| مدل سازی به عنوان یک روش شناخت

درس 2
§ 1.1 مدل سازی به عنوان یک روش شناخت

کلید واژه ها:

مدل
مدل سازی
هدف شبیه سازی
مدل تمام مقیاس (مواد).
مدل اطلاعاتی
رسمی شدن
طبقه بندی مدل های اطلاعاتی

1.1.1. مدل ها و شبیه سازی ها

یک فرد به دنبال شناخت اشیاء (اشیاء، فرآیندها، پدیده ها) دنیای اطراف است، یعنی درک کند که یک شی خاص چگونه مرتب شده است، ساختار آن، خواص اساسی، قوانین توسعه و تعامل با اشیاء دیگر چیست. برای حل بسیاری از مشکلات عملی، مهم است که بدانید:

چگونه ویژگی های یک شی با تأثیر خاصی بر روی آن از سایر اشیاء تغییر می کند ("چه اتفاقی می افتد اگر ...؟"
چه تأثیری باید بر روی یک شیء اعمال شود تا خواص آن مطابق با الزامات جدید تغییر کند ("چگونه این کار را انجام دهیم تا ...؟"
چه ترکیبی از ویژگی های شی در شرایط داده شده بهترین است ("چگونه آن را بهتر انجام دهیم؟").

یکی از روش های شناخت اشیاء دنیای اطراف، مدل سازی است که شامل ایجاد و تحقیق جایگزین های ساده شده برای اشیاء واقعی است. شی مکان نگهدار معمولا مدل نامیده می شود و شی اصلی نمونه اولیه یا شی اصلی نامیده می شود. نمونه هایی از مدل ها در شکل نشان داده شده است. 1.1.

برنج. 1.1. نمونه های مدل

زمانی که جسم مورد مطالعه خیلی بزرگ باشد (منظومه شمسی) یا خیلی کوچک (اتم)، زمانی که فرآیند بسیار سریع (پردازش سوخت در موتور احتراق داخلی) یا بسیار کند (فرایندهای زمین شناسی) پیش می رود، از مدل سازی استفاده می شود. شی می تواند برای دیگران خطرناک باشد (انفجار اتمی)، منجر به تخریب آن (بررسی خواص لرزه ای یک ساختمان بلند) یا زمانی که ایجاد یک شی واقعی بسیار گران است (یک راه حل جدید معماری) و غیره.

مدل یک کپی دقیق از شی اصلی نیست: تنها بخشی از ویژگی ها، روابط و ویژگی های رفتاری خود را منعکس می کند. هر چه مدل ویژگی های بیشتری از یک شی را منعکس کند، کامل تر است. با این حال، انعکاس تمام ویژگی های شی اصلی در مدل غیرممکن است و اغلب ضروری نیست. ویژگی های شی اصلی، که باید در مدل بازتولید شود، با هدف مدل سازی - هدف مدل آینده تعیین می شود. این ویژگی ها از نقطه نظر هدف مدل سازی برای این مدل ضروری نامیده می شوند.

به این فکر کنید که چه ویژگی هایی از شی "تئاتر" هنگام ایجاد مدل آن از نظر موارد زیر ضروری است:

1) یک شرکت ساختمانی که مشغول ساخت ساختمان تئاتر است.
2) کارگردانی که تولید یک اجرای جدید را آماده می کند.
3) صندوق فروش بلیط؛
4) بیننده ای که قرار است در اجرا حاضر شود.

مدل یک شی جدید است که منعکس کننده ویژگی های یک شی، فرآیند یا پدیده است که از نقطه نظر هدف مدل سازی ضروری است.

مدل سازی یک روش شناختی است که شامل ایجاد و تحقیق مدل می شود.

از آنجایی که هر مدل همیشه فقط بخشی از ویژگی های اصلی را منعکس می کند، می توانید مدل های مختلفی از یک شی را ایجاد و استفاده کنید. به عنوان مثال: یک توپ می تواند تنها یک ویژگی زمین را بازتولید کند - شکل آن، یک کره معمولی همچنین مکان قاره ها را منعکس می کند، و کره که بخشی از مدل فعلی منظومه شمسی است، همچنین منعکس کننده مسیر حرکت است. زمین به دور خورشید.

ویژگی های اصلی را می توان به روش های مختلف در مدل منعکس کرد.

اولا، علائم را می توان کپی کرد، تکثیر کرد. این مدل طبیعی (مادی) نامیده می شود. نمونه‌هایی از مدل‌های تمام‌مقیاس، ساختگی‌ها و مدل‌ها هستند - کپی‌های کوچک‌شده یا بزرگ‌شده که ظاهر یک شی مدل‌سازی‌شده (کره زمین)، ساختار آن (مدل منظومه شمسی) یا رفتار آن (مدل ماشین کنترل‌شده با رادیو) را بازتولید می‌کنند.

دوماویژگی های نسخه اصلی را می توان به یکی از زبان های بازنمایی (کدگذاری) اطلاعات توصیف کرد - برای ارائه توصیف شفاهی، ارائه فرمول، نمودار یا نقاشی و غیره. چنین مدلی اطلاعاتی نامیده می شود. در آینده به طور خاص مدل های اطلاعاتی را در نظر خواهیم گرفت.

مدل اطلاعات توصیفی از شی اصلی در یکی از زبان های ارائه اطلاعات (کدگذاری) است.

1.1.2. مراحل ساخت مدل اطلاعاتی

هر مدلی برای حل برخی مشکلات ساخته شده است... ساخت یک مدل اطلاعاتی با تجزیه و تحلیل وضعیت این مشکل، که به زبان طبیعی بیان می شود، آغاز می شود.

در نتیجه تجزیه و تحلیل شرایط مسئله، هدف مدل سازی و هدف مدل سازی مشخص می شود.

بعد از تعریف اهداف مدل سازیدر شی مدلسازی برجسته می شوند خواص، قطعات اصلی و ارتباطات بین آنها، از نقطه نظر این هدف خاص ضروری است (شکل 1.2). در این مورد، باید به وضوح مشخص شود که چه چیزی داده شده است (چه اطلاعات اولیهبدانید چه داده هایی معتبر هستند) و چه چیزی را می خواهید در مشکل حل شده پیدا کنید. همچنین باید مشخص شود پیوند بین ورودی ها و خروجی ها.

گام بعدی در ساخت مدل اطلاعاتی است رسمی شدن- ارائه پیوندهای شناسایی شده و ویژگی های ضروری انتخاب شده از شی مدل سازی به شکلی (توضیح شفاهی، جدول، شکل، نمودار، ترسیم، فرمول، الگوریتم، برنامه کامپیوتری و غیره).

رسمی سازی جایگزینی یک شی واقعی با توصیف رسمی آن، یعنی مدل اطلاعاتی آن است.

برنج. 1.2. مراحل ایجاد مدل اطلاعاتی

مثال.دانش آموز کلاس نهم برای درس ادبیات باید سه بیت اول فصل اول رمان "یوجین اونگین" الکساندر پوشکین را که شامل 42 سطر است حفظ کند. اگر بتواند خط اول را در 5 ثانیه حفظ کند و حفظ هر خط بعدی 2 ثانیه بیشتر از حفظ سطر قبل طول می کشد چقدر طول می کشد؟

در این مورد، هدف الگوبرداری فرآیند حفظ یک شعر توسط دانش آموز است. هدف از شبیه سازی به دست آوردن فرمولی برای محاسبه مدت زمانی است که دانش آموز برای حفظ یک شعر صرف می کند.

از نقطه نظر هدف مدل سازی، اطلاعات زیر ضروری است: زمان حفظ خط اول (5 ثانیه). تفاوت در زمان حفظ برای خطوط بعدی و قبلی (2 ثانیه)؛ تعداد خطوطی که باید حفظ شود (42 خط). این داده های اصلی است. نتیجه باید زمانی باشد که برای به خاطر سپردن تمام 42 سطر قطعه رمان لازم است.

از آنجایی که زمان به خاطر سپردن هر خط، با شروع از دوم، با افزودن یک عدد ثابت به زمان لازم برای به خاطر سپردن سطر قبل به دست می آید، لازم است اعدادی که دنباله ای را تشکیل می دهند اضافه شوند: 5، 7، 9، 11، و غیره توجه داشته باشید که تفاوت بین اعداد مجاور این دنباله یکسان است.

در ریاضیات، یک فرمول برای محاسبه مجموع چنین دنباله ای وجود دارد:

در اینجا n تعداد خطوط است، و 1 اولین عضو دنباله است، d تفاوت بین اعداد مجاور در دنباله است.

این فرمول مدل اطلاعات مورد نیاز است. با کمک آن، به طور مستقل زمان لازم برای حفظ شعر را برای دانش آموز محاسبه کنید.

مدل‌های اطلاعاتی جدا از اهداف مدل‌سازی وجود دارند و می‌توانند مستقل از آنها پردازش شوند. با ساخت یک مدل اطلاعاتی، شخص از آن به جای شی اصلی برای مطالعه این شی استفاده می کند تا مشکل را حل کند.

این برنامه در https://www.google.com/intl/ru/earth/ میزبانی می شود گوگل ارث، که فرصتی را برای سفر به دور سیاره ما بدون بلند شدن از روی صندلی فراهم می کند.

این یک مدل سه بعدی از سیاره است که در امتداد آن می توانید:

مشاهده عکس های ماهواره ای از سطح زمین؛
کاوش شهرها، ساختمان های فردی و مکان های دیدنی مشهور جهان به صورت سه بعدی؛
کشف کهکشان ها، صورت های فلکی و سیارات دور.
سفر به گذشته و غیره

1.1.3. طبقه بندی مدل های اطلاعاتی

گزینه های زیادی برای طبقه بندی مدل های اطلاعاتی وجود دارد. بیایید نگاهی به برخی از آنها بیندازیم.

اگر برای اساس طبقه بندیحوزه موضوعی، سپس مدل های فیزیکی، محیطی، اقتصادی، جامعه شناختی و غیره قابل تشخیص است.

بسته به عامل زماناختصاص دهد پویا(در طول زمان تغییر می کند) و استاتیک(در طول زمان تغییر نمی کند) مدل ها.

بسته به ارائه اطلاعاتدر مورد موضوع مدل سازی متمایز می شود نمادین، فیگوراتیو و ترکیبیانواع مدل های اطلاعاتی (تصویری- نمادین).

مدل های اطلاعاتی نمادینبا استفاده از زبان های مختلف طبیعی و رسمی (سیستم های نشانه) ساخته می شوند. مدل اطلاعات نشانه را می توان به صورت یک متن در یک زبان طبیعی یا یک برنامه در یک زبان برنامه نویسی، در قالب یک فرمول و غیره نشان داد.

مدل های اطلاعات تصویری(نقشه‌ها، عکس‌ها و غیره) تصاویر بصری از اشیاء هستند که روی هر رسانه‌ای ثبت می‌شوند.

مدل‌های اطلاعات ترکیبی عناصر نمادین و نمادین را با هم ترکیب می‌کنند. نمونه‌هایی از مدل‌های اطلاعات ترکیبی، نقشه‌های جغرافیایی، نمودارها، نمودارها و غیره هستند. همه این مدل‌ها هم از عناصر گرافیکی و هم از علائم استفاده می‌کنند.

مهم ترین چیز

مدل یک شی جدید است، که نشان دهنده ویژگی های موضوع، فرآیند یا پدیده مورد مطالعه است که از نقطه نظر هدف مدل سازی ضروری است.

م مدل سازی - روشی برای شناخت، شامل ایجاد و مطالعه مدل ها است.

هدف از مدل سازی(هدف مدل آینده) ویژگی های شی اصلی را که باید در مدل بازتولید شود، تعیین می کند.

بین مدل های طبیعی و اطلاعاتی تمایز قائل شوید... مدل های تمام مقیاس اشیایی واقعی هستند که به شکل کوچک یا بزرگ شده، ظاهر، ساختار یا رفتار یک شی مدل شده را بازتولید می کنند. مدل‌های اطلاعاتی توصیفی از شی اصلی در یکی از زبان‌های کدگذاری اطلاعات هستند.

رسمی سازی- فرآیند جایگزینی یک شی واقعی با توصیف رسمی آن، یعنی مدل اطلاعاتی آن.

با توجه به شکل ارائه، آنها متمایز می شوند فیگوراتیو، نمادین و ترکیبیمدل های اطلاعاتی (تصویری- نمادین).

سوالات و وظایف

1. مواد ارائه را برای پاراگراف موجود در پیوست الکترونیکی کتاب درسی بخوانید. در مورد اشکال ارائه اطلاعات در ارائه و کتاب درسی چه می توانید بگویید؟ چه اسلایدهایی را می توانید به ارائه خود اضافه کنید؟

2. مدل چیست؟ چه زمانی از مدل سازی استفاده می شود؟

3. با مثال هایی صحت عبارات زیر را تأیید کنید:

الف) چندین مدل می توانند با یک شی مطابقت داشته باشند.
ب) یک مدل می تواند با چندین شی مطابقت داشته باشد.

4. نمونه هایی از مدل های کامل و اطلاعاتی را ذکر کنید.

5. در لیست مدل های زیر، مدل هایی را که می توان برای آنها استفاده کرد مشخص کنید:

الف) نمایش اشیاء جهان اطراف؛
ب) توضیح حقایق شناخته شده؛
ج) آزمون فرضیه ها و کسب دانش جدید در مورد اشیاء مورد مطالعه.
د) پیش بینی؛
ه) مدیریت

مدل ها: طرح توسعه منطقه مسکونی. عکس هایی از حرکت توده های هوا؛ جدول زمانی قطار؛ مدلی از پرواز هواپیما با طراحی جدید در تونل باد. نمودار ساختار اندام های داخلی انسان.

6. مثالی از یک مدل اطلاعاتی ارائه دهید:

الف) دانش آموز کلاس شما؛
ب) یک بازیکن بسکتبال؛
ج) بیمار یک کلینیک دامپزشکی؛
د) آپارتمان در یک ساختمان مسکونی؛
ه) کتاب های موجود در کتابخانه؛
و) یک دیسک با ضبط های صوتی آثار موسیقی؛
ز) شهرها.

7. مراحل ساخت مدل اطلاعاتی را شرح دهید. ماهیت مرحله رسمی شدن چیست؟

8. انواع مدل های اطلاعاتی را بسته به شکل ارائه اطلاعات در مورد موضوع مدل سازی فهرست کنید. نمونه هایی از مدل های اطلاعاتی از هر نوع ارائه دهید.

9. با مدل های سه بعدی ارسال شده در مجموعه یکپارچه منابع آموزشی دیجیتال (http://sc.edu.ru/) آشنا شوید. به چه دسته ای از مدل ها می توان نسبت داد؟

در این مقاله، ما پیشنهاد می‌کنیم موضوع مدل‌سازی در علوم کامپیوتر را به تفصیل تحلیل کنیم. این بخش برای آموزش متخصصان آینده در زمینه فناوری اطلاعات از اهمیت بالایی برخوردار است.

انفورماتیک برای حل هر مشکلی (صنعتی یا علمی) از زنجیره زیر استفاده می کند:

باید به مفهوم «مدل» توجه ویژه داشت. بدون وجود این لینک، حل مشکل امکان پذیر نخواهد بود. چرا از مدل استفاده می شود و منظور از این اصطلاح چیست؟ در بخش بعدی در این مورد صحبت خواهیم کرد.

مدل

مدل‌سازی در علوم کامپیوتر، جمع‌آوری تصویری از یک شی واقعی است که تمام ویژگی‌ها و ویژگی‌های ضروری را منعکس می‌کند. یک مدل برای حل یک مسئله ضروری است، زیرا در واقع در فرآیند حل استفاده می شود.

در درس علوم کامپیوتر مدرسه، مبحث مدلسازی از کلاس ششم شروع می شود. در همان ابتدا، کودکان باید با مفهوم مدل آشنا شوند. چیست؟

• تشبیه ساده شده یک شی.
• کپی کاهش یافته از یک شی واقعی.
• طرح یک پدیده یا فرآیند؛
• تصویری از یک پدیده یا فرآیند؛
• توصیف پدیده یا فرآیند؛
• آنالوگ فیزیکی جسم؛
• آنالوگ اطلاعاتی؛
• یک شی مکان نگهدار که ویژگی های یک شی واقعی و غیره را منعکس می کند.

مدل یک مفهوم بسیار گسترده است، همانطور که قبلاً از موارد بالا مشخص شده است. توجه به این نکته ضروری است که همه مدل ها معمولاً به گروه هایی تقسیم می شوند:

• مواد؛
• کامل.

مدل مادی به عنوان یک شی بر اساس یک شی واقعی درک می شود. این می تواند یک بدن یا یک فرآیند باشد. این گروه معمولاً به دو نوع دیگر تقسیم می شود:

• فیزیکی؛
• آنالوگ

این طبقه بندی مشروط است، زیرا ترسیم یک خط مشخص بین این دو زیرگونه بسیار دشوار است.

توصیف مدل ایده آل حتی دشوارتر است. او با:

• فكر كردن؛
• خیال پردازی؛
• ادراک

این شامل آثار هنری (تئاتر، نقاشی، ادبیات و غیره) است.

اهداف مدلسازی

مدل سازی در علوم کامپیوتر یک مرحله بسیار مهم است زیرا اهداف زیادی دارد. اکنون شما را به آشنایی با آنها دعوت می کنیم.

اول از همه، مدلینگ به شناخت دنیای اطراف کمک می کند. از قدیم الایام، مردم دانش کسب شده را انباشته کرده و به فرزندان خود منتقل کرده اند. بنابراین، مدلی از سیاره ما (کره زمین) ظاهر شد.

در قرن های گذشته، مدل سازی اشیاء غیر موجود، که اکنون به طور محکم در زندگی ما جا افتاده است (چتر، آسیاب و غیره) انجام شد. در حال حاضر مدلسازی به موارد زیر انجام می شود:

• شناسایی پیامدهای هر فرآیند (افزایش هزینه سفر یا دفع زباله های شیمیایی در زیر زمین).
• اطمینان از اثربخشی تصمیمات اتخاذ شده

وظایف مدلسازی

مدل اطلاعات

حال اجازه دهید در مورد نوع دیگری از مدل های مورد مطالعه در دوره علوم کامپیوتر مدرسه صحبت کنیم. مدل سازی کامپیوتری که باید توسط هر متخصص فناوری اطلاعات آینده تسلط داشته باشد، شامل فرآیند پیاده سازی مدل اطلاعاتی با استفاده از ابزارهای کامپیوتری است. اما این مدل اطلاعات چیست؟

این یک لیست کامل از اطلاعات در مورد هر شی است. این مدل چه چیزی را توصیف می کند و چه اطلاعات مفیدی را در خود دارد:

• ویژگی های شی مدل شده؛
• وضعیت او؛
• ارتباط با دنیای خارج؛
• روابط با اشیاء خارجی

چه چیزی می تواند به عنوان یک مدل اطلاعاتی عمل کند:

• توصیف شفاهی؛
• متن;
• نقاشی؛
• جدول؛
• طرح؛
• نقاشی؛
• فرمول و غیره

ویژگی بارز مدل اطلاعاتی این است که نمی توان آن را لمس کرد، چشید و غیره. این تجسم مادی ندارد، زیرا در قالب اطلاعات ارائه می شود.

یک رویکرد سیستماتیک برای ایجاد یک مدل

الگوسازی در کدام کلاس از برنامه درسی مدرسه مطالعه می شود؟ انفورماتیک در پایه نهم دانش آموزان را با جزئیات بیشتری با این موضوع آشنا می کند. در این کلاس است که کودک با رویکرد سیستمی به مدل سازی آشنا می شود. ما پیشنهاد می کنیم در این مورد با جزئیات بیشتری صحبت کنیم.

بیایید با مفهوم "سیستم" شروع کنیم. گروهی از عناصر مرتبط با یکدیگر است که برای انجام یک کار معین با هم کار می کنند. برای ساخت یک مدل، اغلب از یک رویکرد سیستماتیک استفاده می شود، زیرا یک شی به عنوان سیستمی در نظر گرفته می شود که در یک محیط خاص عمل می کند. اگر هر شی پیچیده ای مدل شود، سیستم معمولاً به بخش های کوچکتر - زیر سیستم ها تقسیم می شود.

هدف استفاده

اکنون به اهداف مدلسازی (پایه انفورماتیک 11) خواهیم پرداخت. قبلا گفته شده بود که همه مدل ها به چند نوع و کلاس تقسیم می شوند، اما مرزهای بین آنها مشروط است. چندین نشانه وجود دارد که طبق آنها مرسوم است مدل ها را طبقه بندی کنیم: هدف، حوزه دانش، عامل زمان، نحوه ارائه.

در مورد اهداف، مرسوم است که انواع زیر را تشخیص دهیم:

• آموزشی;
• با تجربه؛
• تقلید؛
• بازی
• علمی و فنی.

نوع اول شامل مواد آموزشی است. در مورد دوم، کپی های کوچک یا بزرگ شده از اشیاء واقعی (مدل یک سازه، بال هواپیما و غیره). به شما اجازه می دهد تا نتیجه یک رویداد را پیش بینی کنید. شبیه سازی اغلب در پزشکی و حوزه اجتماعی استفاده می شود. به عنوان مثال، آیا این مدل به شما کمک می کند تا بفهمید مردم چگونه به اصلاحات خاصی واکنش نشان خواهند داد؟ قبل از انجام یک عمل جدی روی پیوند عضو انسان، آزمایشات زیادی انجام شد. به عبارت دیگر، مدل شبیه سازی با آزمون و خطا مشکل را حل می کند. مدل بازی نوعی بازی اقتصادی، تجاری یا نظامی است. با استفاده از این مدل می توانید رفتار یک شی را در موقعیت های مختلف پیش بینی کنید. یک مدل علمی و فنی برای مطالعه یک فرآیند یا پدیده (دستگاهی که تخلیه رعد و برق را شبیه سازی می کند، مدل حرکت سیارات منظومه شمسی و غیره) استفاده می شود.

حوزه دانش

دانش آموز در کدام کلاس با مدلینگ بیشتر آشناست؟ علوم کامپیوتر پایه نهم بر آماده سازی دانش آموزان خود برای امتحانات ورودی دانشگاه متمرکز است. از آنجایی که تیکت های USE و GIA حاوی سوالات مدل سازی هستند، اکنون لازم است تا حد امکان این مبحث با جزئیات در نظر گرفته شود. بنابراین، طبقه بندی بر اساس حوزه تخصص چگونه انجام می شود؟ بر این اساس، انواع زیر متمایز می شوند:

• بیولوژیکی (به عنوان مثال، بیماری هایی که به طور مصنوعی در حیوانات ایجاد می شود، اختلالات ژنتیکی، نئوپلاسم های بدخیم).
• رفتار شرکت، مدل شکل گیری قیمت بازار و غیره)؛
• تاریخی (شجره خانواده، مدل های رویدادهای تاریخی، مدل ارتش روم و غیره)؛
• جامعه شناختی (الگوی علاقه شخصی، رفتار بانکداران در هنگام انطباق با شرایط جدید اقتصادی) و غیره.

عامل زمان

با توجه به این ویژگی، دو نوع مدل متمایز می شوند:

• پویا؛
• استاتیک

در حال حاضر، با قضاوت تنها با نام، حدس زدن اینکه نوع اول عملکرد، توسعه و تغییر یک شی را در زمان منعکس می کند دشوار نیست. استاتیک، برعکس، قادر به توصیف یک شی در یک لحظه خاص در زمان است. این نوع گاهی اوقات ساختاری نامیده می شود، زیرا مدل ساختار و پارامترهای شی را منعکس می کند، یعنی برشی از اطلاعات را در مورد آن می دهد.

نمونه ها عبارتند از:

• مجموعه ای از فرمول های منعکس کننده حرکت سیارات منظومه شمسی؛
• نمودار تغییر دمای هوا؛
• فیلم ویدئویی از فوران آتشفشان و غیره.

نمونه هایی از یک مدل آماری عبارتند از:

• فهرستی از سیارات منظومه شمسی؛
• نقشه منطقه و غیره

روش ارائه

برای شروع، بسیار مهم است که بگوییم همه مدل ها یک فرم و فرم دارند، آنها همیشه از چیزی ساخته شده اند، به نوعی ارائه یا توصیف می شوند. بر این اساس به این صورت پذیرفته شده است:

• مواد؛
• ناملموس

نوع اول شامل کپی های مادی اشیاء موجود است. می توانید آنها را لمس کنید، آنها را بو کنید و غیره. آنها منعکس کننده ویژگی های خارجی یا داخلی، اقدامات هر شی هستند. مدل های متریال برای چیست؟ از آنها برای روش تجربی شناخت (روش تجربی) استفاده می شود.

قبلاً به مدل‌های غیرمادی نیز پرداخته‌ایم. آنها از روش نظری شناخت استفاده می کنند. چنین مدل هایی معمولا ایده آل یا انتزاعی نامیده می شوند. این دسته به چندین زیرگونه دیگر تقسیم می شود: مدل های خیالی و مدل های اطلاعاتی.

مدل های اطلاعات فهرستی از اطلاعات مختلف در مورد یک شی را ارائه می دهند. جداول، شکل ها، توضیحات کلامی، نمودارها و غیره می توانند به عنوان یک مدل اطلاعاتی عمل کنند. چرا این مدل نامشهود نامیده می شود؟ مسئله این است که نمی توان آن را لمس کرد، زیرا هیچ تجسم مادی ندارد. مدل های مهم و بصری در بین مدل های اطلاعاتی متمایز می شوند.

مدل تخیلی یکی از این فرآیندهای خلاقانه است که در تخیل یک فرد اتفاق می افتد که مقدم بر ایجاد یک شی مادی است.

مراحل شبیه سازی

مبحث انفورماتیک پایه نهم "مدل سازی و رسمی سازی" وزن زیادی دارد. یادگیری آن ضروری است. در پایه های 9-11 معلم موظف است دانش آموزان را با مراحل ایجاد الگوها آشنا کند. این همان کاری است که اکنون می خواهیم انجام دهیم. بنابراین، مراحل زیر از مدل سازی متمایز می شود:

• بیان معنادار مسئله؛
• فرمول ریاضی مسئله؛
• توسعه با استفاده از کامپیوتر؛
• عملکرد مدل؛
• گرفتن نتیجه

توجه به این نکته ضروری است که در مطالعه هر چیزی که ما را احاطه کرده است، از فرآیندهای مدل سازی و رسمی سازی استفاده می شود. علوم کامپیوتر موضوعی است که به روش های مدرن مطالعه و حل هر مشکلی اختصاص دارد. در نتیجه، تأکید بر مدل‌هایی است که می‌توانند با رایانه پیاده‌سازی شوند. توجه ویژه در این مبحث باید به نقطه توسعه یک الگوریتم حل با استفاده از رایانه های الکترونیکی شود.

روابط بین اشیاء

حالا بیایید کمی در مورد روابط بین اشیا صحبت کنیم. در کل، سه نوع وجود دارد:

• یک به یک (چنین اتصالی با یک فلش یک طرفه در یک جهت یا جهت دیگر نشان داده می شود).
• یک به چند (رابطه چندگانه با یک فلش دو نشان داده می شود).
• خیلی به چند (این با یک فلش دو نشان داده شده است).

توجه به این نکته ضروری است که پیوندها می توانند مشروط و بدون قید و شرط باشند. یک پیوند بدون قید و شرط شامل استفاده از هر نمونه از یک شی است. و در مشروط فقط عناصر فردی دخالت دارند.

1) مرحله اول هر تحقیق، طرح مسئله است که با هدف معین مشخص می شود.

مسئله به زبان معمولی فرموله شده است. با توجه به ماهیت فرمول، تمام وظایف را می توان به دو گروه اصلی تقسیم کرد. گروه اول شامل وظایفی است که در آنها لازم است بررسی شود که چگونه ویژگی های یک شی تحت تأثیر تأثیری بر آن تغییر می کند، "اگر چه اتفاقی می افتد؟ ...". گروه دوم وظایف: چه تأثیری باید بر روی یک شیء ایجاد شود تا پارامترهای آن شرایط معینی را برآورده کنند، "چگونه این کار را انجام دهیم؟ ...".

2) مرحله دوم تجزیه و تحلیل شی است. نتیجه تجزیه و تحلیل یک شی، شناسایی اجزای تشکیل دهنده آن (اشیاء ابتدایی) و تعیین ارتباط بین آنها است.

3) مرحله سوم توسعه یک مدل اطلاعاتی از شی است. ساختار مدل باید با هدف شبیه سازی مرتبط باشد. هر شی دارای ویژگی های بسیار متفاوتی است. در فرآیند ساخت یک مدل، اصلی ترین، ضروری ترین ویژگی هایی که با هدف مطابقت دارند برجسته می شوند.

تمام آنچه در بالا ذکر شد رسمی سازی است.

رسمی سازی فرآیند برجسته سازی و ترجمه ساختار داخلی یک شی به یک ساختار اطلاعاتی خاص - یک فرم است.

پس از ساختن یک مدل اطلاعاتی، شخص از آن به جای شی اصلی برای مطالعه خواص این شی، پیش بینی رفتار آن و غیره استفاده می کند. بارهای مجاز بنابراین، آنها به جای یک پل واقعی، به توصیف مدل آن در قالب نقشه ها، فرمول های ریاضی می پردازند.

مدلسازی هر سیستمی بدون رسمی سازی اولیه غیرممکن است. در واقع، رسمی سازی اولین و بسیار مهم مرحله در فرآیند مدل سازی است.

ساخت و استفاده از مدل های کامپیوتری

در کلی‌ترین شکل، فرآیند ساخت و استفاده از مدل‌های رایانه‌ای را می‌توان به صورت دنباله‌ای از مراحل نشان داد:

1) بیان مشکل

الف) شرح وظیفه

ب) هدف از شبیه سازی

ج) تجزیه و تحلیل اشیاء

2) توسعه مدل

الف) مدل اطلاعاتی

ب) مدل نمادین

ج) مدل کامپیوتری

3) آزمایش کامپیوتری

4) تجزیه و تحلیل نتایج شبیه سازی (نتیجه با هدف سازگار است / نتیجه با هدف سازگار نیست).

هر بار هنگام حل یک مشکل خاص، چنین طرحی ممکن است دستخوش تغییراتی شود: برخی از بلوک ها ممکن است حذف یا بهبود یابد. تمام مراحل با توجه به وظیفه و اهداف شبیه سازی تعیین می شود.

مدل سازی سه بعدی

یک مدل سه بعدی یک کپی هندسی دقیق از یک شی است که بر اساس اسناد طراحی کار بازسازی شده است.

گرافیک سه بعدی ایجاد یک مدل حجمی با استفاده از برنامه های کامپیوتری خاص است. بر اساس نقشه ها، نقشه ها، توضیحات دقیق یا هر اطلاعات گرافیکی یا متنی دیگری، یک طراح سه بعدی یک تصویر سه بعدی ایجاد می کند. در یک برنامه خاص، مدل را می توان از همه طرف (بالا، پایین، کنار)، تعبیه شده در هر صفحه و در هر محیطی مشاهده کرد.

گرافیک سه بعدی می تواند هر پیچیدگی داشته باشد. می توانید یک مدل سه بعدی ساده با جزئیات کم و شکل ساده ایجاد کنید. یا می‌تواند مدل پیچیده‌تری باشد که در آن کوچک‌ترین جزئیات، بافت‌ها، تکنیک‌های حرفه‌ای (سایه‌ها، انعکاس‌ها، شکست نور و غیره) مطالعه شود. البته، این به طور جدی بر هزینه مدل سه بعدی تمام شده تأثیر می گذارد، با این حال، امکان گسترش استفاده از مدل سه بعدی را فراهم می کند.

مزایای بسیاری برای مدل سازی سه بعدی نسبت به سایر روش های تجسم وجود دارد. مدل سازی سه بعدی یک مدل بسیار دقیق و تا حد امکان نزدیک به واقعیت ارائه می دهد. برنامه های مدرن به دستیابی به جزئیات بالا کمک می کنند. این امر به طور قابل توجهی دید پروژه را افزایش می دهد. بیان یک شی سه بعدی در یک صفحه دو بعدی آسان نیست، در حالی که تجسم سه بعدی این امکان را فراهم می کند که با دقت کار کنید و از همه مهمتر مشاهده تمام جزئیات را ممکن می کند. این یک راه طبیعی تری برای رندر است.

ایجاد تقریباً هر تغییری در مدل سه بعدی بسیار آسان است. می توانید پروژه را تغییر دهید، برخی از قسمت ها را حذف کرده و موارد جدید اضافه کنید. تخیل شما عملا نامحدود است و می توانید به سرعت دقیقاً گزینه ای را انتخاب کنید که مناسب شماست. مدل سازی رسمی سازی کلامی کامپیوتری

با این حال، مدل سازی سه بعدی نه تنها برای مشتری راحت است. برنامه های حرفه ای مزایای زیادی را برای سازنده فراهم می کند. از یک مدل سه بعدی، می توانید به راحتی نقاشی هر جزء یا یک ساختار را به عنوان یک کل انتخاب کنید. علیرغم این واقعیت که ایجاد یک مدل سه بعدی یک فرآیند نسبتاً پر زحمت است، کار با آن در آینده بسیار آسان تر و راحت تر از نقاشی های سنتی است. در نتیجه زمان صرف شده برای طراحی به میزان قابل توجهی کاهش می یابد و هزینه ها کاهش می یابد.

برنامه های ویژه امکان ادغام با هر نرم افزار حرفه ای دیگر مانند برنامه های کاربردی محاسبات مهندسی، ماشین ابزار یا نرم افزار حسابداری را فراهم می کنند. اجرای چنین راه حل هایی در تولید باعث صرفه جویی قابل توجهی در منابع می شود، به طور قابل توجهی قابلیت های شرکت را گسترش می دهد، کار را ساده می کند و کیفیت آن را بهبود می بخشد.

برنامه های مدل سازی سه بعدی:

چندین برنامه مختلف برای مدل سازی سه بعدی وجود دارد. بنابراین، یکی از برنامه های محبوبی که به طور ویژه برای ایجاد گرافیک سه بعدی و طراحی داخلی توسعه یافته است، برنامه 3D Studio MAX است. این به شما امکان می دهد تا اشیاء با پیچیدگی های مختلف را به صورت واقع بینانه ارائه دهید. علاوه بر این، "3D Studio MAX" امکان آهنگسازی آنها، تعیین مسیر حرکت ها و در نهایت حتی ایجاد یک ویدیوی کامل با مشارکت مدل های سه بعدی را فراهم می کند. اگرچه چنین کاری، البته، به مهارت های جدی یک متخصص و همچنین منابع بزرگ کامپیوتری، در درجه اول حافظه و سرعت پردازنده نیاز دارد.

یکی دیگر از برنامه های پرکاربرد اتوکد است. همچنین برای مدل سازی و تجسم سه بعدی، طراحی حرفه ای معماری استفاده می شود و دائماً با قابلیت های جدید تکمیل می شود. تعداد زیادی از برنامه ها را می توان با هسته پایه "AutoCAD" ادغام کرد. به عنوان مثال، یک برنامه تجسم در مناطقی مانند تهویه، لوله کشی، برق و غیره. در حالی که 3D Studio MAX توسط طراحان و انیماتورها ترجیح داده می شود، اتوکد عمدتا توسط معماران حرفه ای برای اجرای پروژه های پیچیده استفاده می شود.

شکل 3 - مدلی از دفتر ساخته شده در نرم افزار 3D Studio MAX

شرح وظیفه
هدف از مدل سازی
تجزیه و تحلیل شی
فرمول بندی مسئله
در کلی ترین معنای کلمه، یک کار به عنوان یک مشکل درک می شود که باید حل شود. در مرحله تنظیم مشکل، باید سه نکته اصلی را منعکس کرد: شرح کار، تعریف اهداف مدلسازی و تجزیه و تحلیل شی یا فرآیند
شرح وظیفه
با توجه به ماهیت تنظیمات، تمام وظایف را می توان به دو گروه اصلی تقسیم کرد: گروه اول- چگونه ویژگی های یک شی یا فرآیند با مقداری تأثیر روی آن تغییر می کند (وظایف از نوع چه می شود اگر...) و گروه دوم- چه تأثیری باید انجام شود تا ویژگی های یک شی یا فرآیند به مقادیر خاصی تغییر کند ( چگونه باید انجام داد تا ...
هدف از مدل سازی
شناخت دنیای اطراف، ایجاد اشیایی با ویژگی های داده شده، تعیین پیامدهای قرار گرفتن در معرض یک شی، کارایی مدیریت یک شی یا فرآیند.
تجزیه و تحلیل شی
نتیجه تجزیه و تحلیل یک شی در فرآیند شناسایی اجزای آن (اشیاء اولیه) و ارتباطات بین آنها ظاهر می شود.

توسعه مدل
مدل اطلاعات
انتخاب ضروری ترین اطلاعات هنگام ایجاد مدل اطلاعاتی و پیچیدگی آن به دلیل هدف مدل سازی استساخت یک مدل اطلاعاتی نقطه شروع توسعه مدل است.
تمام پارامترهای ورودی اشیاء، که در طول تجزیه و تحلیل برجسته می شوند، به ترتیب اهمیت مرتب شده اند و مدل مطابق با هدف مدل سازی ساده می شود، در حالی که عواملی که از نظر کسی که مدل را تعریف می کند بی اهمیت هستند، کنار گذاشته می شوند. . اگر عوامل اساسی را نادیده بگیریم، ممکن است مدل اشتباه باشد.
تمام اشیاء ابتدایی انتخاب شده در طول تجزیه و تحلیل باید در ارتباط متقابل نشان داده شوند. در مدل اطلاعاتی فقط روابط غیرقابل انکار و اعمال آشکار نمایش داده می شود. چنین مدلی ایده اولیه ای را ارائه می دهد که مسیر بعدی شبیه سازی را تعیین می کند.
مدل نمادین
مدل اطلاعات، به عنوان یک قاعده، به شکل نمادین دیگری ارائه می شود که می تواند رایانه ای یا غیر رایانه ای باشد.
مدل کامپیوتری
مدل کامپیوتری - مدلی که با استفاده از یک محیط نرم افزاری پیاده سازی می شودهنگام مدل سازی بر روی رایانه، لازم است ایده ای از کلاس های ابزارهای نرم افزاری، هدف، ابزارها و روش های کار آنها داشته باشید. سپس می توانید مدل نشانه اطلاعاتی را به راحتی به مدل کامپیوتری تبدیل کرده و آزمایش مناسبی را انجام دهید.
بین آنها.

آزمایش کامپیوتری
طرح شبیه سازی
با توسعه فن آوری کامپیوتر، یک روش تحقیق منحصر به فرد جدید ظاهر شد - یک آزمایش کامپیوتری. برای کمک، و گاهی اوقات جایگزینی نمونه های آزمایشی و میزهای آزمایش، در بسیاری از موارد مطالعات کامپیوتری مدل ها انجام شد. مرحله انجام آزمایش کامپیوتری شامل دو مرحله است: تهیه طرح مدلسازی و فناوری مدلسازی.
طرح شبیه سازیباید به وضوح توالی کار با مدل را منعکس کند. اولین مورد در طرح اغلب طراحی آزمایشی است و دومین مورد آزمایش مدل است.
تست - بررسی صحت مدل. تست - مجموعه ای از داده های اولیه که نتیجه آن از قبل مشخص است
پس از تست، زمانی که اطمینان به عملکرد صحیح مدل وجود دارد، می توانید مستقیماً به فناوری مدل سازی بروید.
فناوری مدلسازی - مجموعه ای از اقدامات هدفمند کاربر در یک مدل کامپیوتری.
هر آزمایش باید با درک نتایج شبیه سازی همراه باشد، که مبنایی برای تجزیه و تحلیل نتایج شبیه سازی خواهد شد.

تجزیه و تحلیل نتایج شبیه سازی
هدف نهایی مدل سازی تصمیم گیری است که باید بر اساس تجزیه و تحلیل جامع نتایج به دست آمده توسعه یابد. این مرحله تعیین کننده است - یا تحقیق را ادامه می دهید یا به پایان می رسانید.اگر نتیجه مشخص بود، می توانید آن را با نتیجه شبیه سازی به دست آمده مقایسه کنید. یافته ها اغلب منجر به یک سری آزمایشات اضافی و گاهی اوقات به تغییر در مدل می شود.
اساس توسعه یک راه حل، نتایج آزمایش و آزمایش است. اگر نتایج با اهداف شبیه سازی مطابقت نداشته باشد، در مراحل قبلی اشتباهاتی صورت گرفته است.

مراحل اصلی ساخت مدل ها. رسمی سازی مدل سازی

P / R 6. مدل سازی و رسمی سازی.

اهداف:

آموزشی: مراحل اصلی مدل سازی ساختمان را بشناسید.

برای شکل دادن به مفهوم "رسمی سازی"؛ قادر بودن به

یک مدل مطابق با ارائه شده ایجاد کنید

توسعه: توسعه علایق شناختی، مهارت های کامپیوتری، خودکنترلی.

آموزشی: آموزش فرهنگ اطلاعات، توجه، دقت

طرح درس

لحظه سازمانی به فعلیت رساندن دانش مطالعه مطالب جدید انعکاس کار عملی نتیجه

1. سلام. آشنایی با موضوع و طرح درس. اعلام نمرات s/r (درس آخر)

2. تست (2 دانش آموز)

بررسی تکالیف

کار جلویی

1. اسم تشبیه ساده شده یک شی واقعی چیست؟

2. منظور شما از مدل مادی یک شی چیست؟

3. نمونه ای از مدل های مادی و اطلاعاتی کره زمین را ذکر کنید.

4. آیا یک شیء مشابه می تواند مدل های اطلاعاتی متفاوتی داشته باشد؟

5. چه خصوصیاتی از اشیاء واقعی توسط ساختگی های محصولات موجود در ویترین بازتولید می شود؟

6. فرم های ارسال مدل ها را نام ببرید

7. مدل اطلاعاتی چیست؟

3. امروز در ادامه با یکی از مهم ترین مباحث علوم کامپیوتر - مدل سازی - آشنا می شویم.

چگونه از زبان فرمول جبری برای ساخت مدل استفاده کنیم؟

چگونه می توان یک مدل از یک شی، فرآیند یا پدیده را به درستی ساخت؟

آزمایش کامپیوتری چیست؟

و ما با شما شروع می کنیم، که با شکلی که اشیاء توسط مدل های اطلاعاتی نشان داده می شوند آشنا می شویم.

مشاهده ارائه:

تصویری

(تصاویر بصری بر روی نوعی حامل اطلاعات ثابت می شوند)

عکس، فیلم و غیره

نمادین

(مدل ها با استفاده از زبان های مختلف توصیف می شوند)

متن، فرمول، جدول و غیره

برای نمایش مدل های اطلاعاتی از زبان های طبیعی و رسمی استفاده می شود.

یکی از رایج ترین زبان های رسمی، زبان جبری فرمول ها در ریاضیات است که به فرد اجازه می دهد تا روابط عملکردی بین کمیت ها را توصیف کند. مدل هایی که با استفاده از فرمول ها و مفاهیم ریاضی ساخته می شوند، ریاضی نامیده می شوند. مدل ریاضی معمولاً از مدل توصیفی پیروی می کند. در مدلسازی کامپیوتری برای طراحی فرمول ها از ویرایشگر فرمول استفاده می شود. در برنامه MS WORD، این است مایکروسافتمعادله

فرآیند ساخت مدل های اطلاعاتی با استفاده از زبان های رسمی، رسمی سازی نامیده می شود

رسمی سازی یکی از مهم ترین مراحل مدل سازی است.

یک کار مشکلی است که باید حل شود.

مشکل در زبان معمولی شکل گرفته است. نکته اصلی این است که هدف مدل سازی را تعریف کنیم و نتیجه را ارائه دهیم.

هدف از مدل سازینشان می دهد که چرا شما نیاز به ایجاد یک مدل دارید. افراد بدوی به منظور دانش، دنیای اطراف خود را مطالعه می کردند. بشر با جمع آوری دانش کافی، اشعار را ارائه کرده است. هدف ایجاد اشیایی با ویژگی های داده شده است (ایده هایی برای ایجاد مکانیسم های مختلف). و در نهایت، فرد شروع به فکر کردن در مورد اینکه این یا آن تأثیرات چه عواقبی بر روی شی خواهد داشت و چگونه تصمیم درست بگیرد، فکر می کند. به عنوان مثال، چگونه می توان در یک مدرسه مدیریت ایجاد کرد تا معلمان و دانش آموزان در درون دیوار آن احساس راحتی کنند؟

تجزیه و تحلیل شیء مستلزم شناسایی واضح شی مدل شده و ویژگی های آن است. این فرآیند نامیده می شود تحلیل سیستم

(توضیح عناصر سیستم و نشانی از روابط متقابل آنها.)

مثلا سیست. تجزیه و تحلیل سیستم هواپیما:

عناصر سیستم: بدن، دم، بال ها و غیره.

ویژگی های جزء: شکل، اندازه، ...

همه اجزاء به روشی کاملاً تعریف شده به هم متصل می شوند.

مرحله 2 - توسعه مدل. یکی از فعالیت های اصلی - جمع آوری اطلاعات - به هدف شبیه سازی بستگی دارد. به عنوان مثال، شی "گیاه" از دیدگاه یک زیست شناس، پزشک و دانش آموز:

یک زیست شناس گیاه را با دیگران مقایسه می کند، سیستم ریشه را مطالعه می کند و غیره. پزشک شیمیدان را معاینه خواهد کرد. ترکیب؛

دانش آموز ترسیم خواهد کرد. چشم انداز،

انتخاب اطلاعات به هدف بستگی دارد. اطلاعات ساختمان مدل ها نقطه شروع توسعه مدل هستند. زمانی که مورد نیاز جمع آوری شد. داده ها، تمامی ارتباطات بین اجزای سیستم را مشخص کرده اند، امکان ارائه inf وجود دارد. مدل به شکل نمادین شکل نمادین می تواند رایانه ای و غیر رایانه ای باشد. هنگام ساخت یک مدل کامپیوتری، لازم است. محیط نرم افزاری مناسب را انتخاب کنید.

مرحله 3 - یک آزمایش کامپیوتری. پس از ایجاد مدل، لازم است عملکرد آن مشخص شود. برای این شما نیاز دارید. انجام یک آزمایش کامپیوتری قبل از ظهور رایانه شخصی، آزمایش ها یا در آزمایشگاه ها یا بر روی نمونه واقعی محصول انجام می شد. هزینه های کلان پول و زمان. اغلب نمونه ها از بین می رفتند - اگر هواپیما بود چه؟ با توسعه فناوری کامپیوتر - روش تحقیق جدید - آزمایش کامپیوتری. این بر اساس آزمایش مدل است.

آزمایش فرآیند تأیید صحت ساخت و عملکرد مدل ها است.

مرحله 4 - تصمیم گیری یا به تحقیق پایان دهید یا ادامه دهید. مبنای تصمیم گیری - نتایج آزمون

4 ... اشکال ارائه مدل های اطلاعاتی چیست؟

زبان ریاضی به چه زبان هایی تعلق دارد؟

نام فرآیند ساخت مدل های اطلاعاتی با استفاده از زبان های رسمی چیست؟

مراحل ایجاد یک مدل را فهرست کنید

5 ... کار عملی

یک مدل اطلاعاتی رسمی برای حل یک معادله درجه دوم بسازید. هنگام اجرا از ویرایشگر فرمول استفاده کنید مایکروسافتمعادله

6. عملکرد کلاس را ارزیابی کنید و دانش آموزانی را که در کلاس برتر هستند نام ببرید.