Информационное моделирование решаемой задачи

Информационное моделирование необходимо для наглядного представления профессиональной деятельности, оптимизации информационного обеспечения решаемых профессиональных задач, рациональной организации или реорганизации технологических процессов.

Этот этап дает ответ на вопрос: “Как система будет удовлетворять предъявляемым к ней требованиям?”.

На этапе информационного моделирования разрабатывается структура технологической системы и описывается логическая взаимосвязь ее элементов. Здесь не рассматриваются вопросы, связанные с проектированием конкретной реализации технологических процедур.

Моделирование определяется как итерационный процесс получения логической модели системы вместе со строго сформулированными целями, поставленными перед ней.

В результате деятельности на этапах анализа и информационного моделирования должен быть получен проект технологической системы, содержащий достаточное количество информации для реализации системы на его основе.

Для целей информационного моделирования решаемой задачи используются три группы средств, описывающие:

- функции, которые должна выполнять система;

- отношения между информационными объектами;

- зависящее от времени поведение системы.

К этим средствам относятся:

- модели информационных потоков;

- информационные модели “сущность-связь”;

- диаграммы переходов состояний.

 

1.2.5. Выявление основных технологических операций
и алгоритмизация процесса решения задачи

Для разработки технологического процесса решения профессиональной задачи необходимо, на основе анализа информационных моделей, выделить основные рабочие и контрольные операции и рассмотреть эти операции во взаимосвязи и взаимовлиянии. Для решения этой задачи строится структурно-полная модель движения информации.

Модель движения информации базируется на использовании структур, отражающих основные процедуры преобразования информации в рамках семантического, синтаксического и прагматического аспектов информации.

Типовая модель движения информации имеет вид:

1 2 3

источник регистрация первичная обработ- передача

ка информации

4 5 6 7

обработка хранение поиск отображение

 

8 9 10

анализ принятие контроль исполнения

решения решения

приемник информации

 

На этапах 1-3 и 5-7 выполняется преобразование формы информации (синтаксический аспект), на этапе 4 - преобразование смысла (семантический аспект), на этапах 8-10 - актуализация информации (прагматический аспект).

На этапе алгоритмизации решения задачи детализируются действия, выполняемые в рамках каждой технологической операции. Здесь разрабатываются алгоритмы проведения информационных процессов, реализуемых в разрабатываемой технологии.

 

1.2.6. Выбор состава программно-технических средств
для реализации основных технологических процедур

На этом этапе производится выбор необходимых технических (ЭВМ, оргтехника, средства коммуникаций) и программных (общесистемное ПО, базовое ПО) средств для реализации информационных процедур разработанной технологии.

В случае необходимости разрабатывается недостающее прикладное ПО.

Разработка ПО включает следующие этапы:

Постановка задачи.

Формализация (построение математических моделей).

Определение методов решения.

Разработка или адаптация алгоритма решения.

Анализ алгоритма.

Выбор комплекса программных средств для реализации решения.

Составление программы (кодирование).

Отладка программы, решение тестового примера.

Анализ и обработка результатов.

Документирование и сопровождение программы.

Модели и моделирование

Основные понятия

Моделирование представляет собой процесс построения, использования и совершенствования моделей. Интересно проследить, как развивалось само понятие модели.

Первоначально моделью называли некое вспомогательное средство, объект, который в определенной ситуации заменял другой объект.

Очень долго понятие "модель" относилось только к материальным объектам специального типа, например манекен (модель человеческой фигуры), гидродинамическая уменьшенная модель плотины, модели судов и самолетов, чучела (модели животных) и т.п.

Осмысливание основных особенностей таких моделей привело к раз- работке многочисленных определений, типичным примером которых служит следующее: моделью называется некий объект-заместитель, который в определенных условиях может заменять объект-оригинал, воспроизводя интересующие нас свойства и характеристики оригинала, причем имеет существенные преимущества удобства (наглядность, обозримость, доступность испытаний, легкость оперирования с ним и пр.).

Следующий шаг заключался в признании того, что моделями могут служить не только реальные объекты, но и абстрактные, идеальные построения. Типичным примером служат математические модели. В результате деятельности математиков, логиков и философов, занимавшихся исследованием оснований математики, была создана теория моделей. В ней модель определяется как результат отображения одной абстрактной математической структуры на другую, также абстрактную, либо как результат интерпретации первой модели в терминах и образах второй.

В XX в. понятие модели становится все более общим, охватывающим и реальные, и идеальные модели. При этом понятие абстрактной модели вышло за пределы математических моделей, стало относиться к любым знаниям и представлениям о мире.

В сфере научных дисциплин информационного, кибернетического, системного направления, а затем и в других областях науки модель стала осознаваться как нечто универсальное, хотя и реализуемое различными способами. Модель есть способ существования знаний.

Модели могут быть качественно различными, они образуют иерархию, в которой модель более высокого уровня (например, теория) содержит модели нижних уровней (например, гипотезы) как свои части, элементы. Важно также, что признание идеальных представлений, научных построений, законов в качестве моделей подчеркивает их относительную истинность.

Всякий процесс труда есть деятельность, направленная на достижение определенной цели.

Системность деятельности проявляется в том, что она осуществляется по определенному плану, или по определенному алгоритму. Следовательно, алгоритм - образ будущей деятельности, ее модель.

Как правило, деятельность редко осуществляется по жесткой программе, без учета того, что происходит на промежуточных этапах. Чаще приходится оценивать текущий результат предыдущих действий и выбирать следующий шаг из числа возможных. Это означает, что необходимо сравнивать последствия всех возможных шагов, не выполняя их реально, т.е. "проиграть" их на модели.

Таким образом, моделирование является обязательным, неизбежным действием во всякой целесообразной деятельности, пронизывает и организует ее, представляет собой не часть, а аспект этой деятельности.

Наиболее полным определением модели является следующее: моделью называется многоместное отношение, включающее субъек­та, организующего моделирование, и за­дачу, ради которой проводится модели­рование, объект оригинал, который моделируется, сред­ства, из которых создается модель и среду, в которой модель должна функционировать.

 

Классификация моделей

Поскольку модели играют чрезвычайно важную роль в организации любой деятельности человека, все виды деятельности удобно разделить по направленности основных потоков информации, циркулирующих между субъектом и окружающим его миром.

Разделим модели на познавательные и прагматические, что соответствует делению целей на теоретические и практические. Хотя это деление (как, впрочем, и всякое другое) относительно и легко привести примеры, когда конкретную модель нелегко однозначно отнести к одному из классов, оно все же не целиком условно и отображает реальные различия.

Проявления этих различий разнообразны, но, пожалуй, наиболее наглядно разница между познавательными и прагматическими моделями проявляется в их отношении к оригиналу в процессе деятельности.

Познавательные модели являются формой организации и представления знаний, средством соединения новых знаний с имеющимися. Поэтому при обнаружении расхождения между моделью и реальностью встает задача устранения этого расхождения с помощью изменения модели.

Прагматические модели являются средством управления, средством организации практических действий, способом представления образцово правильных действий или их результата, т.е. являются рабочим представлением целей. Поэтому использование прагматических моделей состоит в том, чтобы при обнаружении расхождений между моделью и реальностью направить усилия на изменение реальности так, чтобы приблизить реальность к модели. Таким образом прагматические модели носят нормативный характер, играют роль стандарта, образца, под которые "подгоняются" как сама деятельность, так и ее результат. Примерами прагматических моделей могут служить планы и программы действий, уставы организаций, кодексы законов, алгоритмы, рабочие чертежи и шаблоны, параметры отбора, технологические допуски, экзаменационные требования и т.д.

Другими словами, основное различие между познавательными и прагматическими моделями можно выразить так: познавательные моде­ли отражают существующее, а прагматические - не существующее, но желаемое и (возможно) осуществимое.

Другим принципом классификации целей моделирования, другим ответом на вопрос о том, что отображается в модели, может служить деление моделей на статические и динамические. Для одних целей нам может понадобиться модель конкретного состояния объекта, своего рода "моментальная фотография" интересующего нас объекта. Такие модели называются статическими. Примером являются структурные модели систем. В тех же случаях, когда наши цели связаны не с одним состоянием, а с различием между состояниями, возникает необходимость в отображении процесса изменений состояния. Такие модели называются динамическими; примером их служат функциональные модели систем.

Цель моделирования диктует, какие стороны оригинала должны быть отражены в модели. Различным целям соответствуют разные модели одного и того же объекта.

Можно строить модели в воображении, идеально, средствами мышления - такие модели называются абстрактными, а можно создавать модели из реальных объектов и процессов - такие модели называют реальными, вещественными, иногда физическими. В некотором смысле промежуточное, посредническое положение занимают реальные модели, имеющие абстрактное содержание, - знаковые модели.

 

Свойства моделей

Для того чтобы модель отвечала своему назначению, недостаточно взять готовую модель или создать новую; необходимо, чтобы существовали условия, обеспечивающие ее функционирование. Отсутствие (или недостаточность) таких условий лишает модель ее модельных свойств.

Свойство модели быть согласованной с внешней средой называется ингерентностью модели.

Например, бумажные денежные знаки могут играть роль модели стоимости только до тех пор, пока в среде их обращения существуют правовые нормы и финансовые учреждения, поддерживающие функционирование денег.

Особый аспект необходимости согласованности модели со средой состоит в обеспечении операционности модели, т.е. ее работы, реализации самого процесса моделирования. Это означает, что в модели должны быть предусмотрены не только интерфейсы со средой, но и в самой среде должны быть реализованы подсистемы, другие модели и алгоритмы, обеспечивающие, поддерживающие функционирование модели, использующие результаты ее функционирования, управляющие ходом процесса моделирования: не только модель должна приспосабливаться к среде, но и среда к модели.

Необходимо рассмотреть те качества моделей, которые определяют ценность самого моделирования, т.е. отношение моделей с отображаемой ими реальностью: чем отличаются модели и моделируемые объекты или явления, в каком смысле и до какой степени можно отождествлять модель с оригиналом. Главными свойствами моделей, характеризующими различия между моделью и действительностью, являются конечность и упрощенность модели.

Модель конечна, так как:

Она отображает оригинал лишь в конечном числе отношений;

Ресурсы моделирования конечны.

Модель всегда упрощенно отображает оригинал. Причины упрощенности:

Конечность модели;

Модель отображает только главные, наиболее существенные эффекты;

Ограниченность средств оперирования с моделью (необходимость ингерентности).

Конечность и упрощенность характеризуют качественные различия между моделью и оригиналом.

Если с помощью модели достигается решение поставленной задачи (достижение цели), то такая модель называется адекватной данной цели.