Основы моделирования

Модель – это искусственно созданный объект, дающий упрощенное представление о реальном объекте, процессе или явлении. Моделирование – это построение моделей, предназначенных для изучения и исследования объектов, процессов или явлений. Объект, для которого создается модель, называют оригиналом или прототипом. Любая модель не является абсолютной копией своего оригинала, она лишь отражает некоторые его качества и свойства, наиболее существенные для цели исследования.

Какие бывают модели? Наиболее распространенные признаки, по которым классифицируются модели: Цель использования; Область знаний; Фактор времени; Способ представления.

По целям использования выделяются модели: Учебные; Опытные; Имитационные; Игровые; Научно-технические.

По принципу области знаний выделяются модели: Биологические; Экономические; Исторические; Социологические; и т.д.

По фактору времени разделяются модели: Динамические Статические Статическая модель отражает строение и параметры объекта. Её называют также структурной. Она описывает объект в определенный момент времени. Динамическая модель отражает процесс функционирования объекта или изменения и развития процесса во времени.

По способу представления модели рассматриваются : Материальные Нематериальные (информационные) Материальные модели - это материальные копии объектов моделирования. Они всегда имеют реальное воплощение, воспроизводят внешние свойства или внутренне строение или действие оригинала. Примеры: глобус, кукла, робот. Информационная модель – это модель, описывающая и изучающая свойства и состояние объекта, процесса или явления, а также их связи с окружающим миром. Примеры: мысли, тексты, чертежи, формулы… Информационную модель нельзя потрогать, у нее нет материального воплощения, она строится только на информации.

Форма представления информационной модели зависит от способа кодирования (алфавита) и материального носителя

Классификация информационных моделей. Мысленные; Вербальные; Образные; Образно-знаковые; Знаковые.

Мысленное (интуитивное) моделирование Это мысленное представление об объекте. Алфавит кодирования – система понятий, а носитель – нервная система человека, мозг. Такие модели формируются в воображении человека. Они всегда предшествуют созданию объекта. Например, музыкальная тема в мозгу композитора – интуитивная модель музыкального произведения.

Вербальное моделирование Это представление информационной модели средствами естественного разговорного языка. Мысленная модель, выраженная в разговорной форме, называется вербальной. Форма представления такой модели – устное или письменное сообщение. Примеры: литературные произведения, информация в учебных пособиях и словарях, инструкции пользования, правила дорожного движения.

Образное моделирование Это выражение свойств оригинала с помощью образов. Например, рисунки, художественные полотна, фотографии, кинофильмы. При научном моделировании понятия часто кодируются рисунками – иконическое моделирование. Сюда же относятся геометрические модели – информационные модели, представленные средствами графики.

Образно-знаковое моделирование Использует знаковые образы какого-либо вида: схемы, графы, чертежи, графики, планы, карты. Например, географическая карта, план квартиры, родословное дерево, блок-схема алгоритма. К этой группе относятся структурные информационные модели, создаваемые для наглядного изображения составных частей и связей объектов.

Знаковое (символическое) моделирование Использует алфавиты формальных языков: условные знаки, специальные символы, буквы, цифры и предусматривает совокупность правил оперирования с этими знаками. Примеры: физические или химические формулы, математические выражения и формулы, нотная запись… Программа, записанная по правилам языка программирования, является знаковой моделью.

Одним из наиболее распространенных формальных языков является алгебраический язык формул в математике, который позволяет описывать функциональные зависимости между величинами. Составление математической модели во многих задачах моделирования хоть и промежуточная, но очень существенная стадия!

Математическая модель Способ представления информационной модели, отображающий связь различных параметров объекта через математические формулы и понятия.

В тех случаях, когда моделирование ориентировано на исследование моделей с помощью компьютера, одним из его этапов является разработка компьютерной модели. Компьютерная модель - это созданный за счет ресурсов компьютера виртуальный образ, качественно и количественно отражающий внутренние свойства и связи моделируемого объекта, иногда передающий и его внешние характеристики. Разработке компьютерной модели предшествуют мысленные, вербальные, структурные, математические и алгоритмические модели.