Роль моделирования в науке и технике.

Особую роль играют концептуальные модели – представление человека об объекте. В основе концептуальных моделей лежит первичное представление, в котором находятся абстрактные модели (основные характеристики модели)

На низшем уровне находятся концептуальные модели.

Научная гипотеза – модель реальности на основе неполного изучения модели.

Сущность компьютерного моделирования - представляет собой некоторый компьютерный комплекс алгоритм описания поведения предмета.

Главная особенность компьютерной модели – простота.

1. Компьютер – мощный инструмент для проведения экспериментов (позволяет хранить и обрабатывать большое количество информации).

2. Позволяет исследовать модель высокой степени сложности.

3. Применение компьютерного моделирование привело к появлению нового направления:

- имитационное моделирование;

- вычислительная физика;

- модель знание.

4. Компьютерные модели стали основой математизации моделей знаний.

5. В ходе компьютерного моделирования возможна визуализация результатов моделирования.

6. Компьютер – это не только способ визуализации результатов моделирования и проведения экспериментов, но и инструмент для создания моделей.

Сферы применения компьютерного моделирования.

1) анализ и поиск оптимального решения.

2) диагностика состояния объекта и прогноз динамики его изменения.

3) автоматизация управления объектом.

4) создание имитаторов и тренажеров.

Этапы построения моделей с использованием компьютерной техники.

1) строится концептуальная модель (на основе формирования теоретического представления об исходной модели).

2) создаются математические и алгоритмические модели объекта.

3) модель переводят на язык программирования, создается компьютерная модель.

 

Системный подход в моделировании.

Методология создания объектов – в основе – исследования объектов, как системы

 

Система – совокупность взаимодействующих элементов, обладающих определенной целостностью.

Определить систему – выделить ее из состава окружающей среды.

 

Элемент системы – некоторая самостоятельная часть системы.

 

Свойства системы – не являются суммой свойств ее элементов.

Информация о свойствах системы в определенный момент определяет ее состояние.

Дискретная система – скачкообразный переход между системами.

Непрерывная (динамическая) – проходит промежуточное состояние.

 

Режимы поведения системы:

1. стационарный – постоянное равновесие

2. динамический – непрерывное изменение состояния системы

3. периодический – система через равные промежутки времени проходит одни и те же состояния

4. переходный – соответствует переходу системы из одного стационарного состояния в другое

 

Классификация систем:

· по сложности

o простые – система имеет простую структуру и легко поддается математическому описанию

o сложные – система имеет разветвленную структуру и сложное математическое описание (гибридная система)

o сверхсложные – не поддаются математическому описанию. Моделирование происходит с помощью имитации.

· Детерминированность:

o Детерминированные изменения обусловлены взаимосвязями

o Стахастические – системы, изменение в которых носит случайный характер

· Непрерывность

 

Общая схема построения моделей

1) В технике результаты работы фиксируют задание на проектирование

2) Анализ объекта моделирования с точки зрения поставленной задачи. Формируется образ объекта – когнитивная модель

3) На основе когнитивной модели создается концептуальная модель

Формализация и моделирование.

В процессе познания окружающего мира человечество постоянно прибегает к моделированию и формализации.

Формализация – это сведение некоторого содержания (содержания текста, смысла научной теории, воспринимаемых сигналов и пр.) к выбранной форме.

Например, оглавление книги – это формализация ее содержательных частей, а сам текст можно рассматривать как формализацию посредством языковых конструкций мыслей, идей, размышлений автора.

Возможность формализации опирается на фундаментальное положение, которое называют основным тезисом формализации: существует принципиальная возможность разделения объекта и его обозначения.

Суть объекта не меняется от того, как мы его назовем. Это значит, что мы можем назвать его так, чтобы это имя наилучшим образом соответствовало (с нашей точки зрения) данному объекту. Отрицание основного тезиса формализации означает, что имя объекта выражает его суть. В этом случае каждому объекту должно быть поставлено в соответствие только одно имя.

Из основного тезиса формализации следует сама идея моделирования.

Для обозначения объекта вводится некоторый набор знаков.

Знак – это элемент конечного множества отличных друг от друга элементов.

Основные черты знака:

1. Способность выступать в качестве заместителя объекта;

2. Неотождественность знака и объекта – знак никогда не может полностью заменить обозначаемое;

3. Многозначность соответствия «знак – объект».

Формализация – отображение результатов мышления в точных понятиях и сущностях, которые противопоставляются интуитивному мышлению.

· На базе некоторой формальной системы объекты формализуют систему – символьно или графически представляют реальные объекты

Формализованное описание объекта моделирования позволяет построить его строгое и однозначное описание (модель)

Классификация моделей.

Модель – объект произведенный природой, отражающий св-ва, харак-ки и связи моделируемого объекта, кот. явл. существенными для решения задач.

Признаки классификации моделей:

· по области использования;

· по фактору времени;

· по отрасли знаний;

· по форме представления;

· по признаку реализации и т. д.

Классификация моделей по области использования:

· Учебные модели – используются при обучении.

· Опытные – это уменьшенные или увеличенные копии проектируемого объекта. Используют для исследования и прогнозирования его будущих характеристик.

· Научно - технические - создаются для исследования процессов и явлений.

· Игровые – репетиция поведения объекта в различных условиях.

· Имитационные – отражение реальности в той или иной степени (это метод проб и ошибок).

· Классификация моделей по фактору времени:

· Статические – модели, описывающие состояние системы в определенный момент времени (единовременный срез информации по данному объекту). Примеры моделей: классификация животных…., строение молекул, список посаженных деревьев, отчет об обследовании состояния зубов в школе и тд.

· Динамические – модели, описывающие процессы изменения и развития системы (изменения объекта во времени). Примеры: описание движения тел, развития организмов, процесс химических реакций.

Классификация моделей по отрасли знаний (отрасли деятельности человека):

· математические;

· биологические;

· химические;

· социальные;

· экономические;

· исторические и т. д.

Классификация моделей по форме представления:

· Материальные – это предметные (физические) модели. Они всегда имеют реальное воплощение. Отражают внешнее свойство и внутреннее устройство исходных объектов, суть процессов и явлений объекта-оригинала. Это экспериментальный метод познания окружающей среды. Примеры: детские игрушки, скелет человека, чучело, макет солнечной системы, школьные пособия, физические и химические опыты.

· Абстрактные (нематериальные) – не имеют реального воплощения. Их основу составляет информация. Это теоретический метод познания окружающей среды.

· По признаку реализации:

· Мысленные – формируются в воображении человека в результате раздумий, умозаключений, иногда в виде некоторого образа. Это модель сопутствует сознательной деятельности человека.

· Вербальные – мысленные модели выраженные в разговорной форме. Используется для передачи мыслей.

· Информационные – целенаправленно отобранная информация об объекте, которая отражает наиболее существенные для исследователя свойств этого объекта.