Моделирование и формализация

Урок 1.

1. Моделирование. Человечество в своей деятельности постоянно создает и использует модели окружающего мира, и за свою многолетнюю историю 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, опасные для человека и т.д.). Наглядные модели часто используют в процессе обучения (карты, глобус, муляжи, скелеты и т.д.)

Модели играют важную роль в проектировании и создании различных технических устройств, машин, механизмов, зданий и т.д.

Развитие науки невозможно без создания теоретических моделей (теорий, законов, гипотез), отражающих строение, свойства и поведение реальных объектов.

Все художественное творчество фактически является процессом создания моделей. Практически любое литературное произведение может рассматриваться как модель реальной человеческой жизни. Моделями, в художественной форме отражающими реальную действительность, являются живописные полотна, скульптуры, театральные постановки и пр.

Моделирование – это метод познания, состоящий в создании и исследовании моделей. Что же такое модель?

2. Модель. Каждый объект имеет большое количество различных свойств. В процессе построения модели выделяются главные, наиболее существенные для проводимого исследования свойства, которые и изучаются на модели.

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

Разные науки исследуют объекты и процессы под разными углами и строят различные типы моделей.

! Один и тот же объект может иметь множество моделей, а разные объекты могут описываться одной моделью. Но никакая модель не может заменить сам объект.

3. Формы представления моделей. Все модели можно разбить на два больших класса: модели предметные (материальные) и модели информационные.

Предметные модели воспроизводят геометрические, физические и другие свойства объектов в материальной форме (глобус, анатомические муляжи, модели кристаллических решеток, макеты зданий и т.д.).

Информационные модели представляют объекты и процессы в образной или знаковой форме.

Образные модели (рисунки, фотографии и т.д.) представляют собой зрительные образы объектов, зафиксированные на каком-либо носителе информации (бумаге, фото- и кино-пленке и пр.). Образные модели широко используются в науке и в образовании (учебные плакаты по различным предметам).

Знаковые информационные модели строятся с использованием различных языков (знаковых систем). Знаковая информационная модель может быть представлена в форме текста (например, программа на ЯП), формулы (например, какой-либо закон физики), таблицы (таблица Менделеева) и т.д.

4. Формализация. На протяжении своей истории человечество использовало различные способы и инструменты для создания информационных моделей.

Для создания описательных информационных моделей используются естественные языки. Модели, изложенные в словесной форме, на естественном языке, называются вербальными.

С помощью формальных языков строятся формальные информационные модели.

Одним из наиболее широко используемых формальных языков является математика. Модели, построенные с использованием математических понятий и формул, называются формальными математическими моделями.

Язык алгебры логики (язык высказываний) позволяет строить формальные логические модели.

Если для построения модели используют язык программирования, то получают формальную компьютерную модель. Таким образом,

Формализация –это процесс построения информационных моделей с помощью формальных языков.

В процессе познания окружающего мира человечество постоянно использует моделирование и формализацию. При изучении нового объекта сначала обычно строится его описательная информационная модель на естественном языке, затем она формализуется, т.е. выражается с использованием формальных языков.

5. Визуализация формальных моделей. В процессе исследования формальных моделей часто производится их визуализация (визуальный – видимый). Так, для визуализации алгоритмов используются блок-схемы, для визуализации пространственных соотношений между объектами – чертежи, для моделей электрических цепей – электрические схемы и т.д.