēti noteikta algoritma veidā, kas reproducē analizētās sistēmas darbību, secīgi izpildot vienkāršu aprēķinu un darbību sistēmu.

Datormodeļa veidošanas iezīmes

Apskatīsim sīkāk, kā šī simulācija darbojas. Kas ir posmi datorpētniecība? Sāksim ar faktu, ka procesa pamatā ir attālināšanās no analizējamā skaidra objekta vai parādības.

Šāda modelēšana sastāv no diviem galvenajiem posmiem: kvalitatīva un kvantitatīvā modeļa izveides. Datormācība sastāv no skaitļošanas darbību sistēmas veikšanas personālajā datorā, kuras mērķis ir analizēt, sistematizēt, salīdzināt pētījuma rezultātus ar analizējamā objekta reālo uzvedību. Ja nepieciešams, tiek veikta modeļa papildu uzlabošana.

Modelēšanas soļi

Kā notiek modelēšana? Kādi ir datorpētniecības posmi? Tātad izšķir šādu darbību algoritmu attiecībā uz datora modeļa uzbūvi:

1. posms. Darba mērķa un uzdevumu izvirzīšana, modelēšanas objekta apzināšana. Tam ir jāapkopo dati, jāformulē jautājums, jānosaka pētījuma mērķi un formas, kā arī jāapraksta iegūtie rezultāti.

2. posms. Sistēmas analīze un izpēte. Objekta apraksts, informācijas modeļa izveide, programmatūras izvēle un tehniskajiem līdzekļiem, tiek atlasīti matemātiskās modelēšanas piemēri.

3. posms. Pāreja uz matemātisko modeli, projektēšanas metodes izstrāde, darbību algoritma izvēle.

4. posms. Programmēšanas valodas vai vides izvēle modelēšanai, analīzes iespēju apspriešana, algoritma rakstīšana konkrētā programmēšanas valodā.

5. posms Tas sastāv no skaitļošanas eksperimentu kompleksa veikšanas, atkļūdošanas aprēķiniem un iegūto rezultātu apstrādes. Ja nepieciešams, šajā posmā modelēšana tiek koriģēta.

6. posms Rezultātu interpretācija.

Kā tiek analizēta simulācija? Kas ir pētniecības programmatūras produkti? Pirmkārt, tas nozīmē teksta, grafisko redaktoru, izklājlapu, matemātisko pakotņu izmantošanu, kas ļauj iegūt maksimālu pētījuma rezultātu.

Skaitļošanas eksperimenta veikšana

Visas matemātiskās modelēšanas metodes ir balstītas uz eksperimentiem. Saskaņā ar tiem ir ierasts saprast eksperimentus, kas veikti ar modeli vai objektu. Tie atrodas ieviešanā noteiktas darbības, kas ļauj noteikt eksperimentālā parauga uzvedību, reaģējot uz ierosinātajām darbībām.

Skaitļošanas eksperimentu nevar iedomāties bez aprēķiniem, kas saistīti ar formalizēta modeļa izmantošanu.

Matemātiskās modelēšanas pamati ietver izpēti ar reālu objektu, bet ar to tiek veiktas skaitļošanas darbības precīza kopija(modelis). Izvēloties konkrētu modeļa sākotnējo rādītāju kopu, pēc skaitļošanas darbību pabeigšanas ir iespējams iegūt optimālus apstākļus reāla objekta pilnvērtīgai funkcionēšanai.

Piemēram, ja ir matemātisks vienādojums, kas apraksta analizējamā procesa gaitu, mainot koeficientus, sākuma un starpnosacījumus, varam pieņemt objekta uzvedību. Turklāt ir iespējams izveidot ticamu šī objekta vai dabas parādības uzvedības prognozi noteiktos apstākļos. Jaunas sākotnējo datu kopas gadījumā ir svarīgi veikt jaunus skaitļošanas eksperimentus.

Saņemto datu salīdzinājums

Lai veiktu adekvātu reāla objekta vai izveidotā matemātiskā modeļa verifikāciju, kā arī novērtētu datortehnoloģiju pētījumu rezultātus ar pilna mēroga eksperimenta rezultātiem. prototips, tiek veikta pētījumu rezultātu salīdzināšana.

Lēmums par būvniecību ir atkarīgs no pētījuma laikā iegūtās informācijas neatbilstības. gatavais paraugs vai par matemātiskā modeļa pielāgošanu.

Šāds eksperiments ļauj minimāli aizstāt dabiskos dārgos pētījumus ar datortehnoloģiju aprēķiniem laika rāmji analizēt objekta izmantošanas iespējas, identificēt tā faktiskās darbības nosacījumus.

Modelēšana vidēs

Piemēram, programmēšanas vidē tiek izmantoti trīs matemātiskās modelēšanas posmi. Algoritma un informācijas modeļa izveides stadijā tiek noteikti lielumi, kas būs ievades parametri, pētījuma rezultāti un atklāts to veids.

Nepieciešamības gadījumā blokshēmu veidā tiek apkopoti speciāli matemātiskie algoritmi, kas rakstīti noteiktā programmēšanas valodā.

Datoreksperiments ietver aprēķinos iegūto rezultātu analīzi, to labošanu. Starp atskaites punktišādu pētījumu mēs atzīmējam algoritma testēšanu, programmas veiktspējas analīzi.

Tā atkļūdošana ietver kļūdu atrašanu un novēršanu, kas noved pie nevēlama rezultāta, kļūdu parādīšanās aprēķinos.

Testēšana ietver programmas pareizas darbības pārbaudi, kā arī atsevišķu tās komponentu uzticamības novērtēšanu. Process sastāv no programmas darbības, tās piemērotības noteiktas parādības vai objekta izpētei pārbaudes.

Izklājlapas

Modelēšana, izmantojot izklājlapas, ļauj aptvert lielu uzdevumu apjomu dažādās priekšmetu jomās. Tie tiek uzskatīti par universālu rīku, kas ļauj atrisināt darbietilpīgo uzdevumu, lai aprēķinātu objekta kvantitatīvos parametrus.

Šādas simulācijas iespējas gadījumā tiek novērota problēmas risināšanas algoritma zināma transformācija, nav nepieciešams izstrādāt skaitļošanas interfeisu. Tajā pašā laikā notiek atkļūdošanas posms, kas ietver datu kļūdu noņemšanu, savienojuma meklēšanu starp šūnām un skaitļošanas formulu identificēšanu.

Darba gaitā parādās papildu uzdevumi, piemēram, rezultātu izvadīšana uz papīra, racionāla informācijas pasniegšana datora monitorā.

Secība

Modelēšana tiek veikta izklājlapās pēc noteikta algoritma. Pirmkārt, tiek noteikti pētījuma mērķi, noteikti galvenie parametri un sakarības, kā arī, pamatojoties uz saņemto informāciju, tiek sastādīts konkrēts matemātiskais modelis.

Modeļa kvalitatīvai izskatīšanai tiek izmantoti sākuma, starpposma, kā arī beigu raksturlielumi, kas papildināti ar rasējumiem, diagrammām. Ar grafiku un diagrammu palīdzību viņi iegūst vizuālu darba rezultātu attēlojumu.

Modelēšana DBVS vidē

Tas ļauj atrisināt šādus uzdevumus:

• uzglabāt informāciju, veikt tās savlaicīgu rediģēšanu;
• sakārtot pieejamos datus atbilstoši specifiskām pazīmēm;
• izveidot dažādus datu atlases kritērijus;
• sniegt informāciju ērtā veidā.

Tā kā modelis ir izstrādāts, pamatojoties uz sākotnējiem datiem, tiek radīti optimāli apstākļi objekta raksturlielumu aprakstīšanai, izmantojot īpašas tabulas.

Tajā pašā laikā tiek sakārtota informācija, meklēti un filtrēti dati, izveidoti aprēķinu algoritmi. Izmantojot datora informācijas paneli, var izveidot dažādas ekrāna formas, kā arī iespējas iegūt drukātas papīra atskaites par eksperimenta gaitu.

Ja iegūtie rezultāti nesakrīt ar plānotajiem variantiem, tiek mainīti parametri, tiek veikti papildu pētījumi.

Datormodeļa pielietojums

Skaitļošanas eksperiments un datorsimulācija ir jaunas zinātniskās pētniecības metodes. Tie ļauj modernizēt skaitļošanas aparātu, ko izmanto, lai izveidotu matemātisku modeli, konkretizētu, precizētu un sarežģītu eksperimentus.

Starp daudzsološākajiem praktiskai lietošanai, veicot pilnvērtīgu skaitļošanas eksperimentu, tiek izdalīta jaudīgu atomelektrostaciju reaktoru konstrukcija. Turklāt tas ietver magnetohidrodinamisko devēju izveidi elektriskā enerģija, kā arī līdzsvarotu perspektīvais plāns valstij, reģionam, nozarei.

Tieši ar datorizētas un matemātiskās modelēšanas palīdzību iespējams veikt termokodolreakciju un ķīmisko procesu izpētei nepieciešamo ierīču projektēšanu.

Datormodelēšana un skaitļošanas eksperimenti ļauj reducēt tālu "nematemātiskos" objektus līdz matemātiskas problēmas formulēšanai un risināšanai.

Tas paver lielas iespējas izmantot matemātisko aparātu sistēmā ar modernām datortehnoloģijām, lai risinātu ar izstrādi saistītos jautājumus. kosmosā, atomu procesu "iekarošana".

Tieši modelēšana ir kļuvusi par vienu no svarīgākajām iespējām dažādu apkārtējo procesu izpratnei un dabas parādības. Šīs zināšanas ir sarežģīts un laikietilpīgs process, kas ietver sistēmas izmantošanu dažāda veida modelēšana, sākot ar reducētu reālu objektu modeļu izstrādi, beidzot ar speciālu algoritmu izvēli sarežģītiem matemātiskajiem aprēķiniem.

Atkarībā no tā, kādi procesi vai parādības tiks analizēti, tiek izvēlēti noteikti darbību algoritmi, matemātiskās formulas skaitļošanai. Datormodelēšana ļauj iegūt vēlamo rezultātu ar minimālām izmaksām, svarīga informācija par objekta vai parādības īpašībām un parametriem.