Информационная модель объекта. 3

Министерство  Образования Российской Федерации  

Санкт-Петербургский  Технологический институт   
 

Кафедра Управления персоналом и рекламы           
 
 
 
 
 
 
 
 

Реферат   

по специальности "Реклама и связи с общественностью"   

на тему:   

"Информационная  модель объекта"           
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Выполнил: студентка Ламанова Ю.А.  

Руководитель: старший преподаватель кафедры  бизнес-информатики Парамонова Надежда  Николаевна     
 
 
 
 
 
 

                                           Санкт-Петербург, 2012 
 
 
 

Оглавление

Введение 3

Понятие модели 5

Информационная модель объекта 8

Виды классификации моделей 10

Формализация и визуализация моделей 13

Заключение 16

Список использованной литературы 17 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Введение

       Истоки моделирования обнаруживаются в далеком прошлом человечества, наскальные рисунки охоты на животных можно рассматривать как модель удачной охоты. 
       Архитектор готовится построить здание, но прежде чем воздвигнуть его, он сооружает макет этого здания, чтобы посмотреть, как оно будет выглядеть. Это модель. Для того чтобы объяснить внутреннее строение человека или животного учитель демонстрирует модель или плакат, на котором наглядно можно продемонстрировать строение внутренних органов. Это модель. На стене висят картины, изображающие пейзаж природы. Это модель. 
Глобус – это модель земного шара. Манекен в магазине – модель человека. 
В роли модели могут выступать самые разнообразные объекты, в том числе условные и мысленные (изображения, описания, схемы, карты, математические формулы, компьютерные программы и т.д.) Перечислять примеры моделей можно сколь угодно долго. 
А для чего же создают модели?

«Модель – это упрощенное представление о реальном объекте».

          В 1870 г. английское Адмиралтейство спустило на воду новый броненосец "Кэптен”. Корабль вышел в море и перевернулся. Погиб корабль. Погибли 523 человека. Это было совершенно неожиданно для всех. Для всех, кроме одного человека. Им был английский ученый-кораблестроитель В.Рид, который предварительно провел исследования на модели броненосца и установил, что корабль опрокинется даже при небольшом волнении. Но ученому, проделывающему какие-то несерьезные опыты с "игрушкой”, не поверили лорды из Адмиралтейства. И случилось непоправимое...

     Человечество  в своей деятельности (научной, образовательной) постоянно создает и использует модели окружающего мира. Строгие  правила построения моделей сформулировать невозможно, однако человечество накопило богатый опыт моделирования различных  объектов и процессов.

     Модели  позволяют в наглядной форме  представить объекты и процессы, недоступные для непосредственного  восприятия (очень большие или  очень маленькие объекты, очень  быстрые или очень медленные  процессы и др.). Наглядные модели часто используются в процессе обучения. В курсе географии первые представления  о нашей планете Земля мы получаем, изучая ее модель - глобус, в курсе  физики изучаем работу двигателя  внутреннего сгорания по его модели, в химии при изучении строения вещества используем модели молекул  и кристаллических решеток, в  биологии изучаем строение человека по анатомическим муляжам и т.д.

     Модели  играют чрезвычайно важную роль в  проектировании и создании различных технических устройств, машин и механизмов, зданий, электрических цепей и т.д.

     Моделирование - это метод познания, состоящий  в создании и исследовании моделей.

       При выполнении человеком какого-либо действия ему обычно предшествует возникновение в его создании модели будущего поведения. Собирается ли он строить дом или решать задачу, переходит улицу или отправляется в поход - он непременно сначала представляет все это в уме. Это главное отличие человека мыслящего от всех других существ на земле. Один и тот же объект в различных ситуациях может описываться различными моделями.

     С другой стороны разные объекты могут  описываться одной моделью.

     Каждый  объект имеет большое количество различных свойств. В процессе построения моделей выделяются главные, наиболее существенные для проводимого исследования свойства. В процессе исследования аэродинамических качеств модели самолета в аэродинамической трубе важно, чтобы модель имела геометрическое подобие оригинала, но не важен, например, ее цвет. При построении электрических схем - моделей электрических цепей - необходимо учитывать порядок подключения элементов цепи друг к другу, но не важно их геометрическое расположение друг относительно друга и так далее.

 Понятие модели

   Объекты окружающего нас мира, даже те, которые  кажутся самыми простыми, на самом  деле необычайно сложны. Чтобы понять, как действует тот или иной объект, иногда приходится вместо реальных объектов рассматривать их упрощенные представления. При построении модели сам объект часто называют оригиналом или прототипом. 

   Дети  с младенчества окружены игрушками: куклами, зверюшками, машинками. Каждая игрушка представляет реальный объект окружающего мира. Играя с моделями реальных объектов и исследуя их, дети познают окружающий мир. При этом модели, как правило, усложняются  и несут в себе новые черты  исходного объекта. 

   Для любого объекта может  существовать множество  моделей, различных по сложности и степени сходства с оригиналом. Модели могут отражать некоторые характеристики объекта – свойства (внешний облик или вид, основные узлы), действия (совершаемые движения), среду (среда обитания).  Разнообразие моделей определяется разнообразием целей, поставленных при их создании.

   Например, цель создания игрушек – познание окружающего мира. А модель корабля, помещённая в бассейн, позволяет  изучить его поведение при  качке.

     Все модели можно разбить на два больших  класса: модели предметные (материальные) и модели информационные. Предметные модели воспроизводят геометрические, физические и другие свойства объектов в материальной форме (глобус, анатомические  муляжи).

     Информационные модели представляют объекты и процессы в образной или знаковой форме.

     Образные  модели (рисунки, фотографии) представляют собой зрительные образы объектов, зафиксированные на каком-либо носителе информации (бумаге, кинопленке). Широко используются образные информационные модели в образовании (плакаты по различным предметам) и науках, где требуется классифицировать объекты по их внешним признакам.

     Знаковые  информационные модели строятся с использованием различных языков (знаковых систем). Знаковая информационная модель может  быть представлена в форме текста (например, программы на языке программирования), формулы, таблицы и так далее.

     Статическая модель — это как бы одномоментный  срез информации по объекту. Например, обследование учащихся в стоматологической  поликлинике дает картину состояния  их ротовой полости на данный момент времени: число молочных и постоянных зубов, пломб, дефектов и т.п. Динамическая модель позволяет увидеть изменения  объекта во времени. В примере  с поликлиникой карточку школьника, отражающую изменения, происходящие с  его зубами за многие годы, можно  считать динамической моделью. При  строительстве дома рассчитывают прочность  и устойчивость к постоянной нагрузке его фундамента, стен, балок —  это статическая модель здания. Но еще надо обеспечить противодействие  ветрам, движению грунтовых вод, сейсмическим колебаниям и другим изменяющимся во времени факторам. Это можно решить с помощью динамических моделей

     Информационные  модели отражают различные типы систем объектов, в которых реализуются  различные структуры взаимодействия и взаимосвязи между элементами системы. Для отражения систем с  различными структурами используются различные типы информационных моделей: табличные, иерархические и сетевые.

     Знаковые и вербальные информационные модели

     К информационным моделям можно отнести  вербальные (от лат. «verbalize» — устный) модели, полученные в результате раздумий, умозаключений. Они могут так  и остаться мысленными или быть выражены словесно. Примером такой модели может  стать наше поведение при переходе улицы. Человек анализирует ситуацию на дороге (что показывает светофор, как далеко находятся машины, с  какой скоростью они движутся и т. п.) и вырабатывает свою модель поведения. Если ситуация смоделирована  правильно, то переход будет безопасным, если нет, то может произойти авария. К таким моделям можно отнести и идею, возникшую у изобретателя, и музыкальную тему, промелькнувшую в голове композитора, и рифму, прозвучавшую пока еще в сознании поэта. Вербальная модель – информационная модель в мысленной или разговорной форме. Знаковая модель – информационная модель, выраженная специальными знаками, т. е. средствами любого формального языка. Знаковые модели окружают нас повсюду. Это рисунки, тексты, графики и схемы... Вербальные и знаковые модели, как правило, взаимосвязаны. Мысленный образ, родившийся в мозгу человека, может быть облечен в знаковую форму. И наоборот, знаковая модель помогает сформировать в сознании верный мысленный образ.

     Согласно  легенде, яблоко, упавшее на голову Ньютону, вызвало в его сознании мысль о земном притяжении. И только впоследствии эта мысль оформилась в закон, т. е. обрела знаковую форму. Человек прочитал текст, объясняющий  некоторое физическое явление, и  у него сформировался мысленный  образ. В дальнейшем такой образ  поможет распознать реальное явление. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

 Информационная модель объекта

   Для исследования объекта необязательно  создавать материальные модели. Представляя  цель исследования, достаточно располагать  необходимой информацией и представить  её в надлежащей форме. В этом случае говорят о создании и использовании  информационной модели объекта. 

   Информационная  модель – это целенаправленно  отобранная информация об объекте, которая  отображает наиболее существенные для  исследователя свойства этого объекта.  

   Познавая  окружающий мир, человек формирует  своё представление о нём. Ежедневно  создаваемые информационные модели реальных объектов помогают человеку в процессе познания. Любая модель создаётся и изменяется на основе имеющейся у человека информации о реальных объектах, процессах или  явлениях. 

   От  умения человека правильно понимать и обрабатывать информацию во многом зависят его возможности в  познании окружающего мира и, как  следствие, его умение создавать  модели. 

   Для того, чтобы изучить объект, человек  целенаправленно собирает информацию о нём. В зависимости от цели исследования собираемая информация может и должна отличаться. 

   Пример: Объект «собака».

                   Цель 1: Нарисовать собаку.

                   Информация 1: Внешние данные, повадки.

                   Цель 2: Описать собаку, пригодную  для охранной службы.

                   Информация 2: Нюх, выносливость, быстрота  бега,  дрессировка. 

   В данном примере прототип один, а  полученные модели будут сильно различаться. 

   Формы представления информационных моделей  могут быть различными, например:

• В виде жестов или сигналов,
• Устная, словесная,
• Символьная (текст, числа, специальные символы),
• Графическая,
• Табличная.

Виды классификации моделей

         Для моделей можно составить различные виды классификаций в зависимости от выбранного основания. Таким основанием служат один или несколько признаков, общих для некоторых групп моделей. Рассмотрим несколько наиболее распространенных видов классификации, определяемых следующими признаками:

• областью использования;
• учетом в модели временного фактора (динамики);
• отраслью знаний;
• способом представления моделей.

Если рассматривать  модели с позиции “для чего”, “с какой целью” используются, то можно применить классификацию, изображённую на рисунке.

Учебные модели используются при обучении. Это могут быть наглядные пособия, различные тренажеры, обучающие программы.

Опытные модели – это уменьшенные или увеличенные копии проектируемого объекта. Они используются для исследования объекта прогнозирования его будущих характеристик. Например, модель корабля исследуется в бассейне для изучения устойчивости судна при качке, модель автомобиля “продувается” в аэродинамической трубе с целью исследования обтекаемости кузова, модель сооружения используется для привязки здания к конкретной местности, модель гидросооружений (водохранилищ, гидростанций) помогает на стадии их разработки решить разнообразные технические, экологические и другие проблемы.

Научно-технические  модели создаются для исследования процессов и явлений. К таким моделям можно отнести и синхротрон – ускоритель электронов, и прибор для получения грозового электрического разряда, и стенд для проверки телевизоров.

Игровые модели – это военные, экономические, спортивные, деловые игры. Эти модели как бы репетируют поведение объекта в различных ситуациях, проигрывая их с учетом возможной реакции со стороны конкурента, союзника или противника. С помощью игровых моделей можно оказывать психологическую помощь больным, разрешать конфликтные ситуации.

Имитационные  модели не просто отражают реальность с той или иной степенью точности, а имитируют ее. Эксперименты с моделью проводятся при разных исходных данных. По результатам исследования делаются выводы. Такой метод подбора правильного решения получил название метода проб и ошибок. Например, для выявления побочных действий лекарственных препаратов их испытывают в серии опытов на животных.

Другим примером имитационного моделирования может  служить экспериментальная деятельность в школах. Предположим, в обучение хотят ввести новый предмет “Основы  вождения”. Для эксперимента отбирается ряд школ. Где-то учат водить школьный грузовик, где-то – собранный учащимися  легковой автомобиль, а в некоторых  школах все сводится к изучению правил дорожного движения (моделирование  с различными входными данными). Последующая  проверка и анализ результатов по внедрению нового предмета в множестве  школ помогает сделать вывод о  целесообразности обучения этой дисциплине во всех школах страны.

Как уже упоминалось, одна из классификаций связана с  фактором времени. Модели можно разделить  на статические и динамические по тому, как отражается в них динамика происходящих процессов (см. рис.).

Статическая модель – это единовременный срез информации по данному объекту. Например, обследование учащихся в стоматологической поликлинике дает состояние их зубов на данный момент времени: соотношение молочных и постоянных, наличие пломб, дефектов и т. п.

Динамическая  модель представляет картину изменения объекта во времени. В примере с поликлиникой медицинскую карту ученика, отражающую изменение состояния его зубов в течение многих лет, можно считать динамической моделью.

При строительстве  дома рассчитывают прочность его  фундамента, стен, балок и устойчивость их к постоянной нагрузке. Это статическая  модель здания. Но надо также обеспечить противодействие ветрам, движению грунтовых  вод, сейсмическим колебаниям и другим изменяющимся во времени факторам. Эти вопросы можно решить; с  помощью динамических моделей.

Как видно из примеров, один и тот же объект можно  охарактеризовать и статической, и  динамической моделью.

Можно классифицировать модели и по тому, “к какой отрасли” знаний или деятельности человека они относятся (биологические, социологические, экономические, исторические и т. п.) и по множеству других факторов. 
 
 

Формализация  и визуализация моделей

На протяжении своей истории человечество использовало различные способы и инструменты  для создания информационных моделей. Эти способы постоянно совершенствовались. Так, первые информационные модели создавались  в форме наскальных рисунков. В  настоящее время информационные модели обычно строятся и исследуются  с использованием современных компьютерных технологий.

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

В истории науки  известны многочисленные описательные информационные модели. Так, гелиоцентрическая  модель мира Коперника на естественном языке формулировалась следующим  образом:

• Земля вращается  вокруг Солнца, а Луна вращается  вокруг Земли;

• все планеты  вращаются вокруг Солнца.

Однако более  нагляден способ ее представления в  виде рисунка .  

В физике явление  электростатического взаимодействия двух зарядов описывается на естественном языке так: «Два одноименных заряда отталкиваются, а два разноименных — притягиваются» .

Для наглядности  можно нарисовать линии напряженности  электростатического поля и эквипотенциальные  поверхности.

В химии строение молекулы ВОДЫ можно качественно  описать на естественном языке: .Молекула воды состоит из атома кислорода и двух атомов водорода.

Для наглядности  строение молекулы можно нарисовать .

Формализация  информационных моделей. С помощью формальных языков строятся формальные информационные модели. Математика является наиболее широко используемым формальным языком. С использованием математических понятий и формул строятся математические модели. Математика включает различные формальные языки, с некоторыми из них (алгебра и геометрия) вы знакомитесь а школе.

В естественных науках (физике, химии и др.) строятся формальные модели явлений и процессов. В большинстве случаев для  этого применяется универсальный  математический язык алгебраических формул. Однако в некоторых случаях используются специализированные формальные языки (в химии — язык химических формул, в музыке — нотная грамота и  т. д.).

Ньютон формализовал гелиоцентрическую систему мира, открыв закон всемирного тяготения  и законы механики и записав в  виде формул. F = γ

В химии строение молекулы воды описывается химической формулой. Н₂0  

Процесс построения информационных моделей с помощью  формальных языков называется формализацией.

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

Визуализация формальных моделей. В процессе исследования  формальных моделей часто производится их визуализация. Для визуализации алгоритмов используются блок-схемы пространственных соотношений между объектами — чертежи, моделей электрических цепей — электрические схемы.  При визуализации формальных моделей с помощью анимации может отображаться динамика процесса, производиться построение графиков изменения величин и т. д.

В настоящее  время широкое распространение  получили компьютерные интерактивные визуальные модели. В таких моделях исследователь может менять начальные условия  и параметры протекания процессов и наблюдать изменения в поведении модели.

В качестве примера  визуализации формальной модели можно  привести компьютерную визуальную интерактивную  модель гидравлической машины.

В компьютерном эксперименте можно изменять площади  поршней и массы грузов  в обоих коленах и вывести формулу соотношения между площадями поршней и действующими на них силами. 
 
 
 
 
 
 
 
 

Заключение

Форма представления информации об объекте  или процессе часто зависит от инструмента, с помощью которого она будет обрабатываться. В настоящее  время всё чаще для обработки  информации об объектах используется компьютер. Этот универсальный инструмент позволяет разрабатывать и исследовать  модели разнообразных объектов –  молекул и атомов, висячих мостов и других архитектурных сооружений, самолётов  автомобилей. Использование  современных информационных технологий позволяет рассматривать объект с разных сторон, изучать его форму, состояния, действия, используя для  каждого случая конкретную модель.

     Модели имеют чрезвычайно важную роль в проектировании и создании различных технических устройств, машин и механизмов, зданий, электрических цепей и т. д. Без предварительного создания чертежа невозможно изготовить даже простую деталь, не говоря уже о сложном механизме. В процессе проектирования зданий и сооружений кроме чертежей часто изготавливают их макеты. Разработка электрической схемы обязательно предшествует созданию электрических цепей и т. д.

      Развитие науки невозможно без создания теоретических моделей (теорий, законов, гипотез и т. д.), отражающих строение, свойства и поведение реальных объектов. Создание новых теоретических моделей иногда коренным образом меняет представление человечества об окружающем мире (например, такую роль сыграла гелиоцентрическая система мира Коперника). Истинность теоретических моделей, т. е. их соответствие законам реального мира, проверяется с помощью опытов и экспериментов.

    Все художественное творчество фактически является процессом создания моделей. Например, такой литературный жанр, как басня, переносит реальные отношения между людьми на отношения между животными и фактически создает модели человеческих отношений. Более того, практически любое литературное произведение может рассматриваться как модель реальной человеческой жизни. Моделями, в художественной форме отражающими реальную действительность, являются также живописные полотна, скульптуры, театральные постановки и т. д.

   Информационные  модели играют очень  важную роль в жизни  человека. Получаемые на уроках в школе  знания позволяют  учащимся составить  различные информационные модели, которые в  совокупности отражают информационную картину  окружающего мира.

Список  использованной литературы

Ю. А. Шафрин. Основы компьютерной технологии. М.: АБФ, 1998. 

И. Г. Семакин. Системы, структуры, модели. Главы из книги для учащихся//Информатика и образование. 1998. 

Моделирование систем. Практикум по компьютерному  моделированию 

Ю. Б. Колесов, Ю. Б. Сениченков — Санкт-Петербург, БХВ-Петербург, 2007 г.