Исследование особенностей и построение моделей сложных объектов и явлений

Цель работы: приобретение навыков в исследовании сложных объектов и явлений и построении моделей.

Порядок выполнения работы

1. Изучить согласно варианту особенности объекта (явления), установить его природу, построить описательную модель и указать основные принципы и особенности его моделирования.

2. Дать характеристику условий формирования, функционирования, особенностей поведения, эволюции системы и т.д. Расписать наиболее существенные факторы (с указанием диапазонов их изменения), влияющие на его формирование и дальнейшее развитие (угасание).

а) для группы ПКД – графического образа объекта (явления) с использованием 3ds max, photoshop, Adobe Flash, HTML5, Illustrator, Corel, CorelDraw, AutoCAD и т.п.

Изучить графический образ объекта и явления. Построить простейшую структурную модель объекта на основе линий, окружностей, овалов, точек и т.д. Предложить способы описания данного графического объекта геометрическими уравнениями. Например, линии: Исследование особенностей и построение моделей сложных объектов и явлений - student2.ru ; окружности: Исследование особенностей и построение моделей сложных объектов и явлений - student2.ru , крупной точки Исследование особенностей и построение моделей сложных объектов и явлений - student2.ru и т.д.

Предложить способы нанесения формы, цвета, теней и т.д. на простейшие геометрические объекты.

Предусмотреть возможность анимации и движения данного объекта (явления) во времени (пространстве).

Описать возможный алгоритм перемещения объекта. Результаты работы оформить в виде словесного алгоритма (блок-схемы) и динамической картинки изображения на компьютере.

б) для группы КЭМ – абстрактной модели с использованием Statistica, Matlab и Simulink, MathCAD, Delphi, C++, C Sharp и т.п.

Построение простейшей математической модели объекта, например, модель физического маятника следует основывать на уравнении колебаний; моделирование преломления света в линзе – с учетом уравнений оптики; подпрыгивание мяча – используя уравнения кинематики; биение сердца – на основе экспериментальных данных о изменении сердечного ритма; нашествия саранчи – путем оценки случайного перемещения объекта к источнику пищи; перетаскивания гусеницы – путем определения равнодействующей действующих сил и т.д.

3.1 Построение статистического образа.

3.2 На его основе сделать

а) динамическую анимацию, визуализацию движения объекта в пространстве и времени (для группы ПКД);

б)

3.1. Построить простейшую математическую (имитационную, статистическую, стохастическую, детерминированную и т.п.) модель объекта (КЭМ).

3.2 Осуществить анализ поведения объекта моделирования.

3. С использованием презентационных средств Power Point или flash подготовить доклад о проделанной работе продолжительностью 5 – 7 минут. Обработанный материал представить в виде отчета, в приложениях которого поместить текст доклада и презентацию. К бумажному отчету приложить магнитный носитель с записью электронного варианта самого отчета (реферата), доклада и презентации к нему.

Варианты заданий

Пользуясь литературой и источниками Интернет, осуществить поиск информации по одной из нижеперечисленных тем согласно варианту задания. Обработанный материал представить в виде отчета о проделанной работе и подготовить соответствующий доклад с использованием презентационных средств. Список тем для поиска информации представлен в таблице 1.1.

Таблица 1.1. – Перечень тем для поиска, обработки и систематизации информации

Для группы ПКД Для группы КЭМ
Вариант объект (явление, процесс) Вариант объект (явление, процесс)
  Природные объекты (явления):   Физические системы:
молния маятник
прибой часы с кукушкой
гроза движение жидкости в сужающейся трубке
возгорание и распространение огня (пожар) подпрыгивание мяча
капель (таяние снега весной) выстрел снаряда под углом
паводки-половодье-наводнение (и межень). Структура поверхности реки при её обмелении и поднятия уровня воды гравитационная система “Земля-Луна”
снежинка обращение спутника вокруг Земли
иней в виде рисунка на окне преломление света в линзе
солнечное затмение движение тела по горке “Мертвая петля” (“Чертова петля”)
образование и исчезновение радуги движение подводной лодки под водой и её всплывание
северное сияние процесс горения лампочки от батарейки
образование и исчезновение тумана полет “Бумажного змея”
кольца Сатурна вращающийся “волчок”
вихри пружинные весы - кантер
галактики качели
шторм компас
образование пустыни (засуха) парашют
горная гряда передача звука. Колокол
выпадение и окончание дождя бинокль
стоки рек таяние кубика льда в стакане воды
рельеф и береговые линии поведение дольки шоколада в бакалее шампанского
изморозь на траве чашечные весы
падение метеоритов модель состояния газа в баллоне
снеговая лавина вода при подъеме в капиллярах разных диаметров
колебания уровня воды в водоемах модель “Барометр Гетте”
буря (торнадо) передача тепла через стенку
штормовые волны воздушный шар (подъем, полет, опускание)
извержение вулканов солнечные часы
град   Биологические и экологические системы:
тайфуны процесс роста подснежника
метель процесс цветения воды
наводнение модель “Хищник-жертва”
    процесс перетаскивания гусеницы муравьями
отражение объектов в реке (“Мир из-под воды”) процесс поиска меда пчелой
звездное небо движение крови по сосудам
фазы луны (полнолуние, молодой месяц и т.д.) биение сердца
восход и заход солнца колебание дерева на ветру
протуберанцы на солнце планирование птицы
водопад нашествие саранчи
рост кристаллов   Чрезвычайные ситуации и опасные явления:
метеоритный дождь наводнение
  Техногенные системы и изобретения человека: засуха
“переливание” на свету разлитой нефти (масла) метель
цветомузыка ураган
калейдоскоп изменение климата на Земле
построение рисунка спичками загрязнение реки
динамические заставки Windows (плавающие рыбки, падающий снег и т.д., их периодическая смена) лесной пожар
нанотехнологии землетрясение
глобус   Социально-экономические системы:
вязание узора одной нитью рост численности населения
сборка кубика-рубика (головоломка, пятнашка) динамика курса доллара
озерные ландшафты, водохранилища динамика изменения потребления энергии и выброс парниковых газов
горизонт оценка потенциала человеческого развития
броуновское движение газа в цилиндре с поршнем распространение эпидемии
  Биологические системы: заболеваемость населения
набухание почек   Информационные системы:
бабочка процесс записи информации на винчестер
    процесс считывания музыки с медиаплеера
рост грибов модель сети Интернет
рост ветвей деревьев (пределы роста, засыхание ветвей, вид крон деревьев) хранение информации в оперативной памяти
рост цветка во времени, его распускание и увядание (в сжатом (ускоренном) промежутке времени) модели передачи информации через Интернет-почту
ДНК моделирование процесса набора информации на клавиатуре
геометрия артерий и вен. Кровообращение модель работы устройства “мышь”
бронхи модель считывания информации при сканировании
  Фантастические рисунки: модель вывода информации на ксерокс
подводный мир   Химические системы:
НЛО процесс горения углеродного топлива
футбол роботов процесс горения дымного пороха
водяная планета хлорирование воды
огненная планета взаимодействие соляной кислоты с раствором хлорида натрия
дизайн машины будущего каталитическое окисление аммиака кислородом воздуха – “Огненная метель”
машина времени получение кислорода из перманганата калия
мир разумных кристаллов получение водорода в лаборатории
  гашение извести
  вытеснение кислорода из воды хлором
космические станции покрытие металлических предметов никелем и золотом
Винни-Пух периодическая система Менделеева
заяц и волк (из мультфильма “Ну погоди!”) модель атома
Дюймовочка и крот модель молекул
полет в поясе астероидов   Техногенные системы и изобретения человека:
  Стиль живописи и абстрактные рисунки: игра в бильярд
живопись Китая игра в боулинг
живопись эпохи Возрождения система управления холодильником
живопись эпохи Просвещения стабилизатор напряжения
живопись эпохи Барокко источник бесперебойного питания
живопись эпохи Классицизма модель ртутного градусника
живопись эпохи Романтизма фейерверк
живопись эпохи Палеолита модель “светофор” (с дополнительной стрелкой, ручного управления, обычный)
живопись эпохи Мезолита аэрозольный баллончик
абстрактные рисунки модель сливного бочка
икебана работа и конструкция ледокола


Требования к заданию.

1.2 Рекомендуемая литература

1. Б. Мандельброд. Фрактальная геометрия природы. Пер. с англ. А.Р. Логунова. М.: Институт компьютерных исследований. 2002. 666 с.

2. Я.И. Перельман. Занимательная физика. Книга 1. М.: Наука, 1979. – 126 с.

3. Я.И. Перельман. Занимательная физика. Книга 2. М.: Наука, 1983. – 153 с.

4. Я.И. Перельман. Знаете ли вы физику? М: Наука, 1992. – 275 с.

5. Я.И. Перельман. Занимательные задачи и опыты. 1959. –529 с.

6. Я.И. Перельман. Занимательная астрономия. М.: Технико-теоретическая литература, 1954. – 212 с.

7. Занимательная биология и химия найти

8. Я.И. Перельман. Занимательная математика. Ленинград.: Время, 1927. – 97 с.

9. Я.И. Перельман. Занимательная алгебра. М.: Наука, 1967. – 200 с.

10. Я.И. Перельман. Живая математика. М.: Наука, 1967. – 160 с.

11. Гультяев А.К. MATLAB 5.2. Имитационное моделирование в среде Windows: Практическое пособие. – 286 с.

12. Тудор Оприш. Занимательная бионика. Бухарест: Альбатрос., 1986. – 163 с.

13. Л.В. Тарасов. Физика в природе. М.: Просвещение, 1988. – 351 с.

Лабораторная работа №3

Вероятностные модели

Наши рекомендации