Краткое содержание: Параграф §2.1 / Информатика 9 класс

Сущность и цель моделирования

Человек постоянно стремится познавать окружающий мир, изучать объекты, процессы и явления, чтобы понять их устройство, свойства, законы развития и взаимодействия. Для решения практических задач, таких как измерение характеристик объекта при воздействии на него, изменение свойств объекта в соответствии с новыми требованиями или поиск оптимального сочетания характеристик, часто используется моделирование.

Модель — это новый объект, который отражает существенные с точки зрения цели моделирования признаки изучаемого предмета, процесса или явления. Моделирование — это метод познания, который заключается в создании и исследовании моделей. К созданию моделей прибегают, когда исследуемый объект слишком велик (например, Солнечная система) или слишком мал (атом), процесс протекает очень быстро (переработка топлива в двигателе внутреннего сгорания) или очень медленно (геологические процессы), когда исследование объекта может оказаться опасным (атомный взрыв) или привести к разрушению самого объекта (проверка сейсмических свойств высотного здания), или когда создание реального объекта очень дорого (новый архитектурный проект).

Модель не является точной копией оригинала; она отражает только те свойства, отношения и особенности поведения, которые важны для цели моделирования. Признаки объекта-оригинала, которые должны быть воспроизведены в модели, определяются целью моделирования и называются существенными.

Классификация моделей

Модели делятся на материальные (натурные) и информационные.

• Материальные (натурные) модели — это реальные предметы, воспроизводящие внешний вид, структуру или поведение оригинала. Они копируют или воспроизводят признаки оригинала. Примеры: муляжи, макеты, глобус.
• Информационные модели — это описания объекта-оригинала на одном из языков представления (кодирования) информации. Они описывают признаки оригинала на некотором языке (словесное описание, формула, схема, чертеж, алгоритм и т.д.).

Этапы построения информационной модели

Построение информационной модели для решения задачи включает несколько этапов:

1. Анализ условия задачи и определение объекта моделирования, а также цели моделирования.
2. Выделение существенных свойств и связей между частями объекта моделирования с точки зрения поставленной цели.
3. Формализация — замена реального объекта его формальным описанием, то есть информационной моделью. Формализация представляет выявленные связи и выделенные существенные признаки объекта моделирования в некоторой форме (формула, схема, алгоритм, компьютерная программа и т.д.).

Адекватность модели — это совпадение существенных для решения поставленной задачи признаков и соответствующих признаков оригинала. Модель считается адекватной, если результаты, полученные в процессе ее исследования, близки к результатам, наблюдаемым в экспериментах с оригиналом (например, результаты компьютерного краш-теста автомобиля должны совпадать с результатами реального краш-теста).

Классификация информационных моделей

Информационные модели можно классифицировать по различным основаниям:

По характеристике объекта моделирования:

• Модели внешнего вида (фотографии, рисунки).
• Модели структуры (схемы, чертежи).
• Модели поведения (таблицы, алгоритмы, формулы).

В зависимости от учета фактора времени:

• Статические модели — описывают объект моделирования в неизменном состоянии в определенный момент времени. Они представляют внешний вид, структуру, химическую формулу вещества и т.д. (например, карта местности, фотография памятника архитектуры).
• Динамические модели — описывают изменения, происходящие с объектом моделирования с течением времени. Они могут быть непрерывными, если описывают непрерывные процессы и позволяют проследить за изменениями свойств в любой момент времени (например, формула перемещения при свободном падении тела \( h = v_0 t + \frac{g t^2}{2} \)) или дискретными, если позволяют получать данные об изменении объекта только через определенные промежутки времени (например, перепись населения, клеточный автомат «Игра Жизнь»).

По форме представления информации об объекте моделирования:

• Знаковые информационные модели — строятся с использованием формальных языков (систем знаков). Знаковая информация представлена в форме текста, формул, схем, программ (например, формула суммы арифметической прогрессии \( S_n = \frac{2 a_1 + d (n-1)}{2} n \)).
• Образные информационные модели — представляют собой зрительные образы объектов (рисунки, фотографии, чертежи).
• Смешанные (образно-знаковые) информационные модели — сочетают образные и знаковые элементы (например, географические карты, графики, диаграммы).

Информационные модели могут использоваться для представления объектов окружающего мира, объяснения известных фактов, проверки гипотез и получения новых знаний, прогнозирования и управления.