Моделирање - што е тоа? Метод на моделирање. Математичко и компјутерско моделирање

Според оваа карактеристика, моделите се поделени во две широки класи:

• апстрактни (ментални) модели;
• модели на материјали.

Ориз. 1.1.

Често во практиката на моделирање постојат мешани, апстрактно-материјални модели.

Апстрактни моделипретставуваат одредени конструкции на општоприфатени знаци на хартија или други материјални медиуми или во форма компјутерска програма.

Апстрактните модели, без да навлегуваме во прекумерни детали, може да се поделат на:

• симболичен;
• математички.

Симболичен моделе логички објект кој заменува реален процес и ги изразува основните својства на неговите односи користејќи одреден систем на знаци или симболи. Тоа се или зборови природен јазик, или зборови од соодветниот речник, графикони, дијаграми итн.

Симболичкиот модел може да има независно значење, но, по правило, неговата конструкција е почетна фазасекое друго моделирање.

Математичко моделирање- ова е процес на воспоставување кореспонденција помеѓу моделираниот објект и некоја математичка структура, наречена математички модел, и проучување на овој модел, што овозможува да се добијат карактеристиките на моделираниот објект.

Математичко моделирање - главната цели главната содржина на дисциплината што се изучува.

Математичките модели можат да бидат:

• аналитички;
• имитација;
• мешани (аналитички и симулациски).

Аналитички модели- тоа се функционални односи: системи на алгебарски, диференцијални, интегро-диференцијални равенки, логички услови. Максвелови равенки - аналитички модел електромагнетно поле. Омовиот закон е модел на електрично коло.

Трансформацијата на математичките модели според познати закони и правила може да се смета за експерименти. Решението засновано на аналитички модели може да се добие како резултат на еднократна пресметка, без оглед на специфични вредностикарактеристики („во општ поглед"). Ова е визуелно и погодно за идентификација на обрасци. Сепак, за сложените системи не е секогаш можно да се изгради аналитички модел кој доволно целосно го одразува реалниот процес. Сепак, постојат процеси, на пример, Марков процеси, релевантноста на моделирање кое со аналитички модели е докажано во пракса.

Симулациско моделирање . Создавање компјутеридоведе до развој на нова подкласа на математички модели - симулациски.

Симулациското моделирање вклучува претставување на моделот во форма на некој алгоритам - компјутерска програма - чие извршување ја симулира низата на промени во состојбите во системот и на тој начин го претставува однесувањето на симулираниот систем.

Процесот на креирање и тестирање на таквите модели се нарекува симулација, а самиот алгоритам се нарекува симулациски модел.

Која е разликата помеѓу симулациските и аналитичките модели?

Во случај на аналитичко моделирање, компјутерот е моќен калкулатор, машина за додавање. Аналитички модел се одлучувана компјутер.

Во случај на симулациско моделирање, симулациониот модел - програма - се спроведувана компјутер.

Моделите за симулација едноставно го земаат предвид влијанието на случајните фактори. За аналитички модели ова е сериозен проблем. Во присуство на случајни фактори, потребните карактеристики на симулираните процеси се добиваат со повторени пуштања (имплементации) на симулациониот модел и понатамошна статистичка обработка на акумулираните информации. Затоа често симулациско моделирање на процеси со случајни факториповикани статистичко моделирање.

Ако проучувањето на објектот е тешко користејќи само аналитичко или симулациско моделирање, тогаш се користи мешано (комбинирано), аналитичко и симулациско моделирање. Кога се конструираат такви модели, процесите на функционирање на објектот се разложуваат на компонентни потпроцеси, за кои евентуално се користат аналитички модели, а за останатите потпроцеси се градат симулациски модели.

Моделирање на материјаливрз основа на употреба на модели кои претставуваат реални технички дизајни. Ова може да биде самиот објект или неговите елементи (моделирање во целосен обем). Ова може да биде посебен уред - модел кој има или физичка или геометриска сличност со оригиналот. Ова може да е уред од различна физичка природа од оригиналот, но процесите во кои се опишани со слични математички односи. Ова е таканареченото аналогно моделирање. Оваа аналогија е забележана, на пример, помеѓу осцилациите на сателитската комуникациска антена под оптоварување на ветерот и осцилациите електрична струјаво специјално избрано електрично коло.

Често се создава материјално-апстрактни модели. Тој дел од операцијата што не може да се опише математички е моделиран материјално, остатокот - апстрактно. Тоа се, на пример, командни и штабни вежби, кога работата на штабот е целосен експеримент, а дејствијата на трупите се рефлектираат во документи.

Класификацијата според разгледуваната карактеристика - методот на имплементација на моделот - е прикажана на сл. 1.2.

Ориз. 1.2.

1.3. Фази на моделирање

Математичко моделирањекако и сè друго, се смета за уметност и наука. Добро познат специјалист во областа на симулационото моделирање, Роберт Шенон, ја насловил својата книга, надалеку позната во научниот и инженерскиот свет: Симулациско моделирање- уметност и наука." Затоа, во инженерската практика не постојат формализирани упатства за тоа како да се креираат модели. И, сепак, анализата на техниките што ги користат развивачите на модели ни овозможува да видиме прилично транспарентна фаза на моделирање.

Прва фаза: разбирање на целите на моделирањето. Всушност, ова е главната фаза на секоја активност. Целта значително ја одредува содржината на преостанатите фази на моделирање. Забележете дека разликата помеѓу едноставниот и сложениот систем е генерирана не толку од нивната суштина, туку и од целите поставени од истражувачот.

Обично целите на моделирањето се:

• предвидување на однесувањето на објектот под нови режими, комбинации на фактори итн.;
• избор на комбинации и вредности на фактори кои обезбедуваат оптимална вредност на индикаторите за ефикасност на процесот;
• анализа на чувствителноста на системот на промени во одредени фактори;
• испитување разни видовихипотези за карактеристиките случајни параметрипроцес што се проучува;
• определување на функционални односи помеѓу однесувањето („одговор“) на системот и факторите на влијание, кои можат да придонесат за предвидување на однесувањето или анализа на чувствителност;
• разбирање на суштината, подобро разбирање на предметот на проучување, како и формирање на првите вештини за управување со симулиран или оперативен систем.

Втора фаза: градење на концептуален модел. Концептуален модел(од лат. концепција) - модел на ниво на дефинирачки план, кој се формира за време на проучувањето на моделираниот објект. Во оваа фаза се испитува објектот и се воспоставуваат потребните поедноставувања и приближувања. Суштинските аспекти се идентификувани, а помалите се исклучени. Утврдени се мерните единици и опсегот на варијација на моделските променливи. Ако е можно, тогаш концептуален модел е претставен во форма на добро познати и добро развиени системи: редица, контрола, авто-регулација, разни видовимашини итн. Концептуален моделцелосно ја сумира студијата за проектна документација или експериментално испитување на моделираниот објект.

Резултатот од втората фаза е генерализиран модел дијаграм, целосно подготвен за математички опис- градба математички модел.

Трета фаза: избор на јазик за програмирање или моделирање, развој на алгоритам и модел програма. Моделот може да биде аналитички или симулациски, или комбинација од двете. Во случај на аналитички модел, истражувачот мора да биде умешен во методите на решение.

Во историјата на математиката (и ова, патем, е историјата математичко моделирање) има многу примери кога потребата за моделирање на различни видови процеси доведе до нови откритија. На пример, потребата да се симулира движење доведе до откривање и развој диференцијална пресметка(Лајбниц и Њутн) и соодветните методи на решение. Проблемите на аналитичкото моделирање на стабилноста на бродот го наведоа академик А. Н. Крилов до создавање на теоријата на приближни пресметки и аналоген компјутер.

Резултатот од третата фаза на моделирање е програма составена на најзгодниот јазик за моделирање и истражување - универзален или посебен.

Четврта фаза: планирање на експеримент. Математички моделе предмет на експериментот. Експериментот треба да биде како можен обеминформативни, да ги задоволи ограничувањата, да се осигура дека податоците се добиваат со потребната точност и веродостојност. Постои теорија на експериментално планирање, ние ќе ги проучуваме елементите на оваа теорија што ни се потребни на соодветното место во дисциплината. GPSS World, AnyLogic итн.) и може да се примени автоматски. Можно е за време на анализата на добиените резултати, моделот да биде доработен, дополнет, па дури и целосно да се ревидира.

По анализата на резултатите од моделирањето, се врши нивно толкување, односно резултатите се преточуваат во термини предметна област . Ова е неопходно затоа што обично специјалист за предмети(оној на кој му се потребни резултати од истражувањето) ја нема терминологијата на математика и моделирање и може да ги извршува своите задачи користејќи само концепти кои му се добро познати.

Ова го заклучува разгледувањето на низата на моделирање, правејќи многу важен заклучокза потребата од документирање на резултатите од секоја фаза. Ова е неопходно од следните причини.

Прво, моделирањето е итеративен процес, односно од секоја фаза може да се врати на која било од претходните фази за да се разјаснат информациите потребни во оваа фаза, а документацијата може да ги зачува резултатите добиени во претходната итерација.

Второ, во случај на истражување комплексен системвклучува големи тимови на програмери, со различни фази изведени од различни тимови. Затоа, резултатите добиени во секоја фаза мора да бидат преносливи на следните чекори, односно да има унифицирана формапрезентации и содржини разбирливи за другите заинтересирани специјалисти.

Трето, резултатот од секоја фаза мора да биде вреден производ сам по себе. На пример, концептуален моделне може да се користи за понатамошна конверзија во математички модел, туку да биде опис што складира информации за системот, што може да се користи како архива, како наставна алатка итн.

Метод на симулацијанајперспективниот метод на истражување бара психолог одредено ниво математичка обука. Овде, менталните феномени се изучуваат врз основа на приближна слика на реалноста - нејзиниот модел. Моделот овозможува да се фокусира вниманието на психологот само на главните, најзначајните карактеристики на психата. Моделот е овластен претставникпредметот што се проучува (ментален феномен, процес на размислување итн.). Се разбира, подобро е веднаш да се добие сеопфатно разбирање за феноменот што се проучува. Но, ова е обично невозможно поради сложеноста на психолошките предмети.

Моделот е поврзан со неговиот оригинал со однос на сличност.

Познавањето на оригиналот од гледна точка на психологијата се случува преку сложени процесиментална рефлексија. Оригиналот и неговиот психички одраз се поврзани како предмет и неговата сенка. Целосното сознавање на објектот се врши последователно, асимптотички, преку долг синџир на сознавање на приближни слики. Овие приближни слики се модели на препознатливиот оригинал.

Потребата за моделирање се јавува во психологијата кога:
- системската сложеност на објектот е непремостлива пречка за создавање на неговата холистичка слика на сите нивоа на детали;
- потребна е оперативна студија психолошки објектна штета на деталот на оригиналот;
- предмет на изучување ментални процесиСо високо нивонесигурности и непознати обрасци на кои се покоруваат;
- оптимизација на предметот што се проучува е потребна од различни влезни фактори.

Задачи за моделирање:
- опис и анализа психички феноменина различни нивоанивната структурна организација;
- прогнозирање на развојот на менталните појави;
- идентификување на менталните појави, односно утврдување на нивните сличности и разлики;
- оптимизација на условите за појава на ментални процеси.

Накратко за класификацијата на моделите во психологијата. Постојат објектни и симболични модели. Предметите имаат физичка природаа за возврат се делат на природни и вештачки. Природните модели се засноваат на претставници на живата природа: луѓе, животни, инсекти. Да се ​​потсетиме на верниот пријател на човекот - кучето, кое служеше како модел за изучување на работата физиолошки механизмилице. Во сржта вештачки моделилежат елементи од „втора природа“ создадени од човечки труд. Како пример, можеме да ги наведеме хомеостатот на Ф. Горбов и кибернометарот на Н. Обозов, кои се користат за проучување на групната активност.

Моделите на знаци се создаваат врз основа на систем на знаци од многу различна природа. Ова:
- алфанумерички модели, каде што буквите и броевите делуваат како знаци (таков, на пример, е регулациониот модел заеднички активности N. N. Обозова);
- модели на специјални симболи (на пример, алгоритамски модели на активностите на А. И. Губински и Г. В. Суходолски во инженерската психологија или музичката нотација за оркестарски парче музика, кој ги содржи сите потребни елементи кои го синхронизираат комплексот работење заедноизведувачи);
- графички модели кои опишуваат објект во форма на кругови и линии на комуникација меѓу нив (првите можат да изразат, на пример, состојби на психолошки објект, вториот - можни премини од една состојба во друга);
- математички модели кои користат разновиден јазик математички симболии имаат своја шема за класификација;
- кибернетичките модели се изградени врз основа на теоријата на системи за автоматска контрола и симулација, теорија на информации итн.

Концептите на „модел“, „симулација“, различни пристапина класификацијата на моделите. Фази на моделирање

Модел (модел)– за латинската мерка, слика, начин и сл.

Модел- Ова нов објект, различен од оригиналниот, кој има особини суштински за потребите на моделирањето и, во рамките на овие цели, го заменува оригиналниот објект (објект - оригинал)

Или можеме да кажеме со други зборови: модел е поедноставена претстава на реален објект, процес или феномен.

Заклучок. Моделот е потребен за да:

Разберете како е структуриран одреден објект - кои се неговата структура, основни својства, закони на развој и интеракција со надворешниот свет;

Научете да управувате со објект или процес и да одредите најдобрите начиниуправување со дадени цели и критериуми (оптимизација);

Предвидете ги директните и индиректните последици од спроведувањето дадени методии форми на влијание врз објектот;

Класификација на модели.

Знаци според кои моделите се класифицираат:

1. Област на употреба.

2. Земајќи го предвид факторот време и областа на употреба.

3. Според начинот на презентација.

4. Гранка на знаење (биолошко, историско, социолошко и сл.).

5. Област на употреба

Образовни: визуелни помагала, програми за обука, разни симулатори;

Искусни: модел на брод се тестира во базен за да се утврди стабилноста на бродот при нишање;

Научно-технички: акцелератор на електрони, уред кој симулира громско празнење, држач за тестирање на ТВ;

Играње: воени, економски, спортски, деловни игри;

Имитација: експериментот или се повторува многу пати со цел да се проучат и проценат последиците од какви било дејства врз реална ситуација, или се спроведува истовремено со многу други слични предмети, но сместени под различни услови).

2. Земајќи го предвид факторот време и областа на употреба

Статички модел - тоа е како еднократно парче низ објект.

Пример: Дојдовте во стоматолошката клиника на орален преглед. Докторот ме прегледа и ги запиша сите информации на картичката. Записи во картичката кои даваат слика за состојбата усната празнинана овој моментвреме (број на примарни, трајни, наполнети, извадени заби) и ќе биде статистички модел.

Динамичен модел ви овозможува да ги видите промените во објектот со текот на времето.

Пример е истата картичка на ученик, која ги одразува промените што се случуваат во неговите заби во одреден временски период.

3. Класификација по метод на презентација

Првите две големи групи: материјално и информативно. Се чини дека имињата на овие групи покажуваат од што се направени моделите.

Материјал моделите инаку може да се наречат објективни, физички. Тие репродуцираат геометриски и физички својстваоригинални и секогаш имаат вистинско олицетворение.

Детски играчки. Од нив детето го добива првиот впечаток за светот околу него. Двегодишно дете си игра со плишано мече. Кога, години подоцна, детето ќе види вистинска мечка во зоолошка градина, лесно ќе ја препознае.

Училишни придобивки, физички и хемиски експерименти. Тие симулираат процеси, како што е реакцијата помеѓу водород и кислород. Ова искуство е придружено со заглушувачки тресок. Моделот ги потврдува последиците од појавата на „експлозивна мешавина“ на безопасни и широко распространети супстанции во природата.

Мапи при изучување историја или географија, дијаграми на Сончевиот систем и ѕвезденото небо на часовите по астрономија и многу повеќе.

Заклучок. Материјалните модели имплементираат материјален (допир, мирис, гледање, слушање) пристап за проучување на објект, феномен или процес.

Информативните модели не можат да се допрат или да се видат со свои очи, тие немаат материјално отелотворување, бидејќи се изградени само на информации. Овој метод на моделирање се заснова на информативен пристап за проучување на околната реалност.

Информации модели - збир на информации што ги карактеризираат својствата и состојбите на објектот, процесот, феноменот, како и односот со надворешниот свет.

Информациите што карактеризираат објект или процес можат да имаат различни волумени и форми на презентација и да се изразат на различни начини. Оваа разновидност е неограничена колку и можностите на секој човек и неговата имагинација. Информативните модели вклучуваат симболични и вербални.

Иконски модел - информативен модел изразен со посебни знаци, т.е. со помош на кој било формален јазик.

Иконски модели се насекаде околу нас. Тоа се цртежи, текстови, графикони и дијаграми.

Со методот на имплементација иконски моделиможе да се подели на компјутерски и некомпјутерски.

Компјутер модел - модел имплементиран со помош на софтверско опкружување.

Вербална (од латинскиот „verbalis“ - орален) модел - информативен модел во ментална или говорна форма.

Тоа се модели добиени како резултат на размислување и заклучување. Тие можат да останат ментални или да се изразат вербално. Пример за таков модел би било нашето однесување при преминување улица.

Процесот на градење модел се нарекува моделирање со други зборови, моделирањето е процес на проучување на структурата и својствата на оригиналот со помош на модел;

Планетариуми" href="/text/category/planetarii/" rel="bookmark">планетариум, во архитектура - градежни модели, во производство на авиони - модели авионии така натаму.

Идеалното моделирање е фундаментално различно од моделирањето на предметот (материјалот).

Совршено моделирањето не се заснова на материјална аналогија на објект и модел, туку на идеална, замислива аналогија.

Иконски моделирањето е моделирање кое користи симболични трансформации од секаков вид како модели: дијаграми, графикони, цртежи, формули, збирки симболи.

Математички моделирање е моделирање во кое проучувањето на објектот се врши преку модел формулиран на јазикот на математиката: опис и проучување на Њутновите закони за механика со помош на математички формули.

Процесот на моделирање се состои од следниве фази:

Главната задача на процесот на моделирање е да го избере најадекватниот модел на оригиналот и да ги пренесе резултатите од истражувањето во оригиналот. Има доволно општи методии методи на моделирање.

Пред да се изгради модел на објект (феномен, процес), потребно е да се идентификуваат неговите составни елементи и врските меѓу нив (нацртај системска анализа) и „преведете“ (прикажете ја) добиената структура на која било одредена форма- формализирајте информации.

Формализацијата е процес на изолирање и преведување внатрешна структураобјект, феномен или процес на одредено информациска структура- форма.

Формализацијата е намалување на суштинските својства и карактеристики на објектот за моделирање во избраната форма (на избраниот формален јазик).

Фази на моделирање

Пред да преземете каква било работа, треба јасно да ја замислите почетната точка и секоја точка од активноста, како и нејзините приближни фази. Истото може да се каже и за манекенството. Почетната точка овде е прототип. Тоа може да биде постоечки или дизајниран објект или процес. Последната фаза на моделирање е донесување одлука врз основа на знаење за објектот.

Ланецот изгледа вака.

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

ФАЗА I. СЦЕНА ЗАДАЧИ.

Задачата е проблем што треба да се реши. Во фазата на формулација на проблемот, неопходно е да се одразат три главни точки: опис на проблемот, определување на целите на моделирањето и анализа на објектот или процесот.

Опис на задачата

Проблемот е формулиран во обичен јазик, а описот треба да биде јасен. Главната работа овде е да се дефинира објектот за моделирање и да се разбере каков треба да биде резултатот.

Цел на моделирање

1) познавање на околниот свет

2) создавање на објекти со дадени својства (утврдени со поставување на проблемот „како да се направи тоа...“.

3) утврдување на последиците од влијание врз предметот и прифаќање правилна одлука. Целта на моделирањето на проблемите како „што ќе се случи ако...“ (што ќе се случи ако ја зголемите цената за транспорт, или што ќе се случи ако закопате нуклеарен отпад во таква и таква област?)

Анализа на објекти

Во оваа фаза, моделираниот објект и неговите главни својства се јасно идентификувани, од што се состои и какви врски постојат меѓу нив.

Едноставен пример за врски со подреден предмет е парсирање на реченица. Прво се идентификуваат главните членови (подмет, прирок), потоа малолетни членови, поврзани со главните, потоа зборови поврзани со споредните итн.

ФАЗА II. РАЗВОЈ НА МОДЕЛ

1. Информациски модел

Во оваа фаза, својствата, состојбите, дејствата и другите карактеристики на елементарните предмети се појаснуваат во која било форма: вербално, во форма на дијаграми, табели. Се формира идеја за елементарните објекти што го сочинуваат оригиналниот објект, т.е., информативен модел.

Моделите треба најмногу да се одразуваат суштински карактеристики, својства, состојби и односи на објекти објективен свет. Тие се оние кои даваат целосни информацииза објектот.

2. Иконски модел

Пред да започне процесот на моделирање, едно лице прави прелиминарни скици на цртежи или дијаграми на хартија, изведува формули за пресметка, односно составува информативен модел во една или друга симболична форма, која може да биде или компјутерска или некомпјутерска.

3. Компјутерски модел

Компјутерски модел е модел имплементиран со користење на софтверско опкружување.

Има многу софтверски системи, кои овозможуваат истражување (моделирање) информациски модели. Секоја софтверска околина има свои алатки и ви овозможува да работите одредени видовиинформативни објекти.

Лицето веќе знае каков ќе биде моделот и го користи компјутерот за да му даде иконичен облик. На пример, графичките средини се користат за изградба на геометриски модели и дијаграми, а околината за уредувач на текст се користи за вербални или табеларни описи.

ФАЗА III. КОМПЈУТЕРСКИ ЕКСПЕРИМЕНТ

Со развојот компјутерска технологијасе појави нов единствен методистражување – компјутерски експеримент. Компјутерски експериментвклучува низа на работа со моделот, збир на насочени кориснички дејства на компјутерскиот модел.

IV ФАЗА АНАЛИЗА НА РЕЗУЛТАТИ ОД МОДЕЛИРАЊЕТО

Крајната цел на моделирањето е донесување одлука, која треба да се донесе врз основа на сеопфатна анализа на добиените резултати. Оваа фаза е одлучувачка - или ќе го продолжите истражувањето или ќе го завршите. Можеби го знаете очекуваниот резултат, тогаш треба да ги споредите добиените и очекуваните резултати. Ако има натпревар, ќе можете да донесете одлука.

Математичкото моделирање може да се подели на аналитичко, нумеричко и симулациско.

Историски гледано, методите за аналитичко моделирање беа првите кои беа развиени и се појави аналитички пристап кон проучувањето на системите.

Методи на аналитичко моделирање (AM).Со AM се создава аналитички модел на објектот во алгебарска форма, диференцијални, равенки со конечни разлики. Аналитичкиот модел се проучува или со аналитички методи или со нумерички методи. Аналитичките методи овозможуваат да се добијат карактеристиките на системот како некои функции на неговите работни параметри. Употреба аналитички методидава доволно точна проценка, што често добро кореспондира со реалноста. Промена на состојби реален системсе јавува под влијание на многу надворешни и внатрешни фактори, од кои огромното мнозинство се од стохастичка природа. Поради ова, и големата сложеност на многу системи од реалниот живот, главниот недостаток на аналитичките методи е тоа што мора да се направат одредени претпоставки при изведувањето на формулите на кои тие се засноваат и кои се користат за пресметување на параметрите од интерес. Сепак, често излегува дека овие претпоставки се сосема оправдани.

Методи на нумеричко моделирање.Трансформација на моделот во равенки, чиешто решение е можно со помош на методите на пресметковна математика. Меѓутоа, класата на проблеми е многу поширока нумерички методине давајте точни решенија, но ви дозволувајте да ја одредите точноста на решението.

Симулациски методи на моделирање (IM).Со развојот на компјутерската технологија, методите за симулационо моделирање станаа широко користени за анализа на системи во кои стохастичките влијанија се доминантни.

Суштината на IM е да се симулира процесот на функционирање на системот со текот на времето, набљудувајќи ги истите соодноси на времетраење на работата како во оригиналниот систем. Во исто време, се симулираат елементарните појави што го сочинуваат процесот: се зачува нивната логичка структура и редоследот на настаните во времето. Резултатот од МИ е добивање проценки на карактеристиките на системот.

Познатиот американски научник Роберт Шенон дава следнава дефиниција: „Симулациско моделирање е процес на конструирање модел на реален систем и спроведување експерименти на овој модел со цел или да се разбере однесувањето на системот или да се оцени (во во границите, наметнати од некој критериум или збир на критериуми) различни стратегии кои обезбедуваат функционирање на даден систем." Сите симулациски модели го користат принципот на црна кутија. Тоа значи дека тие произведуваат излезен сигнал на системот кога некој влезен сигнал ќе влезе во него. Затоа, за разлика од аналитичките модели за да се добијат потребните информации или резултати, потребно е да се „изведат“ симулациски модели, т.е. Се јавува еден вид „семплирање“ на состојбите на објектот за моделирање (состојба) - тоа се својствата на системот во одредени времиња можни вредностидржави). До степен до кој овој примерок е репрезентативен, резултатите од моделирањето ќе одговараат на реалноста. Овој наод ја покажува важноста на статистичките методи за евалуација на резултатите од симулацијата. Така, моделите за симулација не формираат сопствено решение на ист начин како во аналитички модели, но може да послужи само како средство за анализа на однесувањето на системот под услови определени од експериментаторот.

Употребата на симулационо моделирање е препорачлива под одредени услови. Овие услови се дефинирани од Р. Шенон:

Не постои целосна математичка формулација на овој проблем или сè уште не се развиени аналитички методи за решавање на формулираниот математички модел. Многу модели на редици кои вклучуваат чекање во редици спаѓаат во оваа категорија.

Достапни се аналитички методи, но математичките процедури се толку сложени и одземаат многу време што симулацијата обезбедува поедноставен начин за решавање на проблемот.

Покрај проценката на одредени параметри, препорачливо е да се следи напредокот на процесот на симулациски модел во потребниот временски период.

Дополнителна предност на симулационото моделирање се најшироките можности за негова примена во областа на образованието и стручно оспособување. Развојот и употребата на симулациски модел му овозможува на експериментаторот да ги види и „игра“ реалните процеси и ситуации на моделот.

Неопходно е да се идентификуваат голем број проблеми што се јавуваат во процесот на моделирање на системите. Истражувачот мора да го фокусира вниманието на нив и да се обиде да ги реши за да избегне добивање несигурни информации за системот што се проучува.

Првиот проблем, кој се однесува и на методите на аналитичко моделирање, е да се најде „златната средина“ помеѓу поедноставувањето и сложеноста на системот. Според Шенон, уметноста на моделирање главно се состои од способност да се пронајдат и отфрлаат фактори кои не влијаат или имаат мало влијание врз карактеристиките на системот што се проучува. Наоѓањето на овој „компромис“ во голема мера зависи од искуството, квалификациите и интуицијата на истражувачот. Ако моделот е премногу поедноставен и не се земат предвид некои суштински фактори, тогаш постои голема веројатност да се добијат погрешни податоци од овој модел, од друга страна, ако моделот е сложен и вклучува фактори кои имаат мало влијание врз системот што се проучува, тогаш трошоците за создавање таков модел нагло се зголемуваат моделот и се зголемува ризикот од грешки во логичката структура на моделот. Затоа, пред да се создаде модел, неопходно е да се направи голема количина на работа за да се анализира структурата на системот и односите помеѓу неговите елементи, да се проучи севкупноста на влезните влијанија и внимателно да се обработат достапните статистички податоци за системот што се проучува. .

Вториот проблем е вештачката репродукција на случајни влијанија животната средина. Ова прашање е многу важно, бидејќи е најдинамично системи за производствосе стохастични, а при нивното моделирање неопходна е висококвалитетна непристрасна репродукција на случајноста, во спротивно, резултатите добиени од моделот може да бидат пристрасни и да не одговараат на реалноста.

Постојат две главни насоки за решавање на овој проблем: хардверско и софтверско (псевдослучајно) генерирање на случајни секвенци. На хардверски метод генерацијаслучајните броеви се генерираат со посебен уред. Како физички ефектосновните такви генератори на броеви најчесто користат шум во електронски и полупроводнички уреди, појави на распаѓање на радиоактивни елементи и сл.Недостатоци на хардверскиот метод на добивање случајни броевие недостатокот на способност да се провери (а со тоа и да се гарантира) квалитетот на низата при моделирање, како и неможноста да се добијат идентични низи од случајни броеви. Софтверски методсе заснова на генерирање на случајни броеви со помош на специјални алгоритми. Овој метод е најчест, бидејќи не бара посебни уреди и овозможува постојано репродуцирање на истите секвенци. Неговите недостатоци се грешката во моделирањето на распределбите на случајни броеви, воведена поради фактот што компјутерот работи со n-битни броеви (т.е. дискретни) и периодичноста на секвенците што произлегуваат поради нивното алгоритамско производство. Така, неопходно е да се развијат методи за подобрување и критериуми за проверка на квалитетот на генераторите на псевдослучајни секвенци.

Трето, повеќето комплексен проблеме да се процени квалитетот на моделот и резултатите добиени со негова помош (овој проблем е релевантен и за аналитичките методи). Соодветноста на моделите може да се процени со користење на методот стручни проценки, споредба со други модели (кои веќе ја потврдија нивната веродостојност) врз основа на добиените резултати. За возврат, за да се потврдат добиените резултати, некои од нив се споредуваат со постоечките податоци.

Во овој труд, предлагаме да ја анализираме темата за моделирање во компјутерската наука што е можно подетално. Овој дел има големо значењеда се обучуваат идни специјалисти од областа на информатичката технологија.

За да реши кој било проблем (индустриски или научен), компјутерската наука го користи следниов синџир:

Вреди да се обрне посебно внимание на концептот на „модел“. Без оваа врска, решавањето на проблемот нема да биде можно. Зошто се користи моделот и што се подразбира под овој термин? Ќе зборуваме за ова во следниот дел.

Модел

Моделирањето во компјутерската наука е создавање слика на кој било предмет од реалниот живот што ги одразува сите суштински карактеристики и својства. Неопходен е модел за решавање на проблем, бидејќи тој, всушност, се користи во процесот на решавање.

ВО училишен курсВо компјутерската наука темата моделирање започнува да се изучува во шесто одделение. На самиот почеток децата треба да се запознаат со концептот на модел. Што е тоа?

• Поедноставена сличност на објектот;
• Мала копија вистински објект;
• Шема на феномен или процес;
• Слика на феномен или процес;
• Опис на феномен или процес;
• Физички аналог на објект;
• Информациски аналог;
• Објект за задржување на место што ги рефлектира својствата на вистинскиот објект итн.

Моделот е многу широк концепт, како што веќе стана јасно од погоре. Важно е да се напомене дека сите модели обично се поделени во групи:

• материјал;
• совршено.

Материјалниот модел се подразбира како објект заснован на објект од реалниот живот. Тоа може да биде кое било тело или процес. Оваа групаВообичаено е да се подели на два вида:

• физички;
• аналоген.

Оваа класификација е условена, бидејќи е многу тешко да се повлече јасна граница помеѓу овие два подвидови.

Идеалниот модел е уште потешко да се карактеризира. Тоа е поврзано со:

• размислување;
• имагинација;
• перцепција.

Ова ги вклучува уметничките дела (театар, сликарство, литература и така натаму).

Цели на моделирање

Моделирањето во компјутерската наука е многу важна фаза, бидејќи има многу цели. Сега ве покануваме да ги запознаете.

Како прво, моделирањето помага да се разбере светот околу нас. Од памтивек, луѓето го акумулирале знаењето што го стекнале и го пренесувале на своите потомци. Така, се појави модел на нашата планета (глобус).

Во минатите векови, моделирањето се вршеше на непостоечки предмети кои сега се цврсто вградени во нашите животи (чадор, воденица и слично). Во моментов, моделирањето е насочено кон:

• идентификување на последиците од кој било процес (зголемување на трошоците за патување или рециклирање на хемиски отпад под земја);
• обезбедување на ефективноста на донесените одлуки.

Задачи за моделирање

Информативен модел

Сега ајде да зборуваме за друг тип на модели кои се изучуваат на училишен курс по компјутерски науки. Компјутерското моделирање, кое секој иден ИТ специјалист треба да го совлада, вклучува процес на имплементација на информациски модел со помош на компјутерски алатки. Но, што е ова, информативен модел?

Тоа е цела листа на информации за некој објект. Што опишува овој модел и што корисни информацииноси:

• својства на моделираниот објект;
• неговата состојба;
• врски со надворешниот свет;
• односи со надворешни предмети.

Што може да послужи како информативен модел:

• вербален опис;
• текст;
• цртање;
• маса;
• шема;
• цртање;
• формула и така натаму.

Карактеристична карактеристика на информативниот модел е тоа што не може да се допре, вкуси и слично. Не носи материјално отелотворување, бидејќи е претставено во форма на информации.

Систематски пристап кон креирање на модел

Во која класа училишна наставна програмастудираш моделирање? Информатиката во деветто одделение подетално ги запознава учениците со оваа тема. Токму на овој час детето учи за систематскиот пристап кон моделирањето. Предлагаме да разговараме за ова малку подетално.

Да почнеме со концептот на „систем“. Тоа е група на меѓусебно поврзани елементи кои работат заедно за да се постигне дадена задача. За да изградат модел што често го користат систематски пристап, бидејќи објектот се смета за систем кој работи во одредена средина. Доколку ги има комплексен објект, тогаш системот најчесто се дели на помали делови - потсистеми.

Цел на употреба

Сега ќе ги разгледаме целите на моделирањето (компјутерски науки, одделение 11). Претходно беше кажано дека сите модели се поделени на одредени типови и класи, но границите меѓу нив се произволни. Постојат неколку карактеристики според кои обично се класифицираат моделите: цел, област на знаење, временски фактор, метод на презентација.

Што се однесува до целите, вообичаено е да се разликуваат следниве типови:

• едукативни;
• искусен;
• имитација;
• играње;
• научни и технички.

Првиот тип вклучува едукативни материјали. Вториот е намален или зголемен копии на вистински предмети (модел на структура, авионско крило итн.). ви овозможува да го предвидите исходот на некој настан. Симулациското моделирање често се користи во медицината и социјалната сфера. На пример, дали моделот помага да се разбере како луѓето ќе реагираат на одредена реформа? Пред да се изврши сериозна операција на лице за трансплантација на органи, беа направени многу експерименти. Со други зборови, симулациониот модел ви овозможува да решите проблем користејќи обиди и грешки. Игра модел е еден вид на економски, бизнис или воена игра. Користејќи го овој модел, можете да го предвидите однесувањето на објектот во различни ситуации. Научен и технички модел се користи за проучување на процес или феномен (уред што симулира гром празнење, модел на движење на планетите на Сончевиот систем и така натаму).

Поле на знаење

Во кое одделение учениците подетално се запознаваат со моделирањето? Информатиката во 9-то одделение се фокусира на подготовка на своите ученици за испити за прием во високото образование образовни установи. Откако во Билети за унифициран државен испити GIA има прашања за моделирање, сега е неопходно да се разгледа оваа тема колку што е можно подетално. Значи, како се случува класификација по област на знаење? Врз основа на оваа карактеристика, се разликуваат следниве типови:

• биолошки (на пример, вештачки предизвикани болести кај животните, генетски нарушувања, малигни неоплазми);
• однесување на компанијата, модел на формирање пазарна цена и така натаму);
• историски (семејно стебло, модели историски настани, модел на римската војска и слично);
• социолошки (модел од личен интерес, однесување на банкарите при прилагодување на ново економските услови) и така натаму.

Фактор на време

Според оваа карактеристика, се разликуваат два вида модели:

• динамичен;
• статични.

Судејќи само по името, не е тешко да се погоди дека првиот тип го одразува функционирањето, развојот и промената на објектот со текот на времето. Статикот, напротив, е способен да опише објект во одреден момент во времето. Овој тип понекогаш се нарекува структурен, бидејќи моделот ја рефлектира структурата и параметрите на објектот, односно дава слика на информации за него.

Примери се:

• збир на формули кои го одразуваат движењето на планетите на Сончевиот систем;
• графикон на промени во температурата на воздухот;
• видео снимање на вулканска ерупција и така натаму.

Примери статистички моделпослужете:

• список на планети од Сончевиот систем;
• мапа на областа и така натаму.

Метод на презентација

За почеток, многу е важно да се каже дека сите модели имаат форма и форма, тие секогаш се направени од нешто, некако претставено или опишано. Според овој критериум, се прифаќа на следниов начин:

• материјал;
• нематеријални.

Првиот тип вклучува материјални копии на постоечки објекти. Можете да ги допрете, да ги мирисате и така натаму. Тие ги рефлектираат надворешните или внатрешните својства и дејствата на објектот. Зошто се потребни модели на материјали? Тие се користат за експериментален методкогниција (експериментален метод).

Претходно се осврнавме и на нематеријалните модели. Тие користат теоретски методзнаење. Таквите модели обично се нарекуваат идеални или апстрактни. Оваа категорија е поделена на уште неколку подтипови: имагинарни модели и информативни.

Информациските модели обезбедуваат листа на различни информации за некој објект. Информативниот модел може да биде табели, слики, вербални описи, дијаграми и така натаму. Зошто овој моделнаречен нематеријално? Целата поента е дека не можете да го допрете, бидејќи нема материјално отелотворување. Меѓу информациските модели, се прави разлика помеѓу иконски и визуелни.

Имагинарниот модел е еден од креативен процес, поминувајќи низ имагинацијата на една личност, која му претходи на создавањето на материјален предмет.

Фази на моделирање

Темата по информатика за 9 одделение „Моделирање и формализација“ има голема тежина. Тоа е задолжително учење. Во 9-11 одделение, од наставникот се бара да ги запознае учениците со фазите на создавање модели. Ова е она што ќе го направиме сега. Значи, се разликуваат следните фази на моделирање:

• значајна изјава на проблемот;
• математичка формулација на проблемот;
• развој со користење на компјутери;
• работа на моделот;
• добивање на резултатот.

Важно е да се напомене дека при проучувањето на сè што не опкружува, се користат процеси на моделирање и формализирање. Компјутерски науки е предмет посветен на современи методипроучување и решавање на какви било проблеми. Следствено, акцентот е на моделите што може да се имплементираат со помош на компјутер. Посебно вниманиеВо оваа тема треба да се посвети внимание на развојот на алгоритам за решение со користење на електронски компјутери.

Односите меѓу предметите

Сега да разговараме малку за врските меѓу објектите. Вкупно има три вида:

• еден до еден (таквата врска е означена со еднонасочна стрелка во една или друга насока);
• еден до многу (повеќе врски се означени со двојна стрелка);
• многу до многу (оваа врска е означена со двојна стрелка).

Важно е да се напомене дека врските можат да бидат условни или безусловни. Безусловната врска вклучува користење на секој примерок на објект. А во условното се вклучени само поединечни елементи.