Формы представления моделей. Формализация

Глава

«Моделирование и формализация»

Моделирование как метод познания

Формы представления моделей. Формализация

Системный подход в моделировании

Типы информационных моделей

Основные этапы разработки и исследования моделей на компьютере

Моделирование

Как метод познания

Вопросы (для зачёта)

1. Понятия метода моделирования. Может ли объект иметь несколько моделей? Приведите пример.

2. Понятие модели. Могут ли разные объекты описываться одной и той же моделью? Приведите пример.

Моделирование— это метод познания, состоя­щий в создании и исследовании моделей.

Человечество в своей деятельности (на­учной, образовательной, технологической, художествен­ной) постоянно создает и использует модели окружающего мира. Строгие правила построения моделей сформулировать невозможно, однако человечество накопило богатый опыт моделирования различных объектов и процессов.

Модели позволяют представить в наглядной форме объек­ты и процессы, недоступные для непосредственного воспри­ятия (очень большие или очень маленькие объекты, очень быстрые или очень медленные процессы и др.). Наглядные модели часто используются в процессе обучения. В курсе географии первые представления о нашей планете Земля мы получаем, изучая ее модель — глобус, в курсе физики изу­чаем работу двигателя внутреннего сгорания по его модели, в химии при изучении строения вещества используем моде­ли молекул и кристаллических решеток, в биологии изуча­ем строение человека по анатомическим муляжам и др.

Модели играют чрезвычайно важ­ную роль в проектировании и созда­нии различных технических устройств, машин и механизмов, \зданий, электрических цепей и т. д. Без предварительного создания чертежа невозможно изгото­вишь даже простую деталь, не говоря уже о сложном механизме. Р

В процессе проектирования зданий и сооружений кроме |чертежей часто изготавливают макеты. В процессе разработке летательных аппаратов поведение их моделей в воздушных потоках исследуют в аэродинамической трубе.

Разработка электрической схемы обязательно предшествует созданию электрических цепей и так далее.

Развитие науки невозможно без со­здания теоретических моделей (тео­рий, законов, гипотез и пр.), отража­ющих строение, свойства и поведение реальных объектов. Создание новых теоретических моде­лей иногда коренным образом меняет представление чело­вечества об окружающем мире (гелиоцентрическая система мира Коперника, модель атома Резерфорда-Бора, модель расширяющейся Вселенной, модель генома человека и пр.). Адекватность теоретических моделей законам реального мира проверяется с помощью опытов и экспериментов.

Все художественное творчество фактически является процессом создания моделей. Например, такой литератур­ный жанр, как басня, переносит реальные отношения меж­ду людьми на отношения между животными и фактически создает модели человеческих отношений. Более того, прак­тически любое литературное произведение может рассмат­риваться как модель реальной человеческой жизни. Моде­лями, в художественной форме отражающими реальную действительность, являются также живописные полотна, скульптуры, театральные постановки и пр.

Модель.

Модель— это некий новый объект, который отра­жает существенные особенности изучаемого объекта, явления или процесса.

Каждый объект имеет большое количество раз­личных свойств. В процессе построения модели выделяются главные, наиболее существенные для проводимого исследо­вания свойства. В процессе исследования аэродинамических качеств модели самолета в аэродинамической трубе важно, чтобы модель имела геометрическое подобие оригинала, но не важен, например, ее цвет. При построении электриче­ских схем — моделей электрических цепей — необходимо учитывать порядок подключения элементов цепи друг к другу, но не важно их геометрическое расположение друг относительно друга и так далее.

Разные науки исследуют объекты и процессы под разны­ми углами зрения и строят различные типы моделей. В физике изучаются процессы взаимодействия и изменения объ­ектов, в химии — их химический состав, в биологии — строение и поведение живых организмов и так далее.

Возьмем в качестве примера человека: в разных науках он исследуется в рамках различных моделей. В рамках ме­ханики его можно рассматривать как материальную точку, в химии — как объект, состоящий из различных химиче­ских веществ, в биологии — как систему, стремящуюся к самосохранению, и так далее.

География, военное дело, судо­ходство и пр. невозможны без ин­формационных моделей поверх­ности Земли в виде карт Различные типы гео­графических карт (политиче­ские, физические и пр.) пред­ставляют информационные моде­ли, отражающие различные особенности земной поверхности, то есть один и тот же объект от­ражают несколько моделей.

' С другой стороны, разные объекты могут описываться од-ной моделью. Так, в механике различные материальные 'тела (от планеты до песчинки) могут рассматриваться как Материальные точки.

Один и тот же объект может иметь множество мо­делей, а разные объекты могут описываться од­ной моделью.

Никакая модель не может заменить сам объект. Но при пении конкретной задачи, когда нас интересуют опреде-иые свойства изучаемого объекта, модель оказывается иезным, а подчас и единственным инструментом исследования.

1. Может ли объект иметь несколько моделей? Приведите пример.

2. Могут ли разные объекты описываться одной и той же моделью? Если да, приведите пример.

Формы представления моделей. Формализация

Вопросы (для зачёта)

1. Какие бывают модели? Приведите примеры материальных и ин­формационных моделей.

2. Что такое формализация? Приведите примеры формальных мо­делей.

3. Дать понятие о визуализированных фор­мальных моделях из различных предметных областей