Классификация и формы представления моделей

МИНОБРНАУКИ РОССИИ

 

Государственное образовательное учреждение

высшего профессионального  образования

Санкт-Петербургский  государственный технологический  институт

(технический  университет)

Кафедра бизнес-информатики

 

 

 

 

 

 

РЕФЕРАТ

ПО компьютерным технологиям и информатике

 

 Классификация и формы представления моделей

 

 

 

      

 

 

         Выполнил студент

         Чистюлина К.А.

                   Специальность 031600

      Руководитель:

Параманова  Надежда Николаевна

            старший преподаватель

              Оценка 

 

 

 

Санкт-Петербург

2011

СОДЕРЖАНИЕ

1. Введение …………………………………………………………………….2
2. Модель. Цель, формы моделей …………………………………………….3
3. Классификация моделей…………………………………………………….5
4. Свойства моделей……………………………………………………………8
5. Моделирование. Виды моделирования…………………………………….9
6. Процесс моделирования…………………………………………………….11
7. Заключение…………………………………………………………………..14
8. Библиографический список………………………………………………....15
9. Приложения………………………………………………………….............16

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. Введение

 

 

Исследуя объекты окружающего мира, мы вынуждены как-то отображать результаты исследования для того, чтобы, с одной стороны, представить их и виде, удобном для анализа, а с другой для их хранения и передачи в пространстве или времени. Проектируя, создавая что-то новое, мы первоначально формируем некоторый образ этого нового. Управляя чем-либо, мы, как правило, пытаемся анализировать, к каким последствиям приведет управление. Перечисленные задачи требуют фиксации (представления) информации об объекте в виде некоторого образа (словесного, графического и т. п.). 
В связи с этим в познавательной и практической деятельности человека большую, если не ведущую, роль играют модели и моделирование. Особенно незаменимо моделирование при работе со сложными объектами (в частности, экономическими). Все это делает моделирование важнейшим инструментом системного анализа.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2. Модель. Цель, формы, виды моделей

 

Формально модель является неким объектом произвольной формы, которая выполняет функцию хранения информации и отражает свойства, характеристику и связи объекта-оригинала. Модель позволяет изучить некоторые свойства, необходимые для дальнейшего использования в оригинале. То есть, говоря иными словами, это упрощенное подобие оригинального объекта, необходимый для изучения и составления нужных данных. Она может быть точной копией, либо же может отражать отдельные свойства оригинала.

Модель выполняет  две основные цели:

1. Объяснение/ понимание объекта;
2. Воспроизведение характеристики объекта, определяющее его поведение.

Все модели можно условно разделить на два больших класса: материальные (предметные) и информационные. Предметные модели отражают геометрические, физические и иные свойства материальных объектов. Примером материальных моделей могут служить макеты сооружений, зданий, техники, анатомические муляжи. Информационные же модели не имеют реального воплощения. Они несут теоретический метод познания, могут быть представлены в разговорной форме, либо же сформированы в воображении.

Стоит также  подчеркнуть и информационный тип моделей, который делится на табличные, иерархические и сетевые. Табличные модели представлены в виде списка, их значения размещаются в ячейках прямоугольной формы; в иерархических объекты распределены по уровням, каждый элемент высокого уровня состоит из элементов нижнего уровня, а элемент нижнего уровня может входить в состав только одного элемента более высокого уровня; сетевые модели отражают системы, связь между элементами которой имеют сложную структуру.

По степени  формализации они бывают образно-знаковые и знаковые. Образно-знаковые представляют собой модель, которая подключает образное мышление. Ярким примером таких моделей является географическая карта. зная определенный язык, можно получить достоверную информацию о нужном объекте.

Группы образно-знаковых моделей:

• геометрические (отображают внешний вид оригинала);
• структурные модели, отображающие строение объектов и связи их параметров;
• словесные модели, описанные средствами естественного языка;
• алгоритмические модели.

Группы знаковых моделей:

• математические модели, представленные математическими  формулами, отображающими связь различных параметров объекта;
• специальные модели (ноты, химические формулы и т.д.).
• алгоритмические модели, представляющие процесс в виде программы, записанной на специальном языке.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3. Классификация  моделей

 

По классификации  модель условно можно разделить  по следующим признакам:

1. по области использования;
2. по фактору времени;
3. по отрасли знаний;
4. по форме представления.

 

1. По области использования модели классифицируются на учебные, опытные, научно-технические, игровые и имитационные.

Учебные модели используются при обучении и могут  быть в форме наглядных пособий, развивающих и пошаговых программ, различных тренажеров. Модели подобного вида позволяют дать необходимые знания об объекте.

Опытные модели являются уменьшенной/ увеличенной копией проектируемого объекта. Они используются для исследования и прогнозирования будущих характеристик. Примером опытных моделей может служить испытание модели корабля в бассейне для определения устойчивости судна.

Научно-технические  модели необходимы для исследования  процессов и явлений. Наглядным примером данного типа может служить синхротрон.

Игровые модели служат для создания определенного  поведения объекта в различных  ситуациях. Они могут быть деловыми, экономическими, спортивными. Необходимо учитывать реакцию как со стороны союзника, так и со стороны противника. С помощью таких моделей можно разрешать определенные конфликтные ситуации.

Имитационные  модели служат для отражения (имитации) реальности с той или иной точностью. Они представляют собой метод проб и ошибок, определенный эксперимент, при выявлении которого складываются правильные решения. Ярким примером имитационной модели могут служить различные эксперименты над животными с целью выявления нового лекарственного препарата.

2. По фактору времени модели делятся на статические и динамические.

Статические модели описывают состояние системы в определенный момент времени, при котором происходит одновременный срез информации. Примером подобной модели ожжет служить обследование пациента у специалиста, состояние здоровья определенных органов или частей тела на данный период.

Динамические  модели описывают процессы изменения и развития системы, т.е. изменение данного объекта во времени. Примером такой модели могут служить специальные расчеты при строительстве здания – прочность фундамента, стен, балок и их дальнейшая устойчивость при постоянной нагрузке.

3. По отрасли знаний модели делятся на математические, биологические, химические, социальные, экономические и т.д.
4. По форме представления модели делятся на предметные (материальные) и абстрактные (нематериальные).

 

Материальные  модели представляют собой:

a) геометрически  подобные масштабные, воспроизводящие  пространственно- геометрические характеристики оригинала безотносительно его субстрату (макеты зданий и сооружений, учебные муляжи и др.);

b) основанные  на теории подобия субстратно  подобные, воспроизводящие с масштабированием в пространстве и времени свойства и характеристики оригинала той же природы, что и модель, (гидродинамические модели судов, продувочные модели летательных аппаратов);

c) аналоговые  приборные, воспроизводящие исследуемые  свойства и характеристики объекта оригинала в моделирующем объекте другой природы на основе некоторой системы прямых аналогий (разновидности электронного аналогового моделирования).

 

Нематериальные модели представляют собой:

1. Вербальные - словесное описание на естественном языке).
2. Знаковые - информационная модель, выраженная специальными знаками (средствами любого формального языка).
3. Математические - математическое описание соотношений между количественными характеристиками объекта моделирования.
4. Графические - карты, чертежи, схемы, графики, диаграммы, графы систем.
5. Табличные - таблицы: объект-свойство, объект-объект, двоичные матрицы и так далее.
6. Идеальные – материальная точка, абсолютно твердое тело, математический маятник, идеальный газ, бесконечность, геометрическая точка и прочее...
7. Неформализованные - системы представлений об объекте оригинале, сложившиеся в человеческом мозгу.
8. Частично формализованные.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4. Свойства модели.

• Конечность (модель отображает оригинал лишь в конечном числе его отношений и, кроме того, ресурсы моделирования конечны);
• Упрощенность (модель отображает только существенные стороны объекта);
• Приблизительность (действительность отображается моделью грубо или приблизительно);
• Адекватность (насколько успешно модель описывает моделируемую систему);
• Информативность (модель должна содержать достаточную информацию о системе - в рамках гипотез, принятых при построении модели);
• Потенциальность (предсказуемость модели и её свойств);
• Сложность (удобство её использования);
• Полнота (учтены все необходимые свойства);
• Адаптивность.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5. Моделирование.  Виды моделирования.

 

Моделирование – это построение, совершенствование, изучение и применение моделей, которые реально существуют или проектируются.

Моделирование связано с выяснением или воспроизведением свойств какого-либо реального или создаваемого объекта, процесса или явления с помощью другого объекта, процесса или явления. Можно назвать три основных причины, по которой мы прибегаем к моделированию. Во-первых, сложность реальных объектов, число факторов, относящееся к проблеме, выходит за пределы наших возможностей. С помощью моделей мы упрощаем сложившуюся ситуацию. Во-вторых – необходимость в проведении эксперимента. Практика позволяет оценить все плюсы и минусы планируемого объекта. В-третьих – ставить прогноз. К остальным причинам относятся: исследуемый объект либо очень мало (атом), либо очень велик(Солнечная система); процесс протекает либо очень быстро, либо очень медленно; исследование реального объекта может привести к его разрушению.

Применительно к естественно-техническим, социально-экономическим  и другим наукам принято различать следующие виды моделирования:

• концептуальное моделирование, при котором с помощью некоторых специальных знаков, символов, операций над ними или с помощью естественного или искусственного языков истолковывается основная мысль (концепция) относительно исследуемого объекта;
• интуитивное моделирование, которое сводится к мысленному эксперименту на основе практического опыта работников (широко применяется в экономике);
• физическое моделирование, при котором модель и моделируемый объект представляют собой реальные объекты или процессы единой или различной физической природы, причем между процессами в объекте-оригинале и в модели выполняются некоторые соотношения подобия, вытекающие из схожести физических явлений;
• структурно-функциональное моделирование, при котором моделями являются схемы, (блок-схемы), графики, чертежи, диаграммы, таблицы, рисунки, дополненные специальными правилами их объединения и преобразования:
• математическое (логико-математическое) моделирование, при котором моделирование, включая построение модели, осуществляется средствами математики и логики;
• имитационное (программное) моделирование, при котором логико-математическая модель исследуемого объекта представляет собой алгоритм функционирования объекта, реализованный в виде программного комплекса для компьютера.

 

     Перечисленные выше виды моделирования не являются взаимоисключающими и могут применяться при исследовании сложных объектов либо одновременно, либо в некоторой комбинации. Отдельно следует сказать о компьютерном моделировании, являющемся развитием имитационного моделирования.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

6. Процесс  моделирования

 

В своей деятельности человек всегда решает две задачи – конструктивную и экспертную. В экспертной задаче на основании имеющейся информации описывается прошлое, настоящее и предсказывается будущее. Суть конструктивной задачи заключается в том, чтобы создать нечто с заданными свойствами. Для решения экспертных задач применяют так называемые описательные модели, а для решения конструктивных — нормативные.

Описательное моделирование (дескриптивное, познавательное) предназначены для описания свойств или поведения реальных (существующих) объектов. Они являются формой представления знаний о действительности. Можно назвать следующие цели описательного моделирования в зависимости от решаемых задач: 
           • изучение объекта (научные исследования) — наиболее полно и точно отразить свойства объекта; 
         • управление — наиболее точно отразить свойства объекта в рабочем диапазоне изменения его параметров; 
         • прогнозирование — построить модель, способную наиболее точно прогнозировать поведение объекта в будущем; 
         • обучение - отразить в модели изучаемые свойства объекта.

Построение  описательной модели происходит по следующей  схеме: наблюдение, кодирование, фиксация.

Модель объекта  можно построить, только наблюдая за ним. То, что мы наблюдаем, необходимо закодировать либо с помощью слов, либо символов, в частности, математических, либо графических образов, либо в  виде физических предметов, процессов или явлений. И наконец, закодированные результаты наблюдения надо зафиксировать в виде модели.

Отражение свойств  объекта в модели не является полным в силу разных причин: особенностей восприятия, наличия и точности измерительных  приборов, потребности и, наконец, психического состояния субъекта. Если обозначить полную информацию об объекте через I_o, а воспринимаемую информацию — I_в, то отражение математически можно сформулировать следующим образом:

Хотелось бы обратить внимание на субъективный характер моделей. Во все, что ни делает человек, в том числе и построение моделей, он вкладывает свою точку зрения. Это, в частности, может привести к тому, что мы принимаем свою точку зрения за единственную, а карту местности — за саму местность, которую она представляет. Существуют следующие субъективные факторы, влияющие на качество создаваемых моделей:

1. Избирательность

Модель строится на основании наблюдений за объектом, но человек замечает свойства объекта избирательно. На это влияют образование, мировоззрение, опыт, а также настроение, чувства, заботы и общее самочувствие. В результате формируется модель, не отвечающая целям моделирования.

          2. Конструирование

  Обратный аналог избирательности: мы начинаем видеть то, чего нет. Мы заполняем пробелы в информации о мире, чтобы он приобрел некий смысл и предстал перед нами в том виде, каким, по нашему мнению, он должен быть. Длительная эволюция воспитала нас дополнять увиденные фрагменты до полного образа: если мы видим из-за дерева голову волка, то мысленно дорисовываем его туловище и хвост. Поэтому когда при исследовании объекта мы получаем неполную информацию о нем, то невольно заполняем информационные «пробелы», исходя из своего опыта.  
          3. Искажение

Искажение проявляется  в том, что мы строим модели окружающего  мира, выделяя одни его составляющие за счет замалчивания других. В частности, искажение лежит в основе творческих способностей (поэта, художника, композитора) и некоторых болезней, например паранойи. 
Обобщения. Пользуясь обобщением, мы создаем мысленные модели, взяв за основу один случай и обобщив его на все возможные случаи. Обобщение является основой статистических выводов, но при условии так называемой репрезентативной (представительной) выборки ситуаций. Опасность обобщения состоит в том, что, взяв какую-либо ситуацию, человек расценивает ее как типичную и распространяет извлеченные из нее выводы на все сходные, по его мнению, ситуации (что, в частности, и является основой суеверия).

Таким образом, не все свойства объекта нам доступны из-за свойств окружающей среды, а из доступных не все мы можем измерить или оценить.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 
 

 

7. Заключение

 

Следует вдуматься в определение, даваемое Н.Н. Моисеевым «Под моделью мы будем понимать упрощенное, если угодно, упакованное знание, несущее вполне определенную, ограниченную информацию о предмете (явлении), отражающее те или иные его отдельные свойства. Модель можно рассматривать как специальную форму кодирования информации. В отличие от обычного кодирования, когда известна вся 220 исходная информация и мы лишь переводим ее на другой язык, модель, какой бы язык она не использовала, кодирует и ту информацию, которую люди раньше не знали.

Можно сказать, что модель содержит в себе потенциальное знание, которое человек, исследуя ее, может приобрести, сделать наглядным и использовать в своих практически жизненных нуждах. Для этих целей в рамках самих наук развиты специальные методы анализа. Именно этим и обусловлена предсказательная способность модельного описания».

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

8. Список литературы

 

1. Эксперимент. Модель. Теория. − М., Берлин: Наука, 2000
2. Советов, Б.Я. Моделирование систем: учебник / Б.Я. Советов, С.А. Яковлев. – М.: Высш. шк., 2001. – 343 с.
3. Советов, Б.Я. Моделирование систем: практикум: учебное пособие для вузов / Б.Я. Советов, С.А. Яковлев. – 2-е изд., перераб. и доп. – М.: Высш. шк., 2003. – 295 с.
4. Гейн. Основы информатики. – М.: 2002

5. Моделирование систем: учеб. пособие / В.Н.Тюкин. – Вологда:

ВоГТУ, 2009. – 138 с.: ил.

6. http://studyspace.ru – сайт бесплатных учебников

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

9. Приложения

 

 

Приложение 1

 

 

 

 

Фильтрация информации об объекте