Краткие теоретические и учебно-методические материалы по теме занятия

Модель - это материальный или идеальный объект, замещающий исследуемую систему и адекватным образом отображающий ее существенные стороны. Материальные модели иначе можно назвать предметными, физическими. Они всегда имеют реальное воплощение. Информационная модель (в широком, общенаучном смысле) — совокупность информации, характеризующая существенные свойства и состояния объекта, процесса, явления, а также взаимосвязь с внешним миром. Модель должна в чем–то повторять исследуемый процесс или объект со степенью соответствия, позволяющей изучить объект–оригинал. Чтобы результаты моделирования можно было бы перенести на исследуемый объект, модель должна обладать свойством адекватности.

Модели можно классифицировать по различным признакам (рис. 1-3).

Рис.1. Классификация моделей по области использования

Рис. 2. Классификация моделей по временному фактору

 

Рис.3. Классификация моделей по способу представления

По форме представления можно выделить следующие виды информационных моделей: геометрические модели; словесные модели; математические модели; структурные модели; логические модели; специальные модели (ноты, химические формулы); компьютерные и некомпьютерные модели. Компьютерная модель — модель, реализованная средствами программной среды.

Компьютерная модель, или численная модель — компьютерная программа, работающая на отдельном компьютере, суперкомпьютере или множестве взаимодействующих компьютеров (вычислительных узлов), реализующая представление объекта, системы или понятия в форме, отличной от реальной, но приближенной к алгоритмическому описанию, включающей и набор данных, характеризующих свойства системы и динамику их изменения со временем.

Рассмотрим основные этапы компьютерного моделирования.

Название этапа	Исполнение действий
1. Постановка задачи и её анализ	1.1. Выяснить, с какой целью создается модель. 1.2. Уточнить, какие исходные результаты и в каком виде следует их получить. 1.3. Определить, какие исходные данные нужны для создания модели.
2. Построение информационной модели	2.1. Определить параметры модели и выявить взаимосвязь между ними. 2.2. Оценить, какие из параметров влиятельные для данной задачи, а какими можно пренебрегать. 2.3. Математически описать зависимость между параметрами модели.
3. Разработка метода и алгоритма реализации компьютерной модели	3.1. Выбрать или разработать метод получения исходных результатов. 3.2. Составить алгоритм получения результатов по избранным методам. 3.3. Проверить правильность алгоритма.
4. Разработка компьютерной модели	4.1. Выбрать средства программной реализации алгоритма на компьютере. 4.2. Разработать компьютерную модель. 4.3. Проверить правильность созданной компьютерной модели.
5. Проведение эксперимента	5.1. Разработать план исследования. 5.2. Провести эксперимент на базе созданной компьютерной модели. 5.3. Проанализировать полученные результаты. 5.4. Сделать выводы насчет свойств прототипа модели

В процессы проведения эксперимента может выясниться, что нужно:

1. скорректировать план исследования;

2. выбрать другой метод решения задачи;

3. усовершенствовать алгоритм получения результатов;

4. уточнить информационную модель;

5. внести изменения в постановку задачи.

В таком случае происходит возвращение к соответствующему этапу и процесс начинается снова.

Имея дело с компьютером как с инструментом, нужно помнить, что он работает с информацией. Поэтому следует исходить из того, какую информацию и в каком виде может воспринимать и обрабатывать компьютер. Современный компьютер способен работать со звуком, видеоизображением, анимацией, текстом, схемами, таблицами и т. д. Но для использования всего многообразия информации необходимо как техническое (Hardware), так и программное (Software) обеспечение. И то и другое — инструменты компьютерного моделирования.

Компьютерное информационное моделирование используется для описания и анализа процессов разнообразной природы. Наибольший опыт в этом отношении имеют физические науки. Компьютерное моделирование помогает решать важные проблемы экологии. Большую роль играет информационное моделирование в экономике и управлении. Важнейшими задачами этой области являются задачи планирования. Средствами компьютерного моделирования ученые пытаются решить даже такую глобальную проблему, как судьбы человеческой цивилизации.

На сегодняшний день существует множество программных продуктов, используемых для реализации задачи построения и исследования компьютерных моделей. Поэтому в задачу исследователя входит выбор нужной программы с необходимым набором инструментов, позволяющих достичь поставленной цели.

Задания для практического занятия

Задание 1. Внимательно прочитайте теоретический материал по теме занятия.

Задание 2. Выпишите и запомните основные определения.

Задание 3. Используя Интернет-сервис www.sweethome3d.com для моделирования дизайна жилого помещения и проектирования интерьера, создайте 2D-план квартиры. Разместите на плане окна, двери и мебель, и посмотрите в на интерактивном 3D плане.

Задание 4. Познакомьтесь с проектом Google Art & Culture (https://artsandculture.google.com), созданным Интернет-корпорацией Google, виртуально посетите ведущие музеи и рассмотрите их экспонаты:

- Государственная Третьяковская галерея (Москва, Россия).

- Государственный Эрмитаж (Санкт-Петербург, Россия).

- Берлинская картинная галерея (Берлин, Германия).

- Метрополитен-музей (Нью-Йорк, США).

- Музей Ван Гога (Амстердам, Нидерланды).

- Версальский дворец (Франция).

Задание 5. Рассмотрите математическую модель системы биологических ритмов человека на сайте http://ru.wikipedia.org/wiki/Биоритм.

Задание 6. Исследуйте компьютерную модель в он-лайн режиме на сайтах: http://www.ritms.ru/, http://rgo.ru/projects/soft_online/bioritmy/

Вопросы для закрепления теоретического материала

1. Что такое модель?

2. По каким признакам можно классифицировать модели?

3. Что представляет собой информационная модель?

4. Какая модель называется компьютерной?

5. Перечислите основные этапы компьютерного моделирования.