Мадэляванне ў інфарматыцы - гэта што такое? Віды і этапы мадэлявання

У дадзенай працы мы прапануем як можна падрабязна разабраць тэму мадэлявання ў інфарматыцы. Гэты падзел мае вялікае значэнне для падрыхтоўкі будучых спецыялістаў у сферы інфармацыйных тэхналогій.

Для вырашэння любой задачы (вытворчай або навуковай) інфарматыка выкарыстоўвае наступную ланцужок:

У ёй варта надаць асаблівую ўвагу паняццю «мадэль». Без наяўнасці дадзенага звяна рашэнне задачы не будзе магчымым. Навошта ж выкарыстоўваецца мадэль і што пад дадзеным тэрмінам разумеецца? Пра гэта мы і пагаворым у наступным раздзеле.

мадэль

Мадэляванне ў інфарматыцы - гэта складанне ладу якога-небудзь рэальна існуючага аб'екта, які адлюстроўвае ўсе істотныя прыкметы і ўласцівасці. Мадэль для вырашэння задачы неабходная, так як яна, уласна, і выкарыстоўваецца ў працэсе вырашэння.

У школьным курсе інфарматыкі тэма мадэлявання пачынае вывучацца яшчэ ў шостым класе. У самым пачатку дзяцей неабходна пазнаёміць з паняццем мадэлі. Што гэта такое?

• Спрошчанае падабенства аб'екта;
• Паменшаная копія рэальнага аб'екта;
• Схема з'явы або працэсу;
• Малюнак з'явы або працэсу;
• Апісанне з'явы або працэсу;
• Фізічны аналаг аб'екта;
• Інфармацыйны аналаг;
• Аб'ект-заменнік, які адлюстроўвае ўласцівасці рэальнага аб'екта і гэтак далей.

Мадэль - гэта вельмі шырокі панятак, як гэта ўжо стала ясна з вышэйпералічанага. Важна адзначыць, што ўсе мадэлі прынята дзяліць на групы:

• матэрыяльныя;
• ідэальныя.

Пад матэрыяльнай мадэллю разумеюць прадмет, заснаваны на рэальна існуючым аб'екце. Гэта можа быць якое-небудзь цела або працэс. Дадзеную групу прынята падпадзяляць яшчэ на два выгляду:

• фізічныя;
• аналагавыя.

Такая класіфікацыя носіць умоўны характар, бо выразную мяжу паміж двума гэтымі падвіда правесці вельмі цяжка.

Ідэальную мадэль ахарактарызаваць яшчэ цяжэй. Яна звязаны з:

• мысленнем;
• уяўленнем;
• успрыманнем.

Да яе можна аднесці творы мастацтва (тэатр, жывапіс, літаратура і гэтак далей).

мэты мадэлявання

Мадэляванне ў інфарматыцы - гэта вельмі важны этап, так як ён мае на масу мэтаў. Зараз прапануем з імі пазнаёміцца.

У першую чаргу мадэляванне дапамагае спазнаць навакольны нас свет. Спакон веку людзі назапашвалі атрыманыя веды і перадавалі іх сваім нашчадкам. Такім чынам з'явілася мадэль нашай планеты (глобус).

У мінулыя стагоддзі ажыццяўлялася мадэляванне неіснуючых аб'ектаў, якія цяпер трывала замацаваліся ў нашым жыцці (парасон, млын і гэтак далей). У цяперашні час можелирование накіравана на:

• выяўленне наступстваў якога-небудзь працэсу (павелічэння кошту праезду ці ўтылізацыі хімічных адходаў пад зямлёй);
• забеспячэнне эфектыўнасці прымаемых рашэнняў.

задачы мадэлявання

Мы згадалі ў артыкуле, што такое мадэляванне ў інфарматыцы. Гэты працэс мае некаторыя задачы, пра якія мы пагаворым у дадзеным раздзеле.

Што такое задача ў мадэляванні? Выкажам здагадку, што ў нас ёсць якая-небудзь праблема, для яе ліквідацыі трэба вырашыць шэраг задач. Гэта значыць, задача - гэта праблема, з якой неабходна справіцца. Важна заўважыць, што ўсе задачы можна падзяліць на дзве вялікія групы.

вербальная мадэль

Якія існуюць метады мадэлявання? Інфарматыка выкарыстоўвае ўсяго два метаду - інфармацыйны і матэматычны. Але важна згадаць і яшчэ адзін выгляд мадэлі - вербальны. Пра яго мы цяпер пагаворым крыху падрабязней.

Вербальная мадэль адносіцца да катэгорыі ідэальных або абстрактных. Гэта апісанне пры дапамозе літар, слоў, прапаноў. Да такіх мадэлям адносяцца:

• пратакол;
• правілы дарожнага руху;
• інфармацыя ў вучэбнай літаратуры;
• Мастацкая літаратура;
• вуснае або пісьмовае апісанне якога-небудзь прадмета, працэсу або з'явы.

матэматычная мадэль

Якія яшчэ віды мадэляў вывучаюцца ў інфарматыцы? Інфармацыйнае мадэляванне і матэматычнае (алгарытмічны) прынята падзяляць. Хоць, як гаварылася ўжо раней, межы паміж вербальнымі, матэматычнымі і інфармацыйнымі мадэлямі вельмі ўмоўныя.

Калі казаць простай мовай, то матэматычная мадэль апісвае любую сітуацыю з матэматычнага пункту гледжання. Не заўважаючы для сябе, мы займаемся матэматычным мадэляваннем штодня. Напрыклад: мама адпраўляе дзіцяці за хлебам і малаком. Яна ведае колькі каштуюць дадзеныя прадукты ў краме, размешчаным побач з домам. Зараз неабходна палічыць колькі грошай даць дзіцяці. Выкажам здагадку, малако каштуе 75 рублёў і 50 капеек, а хлеб - 30 рублёў 20 капеек. Уся купля абыйдзецца ў 105 рублёў, 70 капеек (75,5 + 30,2). Гэта і ёсць прыклад матэматычнай мадэлі.

інфармацыйная мадэль

Зараз пагаворым яшчэ аб адным выглядзе мадэляў, якія вывучаюцца ў школьным курсе інфарматыкі. Камп'ютэрнае мадэляванне, якое неабходна асвоіць кожнаму будучаму IT-спецыяліста, уключае ў сябе працэс рэалізацыі інфармацыйнай мадэлі пры дапамозе кампутарных сродкаў. Але што гэта такое, інфармацыйная мадэль?

Яна ўяўляе сабой цэлы пералік інфармацыі аб якім-небудзь аб'екце. Што дадзеная мадэль апісвае, і якую карысную інфармацыю нясе:

• ўласцівасці мадэляваных аб'екта;
• яго стан;
• сувязі з навакольным светам;
• адносіны з знешнімі аб'ектамі.

Што можа служыць інфармацыйнай мадэллю:

• слоўнае апісанне;
• тэкст;
• малюнак;
• табліца;
• схема;
• чарцёж;
• формула і гэтак далей.

Адметная асаблівасць інфармацыйнай мадэлі складаецца ў тым, што яе нельга памацаць, паспрабаваць на густ і гэтак далей. Яна не нясе матэрыяльнага ўвасаблення, так як прадстаўлена ў выглядзе інфармацыі.

Сістэмны падыход да стварэння мадэлі

У якім класе школьнай праграмы вывучаецца мадэляванне? Інфарматыка 9 класа знаёміць вучняў з гэтай тэмай больш падрабязна. Менавіта ў гэтым класе дзіця пазнае аб сістэмным падыходзе мадэлявання. Прапануем пра гэта пагаварыць трохі падрабязней.

Пачнем з паняцця "сістэма". Гэта група узаемазвязаных паміж сабой элементаў, якія дзейнічаюць сумесна для выканання пастаўленай задачы. Для пабудовы мадэлі часта карыстаюцца сістэмным падыходам, так як аб'ект разглядаецца як сістэма, якая функцыянуе ў некаторай асяроддзі. Калі мадэлюецца якой-небудзь складаны аб'ект, то сістэму прынята разбіваць на больш дробныя часткі - падсістэмы.

мэта выкарыстання

Зараз мы разгледзім мэты мадэлявання (інфарматыка 11 клас). Раней гаварылася, што ўсе мадэлі дзеляцца на некаторыя віды і класы, але мяжы паміж імі ўмоўныя. Ёсць некалькі прыкмет, па якіх прынята класіфікаваць мадэлі: мэта, вобласць ведаў, фактар часу, спосаб прадстаўлення.

Што тычыцца мэтаў, то прынята вылучаць наступныя віды:

• навучальныя;
• вопытныя;
• імітацыйныя;
• гульнявыя;
• навукова-тэхнічныя.

Да першага вiду адносяцца навучальныя матэрыялы. Да другога паменшаныя або павялічаныя копіі рэальных аб'ектаў (мадэль збудаванні, крыла самалёта і гэтак далей). Імітацыйная мадэль дазваляе прадбачыць зыход якога-небудзь падзеі. Імітацыйнае мадэляванне часта ўжываецца ў медыцыне і сацыяльнай сферы. Наример, мадэль дапамагае зразумець, як людзі адрэагуюць на тую ці іншую рэформу? Перш чым зрабіць сур'ёзную аперацыю чалавеку па перасадцы органа, было праведзена мноства досведаў. Іншымі словамі, імітацыйная мадэль дазваляе вырашыць праблему метадам «спроб і памылак». Гульнявая мадэль - гэта свайго роду эканамічная, дзелавая ці ваенная гульня. З дапамогай дадзенай мадэлі можна прадбачыць паводзіны аб'екта ў розных сітуацыях. Навукова-тэхнічную мадэль выкарыстоўваюць для вывучэння якога-небудзь працэсу або з'явы (прыбор які імітуе навальнічны разрад, мадэль руху планет Сонечнай сістэмы і гэтак далей).

вобласць ведаў

У якім класе вучняў больш падрабязна знаёмяць з мадэляваннем? Інфарматыка 9 класа робіць упор на падрыхтоўку сваіх вучняў да экзаменаў для паступлення ў вышэйшыя навучальныя ўстановы. Бо ў квітках АДЭ і ГИА сустракаюцца пытанні па мадэляванні, то цяпер неабходна як мага больш падрабязна разгледзець гэтую тэму. І так, як адбываецца класіфікацыя па вобласці ведаў? Па дадзеным прыкмеце вылучаюць наступныя віды:

• біялагічныя (напрыклад, штучна выкліканыя ў жывёл хваробы, генетычныя парушэнні, злаякасныя новаўтварэнні);
• эканамічныя (мадэль паводзінаў фірмы, мадэль фарміравання рыначнай цаны і гэтак далей);
• гістарычныя (генеалагічнае дрэва, мадэлі гістарычных падзей, мадэль рымскага войскі і да таго падобнае);
• сацыялагічныя (мадэль асабістага цікавасці, паводзіны банкіраў пры адаптацыі да новых эканамічных умоў) і гэтак далей.

фактар часу

Па дадзенай характарыстыцы адрозніваюць два выгляду мадэляў:

• дынамічныя;
• статычныя.

Ужо, мяркуючы па адной назве, не цяжка здагадацца, што першы выгляд адлюстроўвае функцыянаванне, развіццё і змяненне якога-небудзь аб'екта ў часе. Статычная наадварот здольная апісаць аб'ект у нейкі канкрэтны момант часу. Гэты выгляд часам называюць структурным, так як мадэль адлюстроўвае будова і параметры аб'екта, гэта значыць дае зрэз інфармацыі пра яго.

Прыкладамі дынамічнай мадэлі з'яўляюцца:

• набор формул, якія адлюстроўваюць рух планет Сонечнай сістэмы;
• графік змены тэмпературы паветра;
• відэазапіс вывяржэння вулкана і гэтак далей.

Прыкладамі статыстычнай мадэлі служаць:

• пералік планет Сонечнай сістэмы;
• карта мясцовасці і гэтак далей.

спосаб прадстаўлення

Для пачатку вельмі важна сказаць, што ўсе мадэлі маюць выгляд і форму, яны заўсёды з чаго-то робяцца, як-то ўяўляюцца або апісваюцца. Па дадзеным прыкмеце прынята класіфікаваць мадэлі такім чынам:

• матэрыяльныя;
• нематэрыяльныя.

Да першага вiду адносяцца матэрыяльныя копіі існуючых аб'ектаў. Іх можна памацаць, панюхаць і гэтак далей. Яны адлюстроўваюць знешнія ці ўнутраныя ўласцівасці, дзеянні якога-небудзь аб'екта. Для чаго патрэбныя матэрыяльныя мадэлі? Яны выкарыстоўваюцца для эксперыментальнага метаду пазнання (дасведчанага метаду).

Да нематэрыяльнай мадэлям мы ўжо таксама звярталіся раней. Яны выкарыстоўваюць тэарэтычны метад пазнання. Такія мадэлі прынята называць ідэальнымі альбо абстрактнымі. Гэтая катэгорыя дзеліцца яшчэ на некалькі падвідаў: ўяўныя мадэлі і інфармацыйныя.

Інфармацыйныя мадэлі прыводзяць пералік рознай інфармацыі аб аб'екце. У якасці інфармацыйнай мадэлі могуць выступаць табліцы, малюнкі, славесныя апісанні, схемы і гэтак далей. Чаму дадзеную мадэль называюць нематэрыяльнай? Уся справа ў тым, што яе нельга памацаць, бо яна не мае матэрыяльнага ўвасаблення. Сярод інфармацыйных мадэляў адрозніваюць знакавыя і наглядныя.

Ўяўная мадэль - гэта адзін з этапаў мадэлявання. Гэта творчы працэс, які праходзіць ва ўяўленні чалавека, які папярэднічае стварэнню матэрыяльнага аб'екта.

этапы мадэлявання

Тэма па інфарматыцы 9 класа "Мадэляванне і фармалізацыя» мае вялікую вагу. Яна абавязковая да вывучэння. У 9-11 класе выкладчык абавязаны пазнаёміць вучняў з этапамі стварэння мадэляў. Гэтым мы зараз і зоймемся. Такім чынам, вылучаюць наступныя этапы мадэлявання:

• змястоўная пастаноўка задачы;
• матэматычная пастаноўка задачы;
• распрацоўкі з выкарыстаннем ЭВМ;
• эксплуатацыя мадэлі;
• атрыманне выніку.

Важна адзначыць, што пры вывучэнні ўсяго, што акружае нас, выкарыстоўваецца працэсы мадэлявання, фармалізацыі. Інфарматыка - гэта прадмет, прысвечаны сучасным метадам вывучэння і вырашэння якіх-небудзь праблем. Такім чынам, упор робіцца на мадэлі, якія можна рэалізаваць пры дапамозе ЭВМ. Асаблівая ўвага ў гэтай тэме варта надаць пунктам распрацоўкі алгарытму рашэння пры дапамозе электронна-вылічальных машын.

Сувязі паміж аб'ектамі

Зараз пагаворым крыху пра сувязі паміж аб'ектамі. Усяго вылучаюць тры выгляду:

• адзін да аднаго (пазначаецца такая сувязь аднабаковай стрэлкай у адну або ў іншы бок);
• адзін да многіх (множная сувязь пазначаецца двайны стрэлкай);
• многія да многіх (такая сувязь пазначаецца двайны стрэлкай).

Важна адзначыць, што сувязі могуць быць умоўнымі і безумоўнымі. Безумоўная сувязь мяркуе выкарыстанне кожнага асобніка аб'екта. А ва ўмоўнай задзейнічаны толькі асобныя элементы.