Tämän ominaisuuden mukaan mallit jaetaan kahteen laajaan luokkaan:

• abstraktit (henkiset) mallit;
• materiaalimalleja.

Riisi. 1.1.

Usein mallintamisen käytännössä on sekoitettuja abstrakteja materiaalisia malleja.

abstrakteja kuvioita ovat yleisesti hyväksyttyjen merkkien tiettyjä rakenteita paperille tai muulle materiaalin kantaja tai muodossa tietokoneohjelma.

Abstraktit mallit, menemättä liian yksityiskohtiin, voidaan jakaa:

• symbolinen;
• matemaattinen.

Symbolinen malli on looginen objekti, joka korvaa todellinen prosessi ja ilmaista sen suhteiden pääominaisuudet tietyn merkki- tai symbolijärjestelmän avulla. Se on joko sanat luonnollinen kieli, tai vastaavan tesaurusten sanat, kaaviot, kaaviot jne.

Symbolisella mallilla voi olla itsenäinen merkitys, mutta pääsääntöisesti sen rakenne on alkuvaiheessa mikä tahansa muu simulaatio.

Matemaattinen mallinnus- tämä on prosessi, jossa määritetään vastaavuus jonkin matemaattisen rakenteen mallinnetun objektin kanssa, jota kutsutaan matemaattiseksi malliksi, ja tämän mallin tutkiminen, joka mahdollistaa mallinnetun kohteen ominaisuuksien saamisen.

Matemaattinen mallinnus - päätavoite ja opitun tieteenalan pääsisältö.

Matemaattiset mallit voivat olla:

• analyyttinen;
• jäljitelmä;
• sekoitettu (analyyttinen ja simulointi).

Analyyttiset mallit- nämä ovat funktionaalisia suhteita: algebrallisten, differentiaali-, integro-differentiaaliyhtälöiden järjestelmät, loogisia ehtoja. Maxwellin yhtälöt - analyyttinen malli elektromagneettinen kenttä. Ohmin laki on sähköpiirin malli.

Matemaattisten mallien muunnos tunnetut lait ja säännöt voidaan nähdä kokeiluina. Analyyttisiin malleihin perustuva ratkaisu voidaan saada yhden laskennan tuloksena riippumatta ominaisuuksien erityisistä arvoista ("in yleisnäkymä"). Tämä on visuaalinen ja kätevä kuvioiden tunnistamiseen. Kuitenkin monimutkaiset järjestelmät Aina ei ole mahdollista rakentaa analyyttistä mallia, joka heijastaa täysin todellista prosessia. Siitä huolimatta on olemassa prosesseja, esimerkiksi Markovin prosesseja, joiden analyyttisten mallien mallintamisen relevanssi on käytännössä todistettu.

Simulointi. Luominen tietokoneita johti uuden matemaattisten mallien alaluokan – simulaation – kehittämiseen.

Simulaatiomallinnus sisältää mallin esittämisen jonkin algoritmin - tietokoneohjelman - muodossa, jonka suoritus jäljittelee järjestelmän muuttuvien tilojen sarjaa ja edustaa siten simuloidun järjestelmän käyttäytymistä.

Tällaisten mallien luomis- ja testausprosessia kutsutaan simulaatiomallinnukseksi, ja itse algoritmia kutsutaan simulaatiomalliksi.

Mitä eroa on simulaation ja analyyttisten mallien välillä?

Analyyttisen mallinnuksen tapauksessa tietokone on tehokas laskin, joka laskee yhteen. Analyyttinen malli ratkaistu tietokoneella.

Simulaatiomallinnuksen tapauksessa simulaatiomalli - ohjelma - toteutettu tietokoneella.

Simulaatiomallit yksinkertaisesti ottavat huomioon satunnaisten tekijöiden vaikutuksen. Analyyttisille malleille tämä vakava ongelma. Satunnaisten tekijöiden läsnä ollessa simuloitujen prosessien tarvittavat ominaisuudet saadaan useilla simulaatiomallin ajoilla (realisoinneilla) ja edelleen tilastollinen käsittely kertynyttä tietoa. Siksi prosessien simulointimallinnusta satunnaistekijöillä kutsutaan usein tilastollinen mallinnus.

Jos kohteen tutkiminen on vaikeaa pelkällä analyyttisellä tai simulaatiomallinnuksella, käytetään seka- (yhdistetty), analyyttistä ja simulaatiomallinnusta. Tällaisia ​​malleja rakennettaessa kohteen toiminnan prosessit hajotetaan osaprosesseihin, joihin mahdollisesti käytetään analyyttisiä malleja ja jäljelle jääville osaprosesseille rakennetaan simulaatiomalleja.

materiaalien mallinnus perustuu todellisia teknisiä rakenteita edustavien mallien käyttöön. Se voi olla itse esine tai sen elementit (luonnollinen mallinnus). Tämä voi olla erityinen laite - malli, jolla on joko fyysinen tai geometrinen samankaltaisuus alkuperäisen kanssa. Se voi olla eri laite. fyysinen luonne kuin alkuperäinen, mutta prosesseja, joissa kuvataan samanlaisilla matemaattisilla suhteilla. Tämä on niin kutsuttu analoginen simulaatio. Tällainen analogia havaitaan esimerkiksi satelliittiviestintäantennin tuulen kuormituksen alaisen värähtelyn ja värähtelyn välillä. sähkövirta erityisesti valitussa sähköpiirissä.

Usein luotu materiaali abstrakteja malleja. Se osa operaatiosta, jota ei voida kuvata matemaattisesti, mallinnetaan aineellisesti, loput on abstrakteja. Tällaisia ​​ovat esimerkiksi komento-esikuntaharjoitukset, jolloin esikunnan työ on täysimittaista kokeilua ja joukkojen toiminta heijastuu asiakirjoihin.

Luokittelu tarkasteltavan kriteerin - mallin toteutustavan - mukaan on esitetty kuvassa. 1.2.

1.3. Mallintamisen vaiheet

Matemaattinen mallinnus kuten mitä tahansa muuta, sitä pidetään taiteena ja tieteenä. Tunnettu simulaatiomallinnuksen asiantuntija Robert Shannon kutsui kirjaansa laajalti tunnetuksi tieteen ja tekniikan maailmassa: " Simulointi- taide ja tiede". Siksi insinöörikäytännössä ei ole muodollista ohjeistusta mallien luomiseen. Ja kuitenkin mallinkehittäjien käyttämien tekniikoiden analyysi antaa meille mahdollisuuden nähdä melko läpinäkyvän mallinnuksen vaiheen.

Ensimmäinen taso: mallinnuksen tavoitteiden selventäminen. Itse asiassa tämä päälava mitään toimintaa. Tavoite ratkaisee olennaisesti jäljelle jäävien mallinnuksen vaiheiden sisällön. Huomaa, että yksinkertaisen ja monimutkaisen järjestelmän ero ei synny niinkään niiden olemuksesta, vaan myös tutkijan asettamista tavoitteista.

Tyypillisesti mallintamisen tavoitteet ovat:

• ennuste kohteen käyttäytymisestä uusissa tiloissa, tekijöiden yhdistelmissä jne.;
• tekijöiden yhdistelmän ja arvojen valinta optimaalinen arvo prosessin suorituskyvyn indikaattorit;
• järjestelmän herkkyyden analyysi tiettyjen tekijöiden muutoksille;
• testata erilaisia ​​hypoteeseja ominaisuuksista satunnaisia ​​parametreja tutkittava prosessi;
• määritelmä toiminnalliset liitännät järjestelmän käyttäytymisen ("vasteen") ja vaikuttavien tekijöiden välillä, mikä voi myötävaikuttaa käyttäytymisen ennustamiseen tai herkkyysanalyysiin;
• olemuksen selkeyttäminen, opiskelukohteen parempi ymmärtäminen sekä simuloidun tai käyttöjärjestelmän käyttämiseen tarvittavien ensimmäisten taitojen muodostuminen.

Toinen vaihe: käsitteellisen mallin rakentaminen. Havainnemalli(lat. käsitteestä) - määrittävän idean tasolla oleva malli, joka muodostuu mallinnettua objektia tutkittaessa. Tässä vaiheessa kohdetta tutkitaan, tarvittavat yksinkertaistukset ja approksimaatiot tehdään. Merkittävät näkökohdat tunnistetaan, toissijaiset jätetään pois. Mittayksiköt ja muutosalueet asetetaan mallin muuttujat. Jos mahdollista, niin Havainnemalli esitellään tunnettujen ja hyvin kehitettyjen järjestelmien muodossa: jonotus, ohjaus, automaattinen säätö, erilainen myyntiautomaatit jne. Havainnemalli tiivistää täysin suunnitteludokumentaation tutkimisen tai mallinnettavan kohteen kokeellisen tutkimuksen.

Toisen vaiheen tulos on mallin yleinen kaavio, johon on täysin valmistautunut matemaattinen kuvaus- rakennus matemaattinen malli.

Kolmas vaihe: ohjelmointi- tai mallintamiskielen valinta, algoritmin ja malliohjelman kehittäminen. Malli voi olla analyyttinen tai simulaatio tai molempien yhdistelmä. Analyyttisen mallin tapauksessa tutkijan tulee hallita ratkaisumenetelmät.

Matematiikan historiassa (ja tämä on muuten historiaa matemaattinen mallinnus) on monia esimerkkejä siitä, kun tarve mallintaa erilaisia ​​prosesseja johti uusiin löytöihin. Esimerkiksi tarve simuloida liikettä johti löytämiseen ja kehittämiseen differentiaalilaskenta(Leibniz ja Newton) ja vastaavat ratkaisumenetelmät. Aluksen vakavuuden analyyttisen mallintamisen ongelmat saivat akateemikko A. N. Krylovin luomaan likimääräisten laskelmien teorian ja analogisen tietokoneen.

Mallintamisen kolmannen vaiheen tulos on mallinnus- ja tutkimuskäyttöön sopivimmalla kielellä koottu ohjelma - yleismaailmallinen tai erityinen.

Neljäs vaihe: kokeilun suunnittelu. Matemaattinen malli on kokeilun kohde. Kokeilun tulee olla mahdollisimman informatiivinen, täyttää rajoitukset ja toimittaa tietoja vaadittava tarkkuus ja uskottavuus. Kokeilun suunnittelusta on teoria, tutkimme tämän teorian elementtejä, joita tarvitsemme tieteenalan sopivassa paikassa. GPSS World, AnyLogic jne.) ja voidaan ottaa käyttöön automaattisesti. On mahdollista, että saatujen tulosten analysoinnin aikana mallia voidaan jalostaa, täydentää tai jopa tarkistaa kokonaan.

Simulaatiotulosten analysoinnin jälkeen ne tulkitaan, eli tulokset käännetään termeiksi aihealue. Tämä on välttämätöntä, koska yleensä aiheen asiantuntija(tutkimustuloksia tarvitsevalla) ei ole matematiikan ja mallintamisen terminologiaa ja hän voi suorittaa tehtävänsä toimien vain hänelle tutuilla käsitteillä.

Tämä päättää simulointisekvenssin tarkastelun tekemällä erittäin tärkeä johtopäätös tarpeesta dokumentoida kunkin vaiheen tulokset. Tämä on tarpeen seuraavista syistä.

Ensinnäkin mallintaminen on iteratiivinen prosessi, eli jokaisesta vaiheesta voidaan palata mihin tahansa edelliseen vaiheeseen tässä vaiheessa tarvittavien tietojen selventämiseksi ja dokumentaatiossa voidaan tallentaa edellisellä iteraatiolla saadut tulokset.

Toiseksi monimutkaisen järjestelmän tutkiminen edellyttää suuria joukkueita kehittäjät ja eri vaiheita eri ryhmien suorittamia. Siksi kussakin vaiheessa saatujen tulosten on oltava siirrettävissä seuraaviin vaiheisiin, eli niillä on oltava yhtenäinen muoto esitys ja ymmärrettävä sisältö muille kiinnostuneille asiantuntijoille.

Kolmanneksi jokaisen vaiheen tuloksen tulisi olla sinänsä arvokas tuote. Esimerkiksi, Havainnemalli ei saa käyttää jatkomuuntamiseen matemaattiseksi malliksi, vaan se on kuvaus, joka tallentaa tietoa järjestelmästä, jota voidaan käyttää arkistona, oppimisvälineenä jne.

Ymmärtääksesi matemaattisen mallinnuksen olemuksen, harkitse prosessin perusmääritelmiä, ominaisuuksia.

Termin ydin

Mallintaminen on mallin luomisen ja soveltamisen prosessi. Sitä pidetään minkä tahansa abstraktina tai aineellinen esine, joka korvaa todellisen simulointiobjektin opiskeluprosessissa. Tärkeä pointti on kohteen täysimittaiseen analyysiin tarvittavien ominaisuuksien säilyttäminen.

Tietokonemallinnus on matemaattiseen malliin perustuva tiedon muunnos. Se tarkoittaa epäyhtälöiden, yhtälöiden, loogisten merkkilausekkeiden järjestelmää, joka heijastaa täysin ilmiön tai kohteen kaikkia ominaisuuksia.

Matemaattiseen mallinnukseen liittyy erityisiä laskelmia, tietotekniikan käyttöä. Prosessin selittämiseksi tarvitaan lisää tutkimusta. Tämä tehtävä ratkaistaan ​​onnistuneesti tietokonesimulaatiolla.

Tietokonesimuloinnin spesifisyys

Tätä tapaa tutkia monimutkaisia ​​järjestelmiä pidetään tehokkaana ja tehokkaana. Tietokonemallien analysointi on kätevämpää ja helpompaa, koska voidaan suorittaa erilaisia ​​laskennallisia toimintoja. Tämä pätee erityisesti tapauksissa, joissa fyysinen tai aineellisista syistä oikeita kokeita eivät anna sinun saada haluttua tulosta. Tällaisten mallien logiikan avulla on mahdollista määrittää tärkeimmät tekijät, jotka määrittävät tutkitun alkuperäisen parametrit.

Tämä matemaattisen mallinnuksen sovellus mahdollistaa kohteen käyttäytymisen tunnistamisen erilaisia ​​ehtoja tunnistaa eri tekijöiden vaikutus hänen käyttäytymiseensä.

Tietokonemallinnuksen perusteet

Mihin tämä mallinnus perustuu? Mitä Tieteellinen tutkimus perustuu ICT:hen? Aloitetaan siitä, että mikä tahansa tietokonesimulaatio perustuu tiettyihin periaatteisiin:

• matemaattinen mallintaminen tutkittavan prosessin kuvaamiseksi;
• innovatiivisten matemaattisten mallien soveltaminen tutkittavien prosessien yksityiskohtaista tarkastelua varten.

Mallintamisen lajikkeet

Tällä hetkellä jakaa erilaisia ​​menetelmiä matemaattinen mallintaminen: simulointi ja analyyttinen.

Analyyttinen vaihtoehto liittyy abstraktien mallien tutkimiseen todellinen esine differentiaalin muodossa algebralliset yhtälöt, jotka mahdollistavat selkeän tietotekniikan käyttöönoton, joka voi antaa tarkan ratkaisun.

Simulaatiomallinnukseen kuuluu matemaattisen mallin tutkiminen tietyn algoritmin muodossa, joka toistaa analysoitavan järjestelmän toiminnan yksinkertaisten laskelmien ja operaatioiden järjestelmän peräkkäisen suorittamisen kautta.

Tietokonemallin rakentamisen ominaisuudet

Katsotaanpa tarkemmin, kuinka tämä simulaatio toimii. Mitkä ovat tietokonetutkimuksen vaiheet? Aloitetaan siitä, että prosessi perustuu siirtymiseen pois analysoitavasta selkeästä kohteesta tai ilmiöstä.

Tällainen mallinnus koostuu kahdesta päävaiheesta: laadullisen ja kvantitatiivisen mallin luomisesta. tietokoneen oppiminen koostuu laskennallisten toimintojen järjestelmän suorittamisesta henkilökohtainen tietokone Tarkoituksena on analysoida, systematisoida ja vertailla tutkimuksen tuloksia analysoitavan kohteen todelliseen käyttäytymiseen. Tarvittaessa mallia täydennetään.

Mallintamisen vaiheet

Miten mallinnus toteutetaan? Mitkä ovat tietokonetutkimuksen vaiheet? Joten erottelemme seuraavan toimintojen algoritmin rakentamisen suhteen tietokoneen malli:

Vaihe 1. Työn tavoitteen ja tavoitteiden asettaminen, mallinnuksen kohteen tunnistaminen. Sen tarkoituksena on kerätä tietoa, muotoilla kysymys, tunnistaa tutkimuksen tavoitteet ja muodot sekä kuvata saatuja tuloksia.

Vaihe 2. Järjestelmän analyysi ja tutkimus. Kohteen kuvaus, tietomallin luominen, ohjelmiston valinta ja teknisiä keinoja, valitaan esimerkkejä matemaattisesta mallintamisesta.

Vaihe 3. Siirtyminen matemaattiseen malliin, suunnittelumenetelmän kehittäminen, toiminta-algoritmin valinta.

Vaihe 4. Ohjelmointikielen tai -ympäristön valinta mallintamiseen, analyysivaihtoehtojen keskustelu, algoritmin tallennus tiettyä kieltä ohjelmointi.

Vaihe 5 Se koostuu useiden laskennallisten kokeiden suorittamisesta, virheenkorjauslaskelmista ja saatujen tulosten käsittelystä. Tarvittaessa päälle tämä vaihe mallinnus on korjattu.

Vaihe 6 Tulosten tulkinta.

Miten simulaatio analysoidaan? Mitä ohjelmistotuotteita tutkimusta varten? Ensinnäkin tekstin käyttö graafiset editorit, laskentataulukoita, matemaattisia paketteja, joiden avulla voit vastaanottaa maksimi tulos tehdystä tutkimuksesta.

Laskennallisen kokeen suorittaminen

Kaikki matemaattisen mallinnuksen menetelmät perustuvat kokeisiin. Niiden alla on tapana ymmärtää mallilla tai esineellä suoritettuja kokeita. Ne koostuvat tiettyjen toimien toteuttamisesta, joiden avulla voit määrittää kokeellisen näytteen käyttäytymisen vastauksena ehdotettuihin toimiin.

Laskennallista koetta ei voida kuvitella ilman formalisoidun mallin käyttöön liittyvien laskelmien tekemistä.

Matemaattisen mallintamisen perusteet ovat tutkimusta todellisella esineellä, mutta sillä suoritetaan laskennallisia toimia. tarkka kopio(malli). Kun valitset mallin tietyn joukon alkuindikaattoreita, laskentavaiheiden suorittamisen jälkeen voit saada optimaaliset olosuhteet todellisen kohteen täysimääräiseen toimintaan.

Esimerkiksi ottaa Matemaattinen yhtälö, joka kuvaa analysoitavan prosessin kulkua, kertoimia, alku- ja väliehtoja muutettaessa voidaan olettaa kohteen käyttäytymistä. Lisäksi on mahdollista luoda luotettava ennuste tämän kohteen tai luonnonilmiön käyttäytymisestä tietyissä olosuhteissa. Kun kyseessä on uusi alkutietosarja, on tärkeää suorittaa uusi laskennalliset kokeet.

Vastaanotetun tiedon vertailu

Todellisen esineen tai luodun matemaattisen mallin riittävän verifioinnin suorittamiseksi sekä tutkimustulosten arvioimiseksi tietokone Tiede täyden mittakaavan prototyypillä tehdyn kokeen tuloksilla suoritetaan tutkimustulosten vertailu.

Päätös rakentaa riippuu tutkimuksen aikana saadun tiedon välisestä ristiriidasta. valmis näyte tai matemaattisen mallin säätämisestä.

Tällainen kokeilu mahdollistaa luonnollisen kalliin tutkimuksen korvaamisen tietokonetekniikan laskelmilla, analysoidaan esineen käyttömahdollisuuksia mahdollisimman lyhyessä ajassa, tunnistaa sen todellisen toiminnan edellytykset.

Mallinnus ympäristöissä

Esimerkiksi ohjelmointiympäristössä käytetään kolmea matemaattisen mallinnuksen vaihetta. Algoritmin ja tietomallin luomisvaiheessa määritetään arvot, jotka ovat syöttöparametreja, tutkimustuloksia ja niiden tyyppi paljastetaan.

Tarvittaessa laadi erityinen matemaattiset algoritmit tietyllä ohjelmointikielellä kirjoitettujen vuokaavioiden muodossa.

Tietokonekokeeseen kuuluu laskelmissa saatujen tulosten analysointi, niiden korjaus. Tällaisen tutkimuksen tärkeistä vaiheista huomaamme algoritmin testauksen, ohjelman suorituskyvyn analysoinnin.

Sen virheenkorjaus sisältää virheiden etsimisen ja poistamisen, jotka johtavat ei-toivottuun tulokseen, virheiden esiintymiseen laskelmissa.

Testaukseen kuuluu ohjelman oikean toiminnan tarkistaminen sekä sen yksittäisten komponenttien luotettavuuden arviointi. Prosessi koostuu ohjelman toimivuuden tarkistamisesta, sen soveltuvuudesta tietyn ilmiön tai kohteen tutkimiseen.

Laskentataulukot

Mallinnuksella laskentataulukoiden avulla voit kattaa suuren määrän tehtäviä eri aihealueilla. Ne otetaan huomioon universaali työkalu, jonka avulla voidaan ratkaista työläs tehtävä laskea kohteen kvantitatiiviset parametrit.

Tällaisen simulointivaihtoehdon tapauksessa havaitaan jokin ongelmanratkaisualgoritmin muunnos, laskennallista rajapintaa ei tarvitse kehittää. Samaan aikaan on debuggausvaihe, joka sisältää tietovirheiden poistamisen, solujen välisen yhteyden etsimisen ja laskennallisten kaavojen tunnistamisen.

Työn edetessä, lisätehtäviä, esimerkiksi tulosten tulostamiseen paperimateriaalia, rationaalinen edustus tiedot tietokoneen näytöllä.

Jaksotus

Mallinnus tehdään v laskentataulukoita tietyn algoritmin mukaan. Ensin määritetään tutkimuksen tavoitteet, tunnistetaan tärkeimmät parametrit ja suhteet sekä laaditaan erityinen matemaattinen malli saatujen tietojen perusteella.

Mallin laadulliseen tarkasteluun käytetään alku-, väli- ja lopullisia ominaisuuksia, joita on täydennetty piirroksilla, kaavioilla. Kaavioiden ja kaavioiden avulla he saavat visuaalisen esityksen työn tuloksista.

Mallintaminen DBMS-ympäristössä

Sen avulla voit ratkaista seuraavat tehtävät:

• tallentaa tietoja, muokata niitä ajoissa;
• järjestää saatavilla olevat tiedot erityisten ominaisuuksien mukaan;
• luoda erilaisia ​​kriteerejä tietojen valinnalle;
• esittää tiedot kätevällä tavalla.

Koska mallia kehitetään lähtötietojen pohjalta, luodaan optimaaliset olosuhteet kohteen ominaisuuksien kuvaamiselle erityisten taulukoiden avulla.

Samalla lajitellaan tietoja, haetaan ja suodatetaan tietoja sekä luodaan laskutoimitusalgoritmeja. Tietokoneen tietopaneelin avulla voit luoda erilaisia ​​näyttölomakkeita sekä vaihtoehtoja painettujen paperiraporttien hankkimiseen kokeen etenemisestä.

Jos saadut tulokset eivät täsmää suunniteltujen vaihtoehtojen kanssa, parametreja muutetaan, tehdään lisätutkimuksia.

Tietokonemallin sovellus

Laskennallinen koe ja tietokonesimulaatio ovat uusia tieteellisiä tutkimusmenetelmiä. Niiden avulla on mahdollista modernisoida matemaattisen mallin rakentamiseen käytettyä laskentalaitteistoa, konkretisoida, tarkentaa ja monimutkaista kokeita.

Lupaavimpien joukossa käytännön käyttöä, suorittaa täysimittaisen laskennallisen kokeen korostaa reaktorien suunnittelua tehokkaaksi ydinvoimaloita. Lisäksi tämä sisältää magnetohydrodynaamisten muuntimien luomisen sähköenergiaa, sekä tasapainoinen perspektiivisuunnitelma maalle, alueelle, toimialalle.

Juuri tietokone- ja matemaattisen mallinnuksen avulla on mahdollista suunnitella opiskelussa tarvittavat laitteet lämpöydinreaktiot, kemialliset prosessit.

Tietokonemallinnus ja laskennalliset kokeet mahdollistavat kaukana "ei-matemaattisten" objektien pelkistämisen matemaattisen ongelman muotoiluun ja ratkaisuun.

Se avautuu suuria mahdollisuuksia soveltaa matemaattista laitteistoa järjestelmässä, jossa on moderni tietokone teknologia käsitellä kehittämiseen liittyviä kysymyksiä ulkoavaruus, atomiprosessien "valloitus".

Juuri mallintamisesta on tullut yksi tärkeimmistä vaihtoehdoista erilaisten ympäröivien prosessien ja prosessien ymmärtämisessä luonnolliset ilmiöt. Tämä tieto on monimutkainen ja aikaa vievä prosessi, johon liittyy järjestelmän käyttö monenlaisia mallintaminen alkaen todellisten objektien pelkistetyistä mallien kehittämisestä ja päättyen erikoisalgoritmien valintaan monimutkaisia ​​matemaattisia laskelmia varten.

Sen mukaan, mitä prosesseja tai ilmiöitä analysoidaan, valitaan tietyt toimintaalgoritmit, matemaattiset kaavat laskemista varten. Tietokonesimulaatio mahdollistaa minimaaliset kustannukset saada haluttu tulos tärkeää tietoa kohteen tai ilmiön ominaisuuksista ja parametreista.

Tässä artikkelissa ehdotamme, että analysoidaan yksityiskohtaisesti mallinnuksen aihetta tietojenkäsittelytieteessä. Tässä osiossa on hyvin tärkeä tulevien tietotekniikan asiantuntijoiden kouluttamiseen.

Minkä tahansa ongelman (teollisen tai tieteellisen) ratkaisemiseksi tietojenkäsittelytiede käyttää seuraavaa ketjua:

On syytä kiinnittää erityistä huomiota "mallin" käsitteeseen. Ilman tätä linkkiä ongelman ratkaisu ei ole mahdollista. Miksi mallia käytetään ja mitä tällä termillä tarkoitetaan? Puhumme tästä seuraavassa osiossa.

Malli

Tietojenkäsittelytieteen mallinnus on kuvan kokoamista tosielämän esineestä, joka heijastaa kaikkea olennaiset ominaisuudet ja ominaisuuksia. Malli ongelman ratkaisemiseksi on välttämätön, koska sitä itse asiassa käytetään ratkaisuprosessissa.

AT koulun kurssi Informatiikkaa, mallinnuksen aihetta aletaan opiskella jo kuudennella luokalla. Heti alussa lapsille on esiteltävä mallin käsite. Mikä se on?

• Yksinkertaistettu objektin samankaltaisuus;
• Pienempi kopio todellisesta esineestä;
• Ilmiön tai prosessin kaavio;
• Kuva ilmiöstä tai prosessista;
• Ilmiön tai prosessin kuvaus;
• Objektin fyysinen analogi;
• Analogiset tiedot;
• Paikkamerkkiobjekti, joka heijastaa todellisen kohteen ominaisuuksia ja niin edelleen.

Malli on hyvin laaja käsite, kuten edellä esitetystä on jo käynyt selväksi. On tärkeää huomata, että kaikki mallit on yleensä jaettu ryhmiin:

• materiaalia;
• ihanteellinen.

Materiaalimalli ymmärretään esineeksi, joka perustuu todellisuuteen olemassa oleva laitos. Se voi olla mikä tahansa keho tai prosessi. Tämä ryhmä jaetaan edelleen kahteen tyyppiin:

• fyysinen;
• analoginen.

Tällainen luokittelu on ehdollinen, koska näiden kahden alalajin välille on erittäin vaikea vetää selkeää rajaa.

Ihanteellista mallia on vielä vaikeampi luonnehtia. Hän liittyy:

• ajattelu;
• mielikuvitus;
• käsitys.

Se sisältää taideteoksia (teatteri, maalaus, kirjallisuus ja niin edelleen).

Mallintamisen tavoitteet

Mallintaminen tietojenkäsittelytieteessä on erittäin tärkeää virstanpylväs koska sillä on paljon tavoitteita. Nyt kutsumme sinut tuntemaan ne.

Ensinnäkin mallintaminen auttaa ymmärtämään ympäröivää maailmaa. Muinaisista ajoista lähtien ihmiset ovat keränneet hankittua tietoa ja välittäneet sen jälkeläisilleen. Siten planeettamme (maapallomme) malli ilmestyi.

Menneinä vuosisatoina mallinnettiin olemattomia esineitä, jotka ovat nyt lujasti juurtuneet elämäämme (sateenvarjo, mylly ja niin edelleen). Tällä hetkellä mallintamisen tavoitteena on:

• minkä tahansa prosessin seurausten tunnistaminen (matkakustannusten nousu tai kemiallisen jätteen maan alle hävittäminen);
• varmistaa tehtyjen päätösten tehokkuus.

Simulaatiotehtävät

tietomalli

Nyt puhutaan toisen tyyppisistä malleista, joita opiskeltiin koulun tietojenkäsittelytieteen kurssilla. Tietokonemallinnus, joka jokaisen tulevan IT-asiantuntijan tulee hallita, sisältää tietomallin toteutusprosessin tietokonetilat. Mutta mikä se on, tietomalli?

Se on luettelo tiedoista mistä tahansa kohteesta. Mitä tämä malli kuvaa ja mitä hyödyllistä tietoa kuljettaa:

• mallinnettavan kohteen ominaisuudet;
• hänen tilansa;
• yhteydet ulkomaailmaan;
• suhteet ulkoisiin tahoihin.

Mikä voi toimia tietomallina:

• sanallinen kuvaus;
• teksti;
• kuva;
• pöytä;
• järjestelmä;
• piirustus;
• kaava ja niin edelleen.

Tietomallin erottuva piirre on, että sitä ei voi koskea, maistaa ja niin edelleen. Se ei sisällä aineellista suoritusmuotoa, koska se esitetään informaation muodossa.

Systemaattinen lähestymistapa mallin luomiseen

Millä luokalla koulun opetussuunnitelma mallintyötä opiskelemassa? Informatiikan luokalla 9 tutustutaan tähän aiheeseen tarkemmin. Tällä tunnilla lapsi oppii mallintamisen systemaattisesta lähestymistavasta. Puhutaanpa tästä hieman yksityiskohtaisemmin.

Aloitetaan käsitteestä "järjestelmä". Se on joukko toisiinsa liittyviä elementtejä, jotka toimivat yhdessä suorittaakseen tehtävän. Käytetään usein mallin rakentamiseen järjestelmällinen lähestymistapa, koska objektia pidetään jossain ympäristössä toimivana järjestelmänä. Jos mallinnetaan mikä tahansa monimutkainen objekti, järjestelmä jaetaan yleensä pienempiin osiin - alijärjestelmiin.

Käyttötarkoitus

Nyt tarkastellaan mallinnuksen tavoitteita (tietotekniikan arvosana 11). Aikaisemmin sanottiin, että kaikki mallit on jaettu tiettyihin tyyppeihin ja luokkiin, mutta niiden väliset rajat ovat ehdollisia. On olemassa useita merkkejä, joilla on tapana luokitella malleja: tarkoitus, tietoalue, aikatekijä, esitystapa.

Mitä tulee tavoitteisiin, on tapana erottaa seuraavat tyypit:

• koulutuksellinen;
• kokenut;
• jäljitelmä;
• pelaaminen;
• tieteellinen ja tekninen.

Ensimmäinen tyyppi sisältää koulutusmateriaaleja. Toiseksi pienennetyt tai suurennetut kopiot todellisista esineistä (rakenteen malli, lentokoneen siipi ja niin edelleen). voit ennustaa tapahtuman lopputuloksen. Simulaatiomallinnusta käytetään usein lääketieteessä ja sosiaalisella alalla. Auttaako malli esimerkiksi ymmärtämään, miten ihmiset suhtautuvat tähän tai tuohon uudistukseen? Ennen vakavan leikkauksen tekemistä henkilölle elinsiirtoa varten suoritettiin monia kokeita. Toisin sanoen simulaatiomallin avulla voit ratkaista ongelman yrityksen ja erehdyksen avulla. Pelimalli on eräänlainen taloudellinen, liike- tai sotilaspeli. Tämän mallin avulla on mahdollista ennustaa kohteen käyttäytymistä erilaisia ​​tilanteita. Tieteellistä ja teknistä mallia käytetään prosessin tai ilmiön tutkimiseen (laite, joka simuloi salamapurkaus, planeettojen liikemalli aurinkokunta jne).

Tietokenttä

Millä luokalla opiskelijat tutustuvat mallinnukseen paremmin? Tietojenkäsittelytiede 9. luokka keskittyy valmistautumaan opiskelijoidensa kokeisiin korkeampaan pääsyä varten koulutuslaitoksia. Vuodesta lähtien KÄYTÄ lippuja ja GIA kohtaavat mallintamiseen liittyviä kysymyksiä, nyt on tarpeen tarkastella tätä aihetta mahdollisimman yksityiskohtaisesti. Ja niin, miten luokittelu tietoalueen mukaan on? Tekijä: annettu ominaisuus erottaa seuraavat tyypit:

• biologiset (esimerkiksi keinotekoisesti aiheutetut taudit eläimillä, geneettisiä häiriöitä, pahanlaatuiset kasvaimet);
• yrityksen käyttäytyminen, markkinahinnanmuodostusmalli ja niin edelleen);
• historiallinen ( sukupuu, malleja historialliset tapahtumat, Rooman armeijan malli ja vastaavat);
• sosiologinen (henkilökohtaisen kiinnostuksen malli, pankkiirien käyttäytyminen sopeutuessaan uuteen taloudelliset olosuhteet) jne.

Aikatekijä

Tämän ominaisuuden mukaan erotetaan kahden tyyppisiä malleja:

• dynaaminen;
• staattinen.

Jo pelkästään nimestä päätellen ei ole vaikea arvata, että ensimmäinen tyyppi heijastelee esineen toimintaa, kehitystä ja muutosta ajassa. Staattinen päinvastoin pystyy kuvaamaan esinettä tietyllä ajanhetkellä. Tätä näkymää kutsutaan joskus rakenteelliseksi, koska malli heijastaa objektin rakennetta ja parametreja, eli se tarjoaa siivu tietoa siitä.

Esimerkkejä ovat:

• joukko kaavoja, jotka heijastavat aurinkokunnan planeettojen liikettä;
• kaavio ilman lämpötilan muutoksista;
• videotallenne tulivuorenpurkauksesta ja niin edelleen.

Esimerkkejä tilastollisista malleista ovat:

• luettelo aurinkokunnan planeetoista;
• aluekartta ja niin edelleen.

Esitysmenetelmä

Aluksi on erittäin tärkeää sanoa, että kaikilla malleilla on muoto ja muoto, ne on aina tehty jostain, jollain tavalla esitelty tai kuvattu. Tältä pohjalta se hyväksytään seuraavasti:

• materiaalia;
• aineettomia.

Ensimmäinen tyyppi sisältää materiaalikopiot olemassa olevista objekteista. Niitä voi koskea, haistaa ja niin edelleen. Ne heijastavat esineen ulkoisia tai sisäisiä ominaisuuksia, toimintoja. Mihin materiaalimallit ovat? Niitä käytetään kokeellinen menetelmä tieto (kokeellinen menetelmä).

Käsittelimme myös ei-materiaalisia malleja aiemmin. He käyttävät teoreettinen menetelmä tietoa. Tällaisia ​​malleja kutsutaan ideaaliksi tai abstrakteiksi. Tämä luokka on jaettu useisiin alalajeihin: kuvitteellisiin malleihin ja informaatioon.

Tietomallit tarjoavat luettelon erilaisista kohteista. Tietomalli voi olla taulukoita, kuvioita, sanallisia kuvauksia, kaavioita ja niin edelleen. Miksi tämä malli kutsutaan aineettomaksi? Asia on siinä, että siihen ei voi koskea, koska sillä ei ole materiaalista suoritusmuotoa. Joukossa tietomalleja erottaa merkit ja visuaalit.

Kuvitteellinen malli on yksi niistä luova prosessi, kulkee ihmisen mielikuvituksessa, mikä edeltää aineellisen esineen luomista.

Mallintamisen vaiheet

9. luokan tietojenkäsittelytieteen aihe "Mallinnus ja formalisointi" on iso paino. Sitä vaaditaan opiskelemaan. Luokilla 9-11 opettaja on velvollinen tutustuttamaan opiskelijat mallien luomisen vaiheisiin. Näin teemme nyt. Joten seuraavat mallinnuksen vaiheet erotetaan:

• merkityksellinen ongelman ilmaus;
• ongelman matemaattinen muotoilu;
• tietokoneiden käytön kehitys;
• mallin toiminta;
• tuloksen saaminen.

On tärkeää huomata, että kun tutkitaan kaikkea ympäröivää, käytetään mallinnuksen ja formalisoinnin prosesseja. Tietojenkäsittelytiede on omistettu aine nykyaikaisia ​​menetelmiä opiskelemaan ja ratkaisemaan ongelmia. Siksi painopiste on malleissa, jotka voidaan toteuttaa tietokoneella. Erityistä huomiota Tässä aiheessa tulisi antaa ratkaisualgoritmin kehittäminen elektronisten tietokoneiden avulla.

Objektien väliset linkit

Puhutaanpa nyt hieman esineiden välisistä suhteista. Niitä on kaikkiaan kolmea tyyppiä:

• yksi yhteen (tällainen yhteys osoitetaan yksisuuntaisella nuolella yhteen tai toiseen suuntaan);
• yksi moniin (useita suhteita on merkitty kaksoisnuolella);
• monesta moneen (tällainen suhde on merkitty kaksoisnuolella).

On tärkeää huomata, että suhteet voivat olla ehdollisia ja ehdottomia. Ehdoton suhde sisältää objektin jokaisen esiintymän käytön. Ja ehdollisuudessa vain yksittäiset elementit ovat mukana.