Что такое компьютерная модель какими средствами вы создавали компьютерную модель

Что такое компьютерная модель какими средствами вы создавали компьютерную модель

Существует множество программных комплексов, которые позволяют проводить исследование (моделирование) инфор­мационных моделей. Каждая программная среда имеет свой инструментарий и позволяет ра­ботать с определенными видами информационных объектов.

Человек уже знает, какова будет модель, и исполь­зует компьютер для придания ей знаковой формы. Например, для построения геометрических моделей, схем используются графические среды, для словесных или табличных описаний — среда текстового редактора.

III ЭТАП. КОМПЬЮТЕРНЫЙ ЭКСПЕРИМЕНТ

Чтобы дать жизнь новым конструкторским разработкам, внедрить но­вые технические решения в производство или проверить новые идеи, нужен эксперимент.

С развитием вычислительной техники появился новый уникальный метод исследования – компьютерный эксперимент. Компьютерный эксперимент включает последовательность работы с моделью, совокупность целенаправленных действий пользователя над компьютерной моделью.

IV ЭТАП. АНАЛИЗ РЕЗУЛЬТАТОВ МОДЕЛИРОВАНИЯ

Конечная цель моделирования — принятие решения, которое должно быть выработано на основе всестороннего анализа полученных резуль­татов. Этот этап решающий — либо вы продолжаете исследование, либо заканчиваете. Возможно, вам известен ожидаемый результат, тогда необходимо сравнить полученный и ожидаемый результаты. В случае совпадения вы сможете принять решение.

Основой для выработки решения служат результаты тестирования и экспериментов. Если результаты не соответствуют целям поставленной задачи, значит, допущены ошибки на предыдущих этапах. Это может быть слишком упрощенное построение информационной модели, либо неудачный выбор метода или среды моделирования, либо нарушение технологических приемов при построении модели. Если такие ошибки выявлены, то требуется корректировка модели, т. е. возврат к одному из предыдущих этапов. Процесс повторяется до тех пор, пока результаты эксперимента не будут отвечать целям моделирования.

1) Что является отправным и конечным пунктом моделирования?

2) Какие могут быть цели моделирования?

3) Что такое анализ объекта?

4) Какую информацию можно собрать об объекте “пара обуви”? Какая информация нужна, чтобы дать ответ, поместится ли эта пара в коробку с заданными размерами?

5) Что нужно знать о подростке, чтобы дать ему рекомендации о выборе профессии?

6) Назовите инструменты компьютерного моделирования.

7) Что такое компьютерная модель?

8) Что такое компьютерный эксперимент?

9) В чем заключается анализ результатов моделирования?

Домашнее задание:

1. Выучить конспект.Знать определения.

2. Задача. По заказу Управления культуры была изготовлена бронзовая статуя девушки с веслом. Определите те свойства статуи, которые существенны для решения каждой из следующих задач:

a) Перевезти статую из мастерской в городской парк;

b) Установить статую на площади парка;

c) Увеличить посещаемость городского парка;

d) Продать статую с аукциона;

e) Переплавить статую.

3. Выскажите предположения, существенные для решения следующей задачи. Определите, что будет служить исходными данными, а что — результатом.

Во время ремонта корабля потребовалось заделать пробоину в обшивке. Имеется лист стали. Удастся ли с его помощью заделать пробоину?

Компьютерные модели — это особые модели, сочетающие в себе физические и абстрактные черты. Реализация компьютерной модели — это моделирующая программа, выполняемая на компьютере (см. рис.).

Компьютерная модель имитирует поведение моделируемого объекта, то есть воспроизводит в модельном времени такую же последовательность действий, которую мы наблюдали бы у моделируемого объекта

в аналогичных условиях в реальном времени. Если модельное время синхронизировано с реальным временем, то компьютерная модель становится физическим имитатором моделируемого объекта.

Под «компьютером» мы будем далее понимать совокупность аппаратной части и операционной системы. В нашем случае это Intel-совместимый компьютер и MS Windows (XP и выше).

Главное действующее лицо, разработчик модели (мы будем называть его «моделист»), взаимодействует и с моделируемым объектом, и с его компьютерной моделью одновременно, добиваясь нужного соответствия.

Разработка модели включает в себя создание моделирующей программы и проверку адекватности ее поведения поведению моделируемого объекта. В случае если модель используется многократно,

дополнительно требуется обеспечение сопровождения модели.

Моделирующая программа может быть, конечно же, написана моделистом непосредственно на каком-нибудь языке программирования, например на C++ (стрелка 1 на рис.), с использованием готовых

математических библиотек. Однако, разрабатывая программу, моделист должен постоянно держать в голове соответствие элементов моделируемого объекта и конструкций моделирующей программы.

Опыт показывает, что при использовании языков программирования делать это достаточно сложно, так как уровень абстракции языков программирования, как правило, не соответствует уровню абстракции описания

поведения моделируемого объекта. Следствием этого является большое число ошибок — как модельных, так и программных. Чем сложнее соответствие между моделью и текстом программы, ей соответствующей,

тем сложнее модифицировать и сопровождать программу. Коллективам, работающим с большими промышленными моделями, в создании которых принимало участие много моделистов, хорошо известна проблема,

возникающая при увольнении одного из них: если моделист увольняется, то соответствие модели и программы уходит вместе с ним, а оставшиеся в тексте программы комментарии часто понятны лишь их автору.

Для повышения уровня абстракции описания модели используются специальные языки моделирования, формальные конструкции которых гораздо ближе к семантике моделируемого объекта, чем

конструкции языков программирования. В этом случае моделирующая программа генерируется автоматически по описанию модели и программных ошибок уже не содержит.

Ввод описания модели в удобной визуальной форме, генерация моделирующей программы, проведение вычислительных экспериментов, визуализация результатов — все это поддерживается специальными программными средствами,

входящими в инструмент моделирования. Однако здесь кроется другая опасность. Мощность и наглядность современных языков визуального моделирования часто создают иллюзию простоты компьютерного моделирования.

Кажется, что достаточно ввести описание модели и узнать в поведении исполняемой модели черты исследуемого объекта — и модель готова к использованию!

Пренебрежение основными правилами моделирования: применение модели за границами адекватности, неумение или нежелание оценить точность получаемых результатов и их соответствие поведению исследуемого объекта —

может приводить к неприятным последствиям.

Использование языков моделирования имеет и то преимущество, что часть формальных конструкций языка моделирования соответствует известным математическим формализмам, и поэтому по крайней мере

часть описания модели соответствует строгой математической модели отдельных аспектов поведения моделируемого объекта. В этом случае уменьшается число модельных ошибок и упрощается процесс тестирования модели,

поскольку свойства математических моделей хорошо изучены.

Современные языки моделирования упрощают и процесс создания программного кода для описания поведения модели, и использования различных математических моделей в качестве готовых компонентов модели.

Часто бытующее противопоставление математического моделирования имитационному моделированию не имеет никакого смысла: все компьютерные модели являются имитационными, а часть из них является

Известно, что модель — это некоторое упрощенное подобие реального объекта. Более полное определение звучит так:

Модель — это объект-заменитель, который в определенных условиях может заменять объект-оригинал. Модель воспроизводит интересующие нас свойства и характеристики оригинала.

Модели бывают материальными и информационными. Примерами материальных моделей являются глобус — модель Земли; манекен — модель человеческого тела; модели самолетов, кораблей, ракет, автомобилей; макет застройки жилого района в городе и многое другое.

Предметом изучения информатики являются информационные модели.

В информационной модели отражаются знания человека об объекте моделирования. Информационная модель — это описание в той или иной форме объекта моделирования.

Объектом информационного моделирования может быть всё, что угодно: отдельные предметы (дерево, стол); физические, химические, биологические процессы (течение воды в трубе, получение серной кислоты, фотосинтез в листьях растений); метеорологические явления (гроза, смерч); экономические и социальные процессы (динамика цен акций на бирже, миграция населения).

Можно сказать, что информационным моделированием занимается любая наука, поскольку задача науки состоит в получении знаний, а наши знания о действительности всегда носят приближенный, т. е. модельный, характер. С развитием науки эти знания уточняются, углубляются, но всё равно остаются приближенными. Старые модели заменяются на новые, более точные, и этот процесс бесконечен. Физика создает модели физических объектов, химия — химических, экономика и социология — социально-экономических и т. д.

Информатика занимается общими методами и средствами создания и использования информационных моделей.

Компьютерная информационная модель. Основным инструментом современной информатики является компьютер. Поэтому информационное моделирование в информатике — это компьютерное моделирование, применимое к объектам различных предметных областей. Компьютер позволил ученым работать с такими информационными моделями, исследование которых было невозможно или затруднено в докомпьютерные времена. Например, метеорологи могли и 100 лет назад написать уравнения для расчета прогноза погоды на завтра. Но на решение их «ручным способом» потребовалось бы много лет. И лишь с помощью компьютера появилась возможность рассчитать прогноз погоды прежде, чем наступит завтрашний день.

Чаще всего информационное моделирование используется для прогнозирования поведения объекта моделирования, для принятия управляющих решений. Характерной особенностью компьютерных информационных моделей является возможность их использования в режиме реального времени, т. е. с соблюдением временных ограничений на получение результата. В самом деле, какой смысл имеет получение через неделю прогноза на завтра или расчет управляющего решения через час, если его принятие требуется через пять минут? Высокое быстродействие современных компьютеров снимает эти проблемы.

Этапы моделирования (рис. 3.1). Построение информационной модели начинается с системного анализа объекта моделирования. Представим себе быстро растущую фирму, руководство которой столкнулось с проблемой снижения эффективности работы фирмы по мере ее роста (что является обычной ситуацией) и решило упорядочить управленческую деятельность. Первое, что будет сделано на этом пути, — системный анализ деятельности фирмы, т. е. анализ объекта моделирования как системы в соответствии с системным подходом (см. § 1). Системный аналитик, приглашенный в фирму, должен изучить ее деятельность, выделить участников процесса управления и их деловые взаимоотношения.

Далее полученное теоретическое описание моделируемой системы преобразуется в компьютерную модель. Для этого либо используется готовое программное обеспечение, либо привлекаются программисты для его разработки. В конечном итоге получается компьютерная информационная модель, которая будет использоваться по своему назначению.

Для нашего примера с фирмой компьютерная информационная модель поможет найти оптимальный вариант управления, при котором будет достигнута наивысшая эффективность работы фирмы согласно заложенному в модель критерию (например, это может быть максимум прибыли на единицу вложенных средств).

Информационная модель базируется на данных, т. е. на информации об объекте моделирования. Любой реальный объект обладает бесконечным множеством различных свойств. Для создания его информационной модели требуется выделить лишь те свойства, которые необходимы с точки зрения цели моделирования; четко сформулировать эту цель необходимо до начала моделирования. Например, если вы хотите создать модель учебного процесса в вашем классе, то вам потребуются данные об изучаемых предметах, расписании занятий, оценках учеников, преподавателях. А если вы захотите смоделировать процесс летнего отдыха (например, коллективной поездки на юг), то вам потребуются совсем другие данные: сроки поездки, маршрут поезда, стоимость билетов, стоимость расходов на питание и пр. Возможно, что единственными общими данными для этих двух моделей будет список учеников класса.

Вопросы и задания

1. Что такое модель? Приведите примеры материальных моделей, не упомянутых в параграфе.

2. Что такое информационная модель?

3. Можно ли карту города назвать информационной моделью? Обоснуйте ответ.

4. Почему многие научные знания можно отнести к информационным моделям?

5. Какова роль информатики в информационном моделировании?

6. В чем преимущество компьютерных информационных моделей перед теоретическими?

7. Какие данные вы бы включили в информационные модели следующих объектов и процессов:

• обед в школьной столовой;
• ремонт квартиры;
• пассажир поезда;
• дом, в котором вы живете?

Другие статьи:

Похожие статьи:

Популярное на сайте:

Leave a Reply