Понятие о теории моделирования

Определение проблемы.

Проблема – это различие желаемого и действительного положения дел, т.е. состояние неудовлетворенности. Ситуация становится проблемной, когда действие не дает желаемых результатов. Математическое описание проблемы может быть представлено в следующем виде: P_t =|A_t – A_ot|

Где P_t – проблема в момент времени t, A_t – состояние объекта (системы) в момент t, A_0t – желаемое состояние объекта (системы)

Определение цели

Проблема порождает формулировку цели, т.е. заранее мыслимый результат деятельности с целью устранения проблемы. Цель является обратной стороной проблемы и определяет несуществующий, но желаемый объект, с учетом состояния среды, т.е. решение проблемы.

Определение объекта

Объект – это то, на что направлена человеческая деятельность.

Определение модели

Под моделью понимают объект заместитель, который в определенных условиях может заменить объект-оригинал воспроизводя интересующие нас свойства и характеристики оригинала. Модель – это результат отображения одной материальной структуры на другую, также абстрактную, либо как результат интерпретации первой модели в терминах и образах второй (нечто универсальное). Модель – это целевое отражение, т.е. для разных целей могут использоваться модели необходимых объектов.

Понятие о теории моделирования

Целью моделирования и общей задачей является разработка методологии, направленной на получение и обработку информации об объекте.

Теория моделирования – это теория этих процессов.

Методологическая база – диалектика материалистических показаний.

Теория о системе можно получить с помощью эксперимента.

На основе теории формируется система знаний, позволяя решать вопрос об их использовании.

Моделирование является эффективным методом познания природы и замещает один объект другим, с целью получения знаний о важнейших свойствах объекта-оригинала с помощью объекта-модели.

При всем многообразии моделей в моделировании процессов необходимо сосредоточиться на основных принципах, что позволяет сделать теория моделирования. Следует помнить, что при развитии понятия модели может быть либо объект заместитель, либо абстракция.

При достижении цели необходимо осуществить деятельность по определенному плану. Алгоритм – это модель достижения цели.

Модель – это целевое отражение, т.е. для разных целей могут использоваться модели необходимых объектов.

 

Методы и схемы исследования объекта

Понятие гипотезы

Гипотеза – определенное предсказание, основанное на небольшом количестве опытных данных, наблюдении и интуиции. Ее подтверждение базируется на экспериментальных исследованиях.

Понятие аналогии

Аналогия – это метод суждения о каком-либо сходстве ряда объектов, позволяющий сделать выводы о сходстве этих объектов в других отношениях.

Понятие логической связи

Логические схемы – это схемы, которые позволяют отражать реальный мир на основе гипотез и аналогий. Они должны быть наглядны и понятны.

Эволюция понятия модели

В древнем мире философы говорили о невозможности моделирование естественных процессов и предлагали только логические методы отражения явлений.

С течением времени все большее внимание уделялось эксперименту и он стал основой познания мира.

В настоящее время используются как экспериментальные данные, так и модели, т.е. в процессе развития теории моделирования можно определить 3 этапа:

1) модели как объект заместитель;

2) искусственные объекты, воплощающие абстракцию

3) абстрактные идеальные построения

Понятие теории подобия

Понятие полноты модели

Мысленное моделирование

Знаковые модели

Знаковые модели занимают промежуточное положение между абстрактными и материальными моделями. Это реальные модели, имеющие абстрактное содержание, т.е. абстрактную картину.

Математические модели

Абстрактные модели – это идеальные конструкции, построенные средствами мышления (языковые модели, математические).

Материальные модели

Материальные (вещественные) модели строятся на основе подобия:

- прямое подобие

- косвенное (на основе аналогии)

- условное подобие (на основе соглашения)

Имитационные модели

Имитационная модель системы лежит в основе компьютерного моделирования. Оно базируется на математических методах (детерминированных, вероятностных и неопределенных), а также на теории вычислительных систем. Под имитационной моделью понимают постижение сути явления без проведения эксперимента на реальном объекте. Тогда под моделью понимают представление ряда объектов или идей в некоторой форме, отличной от реального воплощения.

Имитационная модель позволяет проводить имитационное моделирование, т.е. процесс конструирования реальной системы и проведение экспериментов по этой модели с целью познания системы, т.е.:

а) описать поведение системы;

б) построить теорию функционирования данной системы;

б) использовать данную теорию для прогнозирования поведения системы в перспективе.

Иерархичность модели

Элементы систем

Под элементом А понимают простейшую неделимую часть, т.е. предел дробления системы с точки зрения рассмотрения конкретной задачи. Элементы определяются некоторыми свойствами, необходимыми для достижения поставленной цели.

Компоненты систем

Объединение совокупности одного двух однородных элементов, не имеющих общей цели, называют компонентами системы.

Подсистемы

Подсистема – это относительно независимая часть системы, объединенная ее свойствами и имеющая подцель, на которую ориентирована подсистема.

Системный анализ как наука

Формальное описание систем

Элементы определяются некоторыми свойствами, которые необходимы для достижения поставленной цели. Связи имеют определенные свойства – атрибуты связи (Q_R).

Система функционирует во времени DT. На входе системы существуют входные переменные X и выходные Y. Учитывая изложенное, формальное определение системы может быть представлено в следующем виде:

S_DEF = < Z, SR, DT, X, Y, A, Q_A, R, Q_R, N, L_N >

Цель, среда, время, вход, выход, элементы, свойства элементов, связи, свойства связей, наблюдатель, язык наблюдателя.

Модель «черного» ящика

S = < Z, SR, DT, X, Y, N, L_N >

Модель «белого» ящика

S = < Z, SR, DT, X, Y, A, Q_A, R, Q_R, N, L_N >

Требования, предъявляемые к модели

Для реализации свойств модели необходимо, чтобы она была связана органически с окружающей средой.

При этом модель различается с действительностью по следующим параметрам:

1) конечность

2) упрощенность

3) приближенность

Адекватность модели – это соответствие модели с реальным объектом.

Стремление к истине беспредельно, их соотношение относительно. Степень истинность заключается в практическом соотношении модели и действительности.

Кроме безусловной модели существуют:

1) условно-истинная модель (верная при определенных условиях)

2) предположительно-истинная (условно истинная при неопределенных условиях)

Соотношение между истинностью и ложью определяется только практикой однако модель всегда беднее оригинала, что является ее функциональным свойством.

Этапы построения моделей. Общие положения

Модель в процессе ее развития проходит следующий жизненный цикл:

1) построение модели (важную роль играют эвристические и индивидуальные способности человека, также необходимо и информационное обеспечение);

2) алгоритмизация модели (использование модели для получения экспериментов);

3) получение новых знаний

4) анализ новых знаний

Требования к исходной информации об объекте моделирования

Осуществляется выбор необходимой информации о системе из внешней среды. Готовятся априорные данные. Оптимизируются экспериментальные данные. Определяются методы и средства сбора необходимой информации и ее обработки.

Содержание модели и методы ее построения

Установление основного содержания модели и определение метода ее построения. Здесь уточняется задача моделирования, структура системы, определяются возможные методы и средства моделирования.

План работы программирования модели

Составляется план с учетом имеющихся технических и программных средств, время на программирования программ и затрат машинного времени

Программирование модели

Проводится непосредственная генерация рабочих программ для моделирования системы

Проведение рабочих расчетов

Включает в себя подготовку набора исходных данных, их проверку, ввод, проведение расчетов и получение выходных данных.

Понятие CASE-средств.

Под CASE-системой понимают программные средства, построенные с использованием технологий, включающих в себя методы представления систем в виде графических нотаций и диаграмм, построенных на их основе, отражающих суть исследуемой системы и поддерживаемых инструментальной средой, т.е. это есть методология создания сложных систем, позволяющая в качественной либо в количественной форме моделировать систему, анализировать эту модель на всех стадиях жизненного цикла (проектирование, разработка, сопровождение с оптимизацией параметров данной системы на базе компьютерных технологий).

Понятие CASE-системы.

Под CASE-системой понимают программные средства, построенные с использованием технологий, включающих в себя методы представления систем в виде графических нотаций и диаграмм, построенных на их основе, отражающих суть исследуемой системы и поддерживаемых инструментальной средой, т.е. это есть методология создания сложных систем, позволяющая в качественной либо в количественной форме моделировать систему, анализировать эту модель на всех стадиях жизненного цикла (проектирование, разработка, сопровождение с оптимизацией параметров данной системы на базе компьютерных технологий).

Основные типы CASE-средств.

1. средства анализа – предназначены для построения и анализа моделей.
2. средства анализа и проектирования – для построения спецификаций компонентов и интерфейсов системы.
3. средства проектирования БД, обеспечивающие моделирование данных и генерацию схем БД.
4. средства разработки приложений.
5. средства реинжинирига, обеспечивающие анализ программных кодов и схем БД и формирование на их основе различных моделей и спецификаций.

Понятие CASE-технологий.

На основе CASE-средств осуществляются CASE-технологии. CASE-технологии включают в себя совокупность методологий анализа, проектирования, разработки и сопровождения сложных систем со взаимоувязкой со средствами атоматизации.

IDEF 0.

Реализует методику функционального моделирования сложных систем, рекомендуется на начальных стадиях их проектирования в различных областях человеческой деятельности.

IDEF 1, IDEF 1.Х.

Применяется как методика проектирования БД с использованием языка для описания объектов и отношений при построении диаграмм сущность-связь.

IDEF 2, IDEF 3.

Реализуют поведенческое моделирование системы, отвечают на вопрос, как система реализует рассмотренные функции. В его основе лежат модели и методы имитационного моделирования, методы массового обслуживания, Сети Петри, теория автоматов. Данная группа методов характеризует последовательность смены состояний объектов.

IDEF 4, 5, 6, 8, 9, 14.

IDEF 4. Реализует объектно-ориентированный анализ больших систем с возможностью изображения классов систем диаграмм наследия для построения объектно-ориентированных подсистем.

IDEF 5. Используется для представления информации приложения в удобном для пользователя виде. Метод позволяет связать различные объекты и приложения в определенные семантические конструкции.

IDEF 6. Направлен на сохранение рационального опыта проектирования информационных объектов и систем, что способствует предотвращению структурных ошибок.

IDEF 8. Предназначен для проектирования диалогов человека и технических систем. Т.е. создание удобного взаимодействия человека и компьютера.

IDEF 9. Предназначен для анализа имеющихся условий и ограничений и оценки их влияния на принимаемое решение в процессе проектирования систем.

IDEF 14. Предназначен для представления и анализа данных при проектировании вычислительных сетей на графическом языке с описанием конфигурации очередей сетевых компонентов, требований к надежности и т.д.

Определение проблемы.

Проблема – это различие желаемого и действительного положения дел, т.е. состояние неудовлетворенности. Ситуация становится проблемной, когда действие не дает желаемых результатов. Математическое описание проблемы может быть представлено в следующем виде: P_t =|A_t – A_ot|

Где P_t – проблема в момент времени t, A_t – состояние объекта (системы) в момент t, A_0t – желаемое состояние объекта (системы)

Определение цели

Проблема порождает формулировку цели, т.е. заранее мыслимый результат деятельности с целью устранения проблемы. Цель является обратной стороной проблемы и определяет несуществующий, но желаемый объект, с учетом состояния среды, т.е. решение проблемы.

Определение объекта

Объект – это то, на что направлена человеческая деятельность.

Определение модели

Под моделью понимают объект заместитель, который в определенных условиях может заменить объект-оригинал воспроизводя интересующие нас свойства и характеристики оригинала. Модель – это результат отображения одной материальной структуры на другую, также абстрактную, либо как результат интерпретации первой модели в терминах и образах второй (нечто универсальное). Модель – это целевое отражение, т.е. для разных целей могут использоваться модели необходимых объектов.

Понятие о теории моделирования

Целью моделирования и общей задачей является разработка методологии, направленной на получение и обработку информации об объекте.

Теория моделирования – это теория этих процессов.

Методологическая база – диалектика материалистических показаний.

Теория о системе можно получить с помощью эксперимента.

На основе теории формируется система знаний, позволяя решать вопрос об их использовании.

Моделирование является эффективным методом познания природы и замещает один объект другим, с целью получения знаний о важнейших свойствах объекта-оригинала с помощью объекта-модели.

При всем многообразии моделей в моделировании процессов необходимо сосредоточиться на основных принципах, что позволяет сделать теория моделирования. Следует помнить, что при развитии понятия модели может быть либо объект заместитель, либо абстракция.

При достижении цели необходимо осуществить деятельность по определенному плану. Алгоритм – это модель достижения цели.

Модель – это целевое отражение, т.е. для разных целей могут использоваться модели необходимых объектов.