Что такое компьютерная информационная модель

Информационная модель объекта: что такое, какие виды существуют

Содержание:

Что такое информационная модель объекта? Это модель, которая описывает объект, применяя индивидуальную информацию, состоящую из различных взаимосвязанных параметров и переменных. Информационные модели — это неосязаемые и невидимые процессы, потому что состоят из «чистой» информации. Информация в модели, описывая объект, затрагивает:

В широком смысле, информационная модель объекта представляет собой совокупность информации из разных сфер, но объединенной описанием объекта. Пример информационной модели из жизни — это:

Что такое информационная модель объекта

Простой пример из жизни. Есть дворник, снег и снегоуборочная лопата. Словесное описание лопаты, а также инструкция по ее сборке и применению — это информационная модель лопаты для дворника. Однако это не полноценная информационная модель снегоуборочной лопаты. Еще есть задокументированное описание технологического процесса изготовления лопаты для компании производителя, сюда входят чертежи, описание изготовления, нормы по изготовлению, описание материалов для изготовления и др. Получается, что для производителя лопаты информационная модель будет своя, а для дворника своя, при этом лопата одна и та же.

Это говорит о том, что информационная модель одного и того же объекта может сильно отличаться в зависимости от того, для кого она необходима, то есть зависит от переменных.

Что такое информационная модель объекта: классификация и виды

Информационные модели могут принадлежать трем видам:

Информационные модели могут быт созданы разными способами. Отталкиваясь от способов создания, различают 2 типа моделей:

Как создаются информационные модели?

После сбора и анализа информации происходит ее «упаковка» способа подачи. Тому же дворнику, если описать процесс эксплуатации математическими формулами, будет непонятно, поэтому информационная модель лопаты для него преподносится текстом. А если прорабу описать словами каким должно быть здание, то он тоже вряд ли построит что-то путное. Поэтому информационная модель здания для прораба преподносится в виде чертежа.

Где применяются информационные модели

Любая информация вокруг вас, которая что-то описывает, объясняет или подсказывает — это информационная модель объектов.

Источник

Презентация по информатике «Компьютерное информационное моделирование»

Описание разработки

Главная задача — создать условия для усвоения основных понятий моделирования (моделирование, модель, виды информационных моделей (материальная и информационная), формализация).

Презентация используется на этапе объяснения новой темы. Форма использования – фронтальная.

Модель – это некоторое упрощенное подобие реального объекта.

Модель – это объект-заменитель, который в определенных условиях может заменять объект-оригинал.

Модель воспроизводит некоторые интересующие нас свойства и характеристики оригинала.

Содержимое разработки

Модель – это некоторое упрощенное подобие реального объекта.

Модель – это объект-заменитель, который в определенных условиях может заменять объект-оригинал.

Модель воспроизводит некоторые интересующие нас свойства и характеристики оригинала.

Цели моделирования – это назначение будущей модели.

Цель определяет те свойства объекта-оригинала, которых должны быть воспроизведены в модели.

Метод описания информационных моделей:

Информационная модель объекта — это описание объекта моделирования.

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

Информационное моделирование в информатике – это компьютерное моделирование, применимое к различным предметным областям.

Этапы разработки компьютерной информационной модели

Объект моделирования (реальная система)

Теоретическая информационная модель

Разработка компьютерной модели

Компьютерная информационная модель

Системный анализ – это процесс выделения существенных для моделирования свойств объекта, связей между ними с целью их описания.

Компьютерная информационная модель – это модель реализованная на компьютере.

Разработка компьютерной модели производиться с помощью специального программного обеспечения или через программирование на языках высокого уровня.

Информационная модель базируется на данных, то есть на информации об объекте моделирования.

Любой реальный объект обладает бесконечным множеством различных свойств и характеристик.

Для создания информационной модели реального объекта требуется выделить лишь те характеристики, которые необходимы с точки зрения моделирования.

Графические информационные модели

Формализация – это замена реального объекта или процесса его формальным описанием, то есть его информационной моделью.

Системология – это наука о системах.

С позиции этой науки системный аналитик исследует объект моделирования и создает его информационную модель

Система – это сложный объект, состоящий из взаимосвязанных частей (элементов) и существующий как единое целое. Всякая система имеет определенное назначение (функцию, цель).

Структура – это совокупность связей между элементами системы.

Структура – внутренняя организация системы.

Всякая система обладает определенным элементным составом и структурой.

Свойства системы зависят от того и другого.

Даже при одинаковом составе, системы с разной структурой обладают разными свойствами, могут иметь разное назначение. .

Общественная система – это различные объединения (коллективы) людей: семья, производственный коллектив, бригада и т.д.

Вертикальная система управления

Горизонтальная система управления

Если некоторые элементы объединить в систему, то она будет обладать новыми качествами, которыми не обладали ее составные части.

Системный эффект – появление новых функций или свойств у системы, которыми не обладает ни один из элементов, из которых состоит система.

Подсистема – это система, входящая в состав какой – то другой более крупной системы.

Сущность системного подхода состоит в учете системных связей всякого объекта изучения или воздействия: данный объект является подсистемой других систем.

Параграф 3.1, 3.2 (определения)+ лекция

Источник

Урок 40
Компьютерное информационное моделирование (§16)

Пример 6.4. Цифровые фотографии и видео массово создаются с помощью смартфонов и цифровых фотоаппаратов.

Цифровые объекты такого рода используются для пересылки другим пользователям с помощью мессендже­ров (про­грамм мгновен­ного обмена сообщениями), для демонстрации в социальных сетях, для хранения и компьютерной обработки.

Создание цифровых фотогра­фий и видео проводят с помощью высокотехноло­гичных электронных приборов, к которым следует отнести и сканеры. И создавались эти приборы с помощью сложных матема­тических и компьютерных моделей.

Пример 6.5. 3D-модели создаются с помощью 3D-редакторов или 3D-сканеров. С возможностями 3D-редактора мы уже познакомились. 3D-модели используются для демонстра­ции и для вывода на 3D-принтеры при создании материальных объектов-изделий.

Пример 6.6. В электронных таблицах MS Excel для этой цели используют диаграммы и 3D-карты. В текстовом редакторе MS Word можно использовать диаграммы и графические элементы SmartArt. Строить графики функций по расчетным данным позволяют электронные таблицы, программы на языках программирования и специализирован­ные программные пакеты.

Пример 6.7. Численные расчеты являются основным методом решения сложных уравнений, составляющих современные математи­ческие модели. Для автоматизации таких расчетов и создаются компьютерные расчетные модели.

Пример 6.8. Системы компьютерной математики позволяют решать математические задачи практически любой сложности без составления расчетных таблиц или создания алгоритмов.

6.3. Системный подход в моделировании

При создании моделей хорошие результаты дают несколько общих подходов и методов.

Система — это совокупность объектов, которая воспринимается как единый объект.

Системный подход в моделировании состоит в том, что моделируемый объект представляется в модели как система.

При использовании системного подхода элементы системы могут быть естественными объектами (пример 6.9) или выделяться искусственно (пример 6.10).

Во многих задачах объект моделирования взаимодействует с внешней средой, окружающей его. В таких случаях рассматривают систему «объект-внешняя среда» с двумя взаимодействующими объектами.

Если же объект моделирования при решении задачи сам представляется как система, то внешняя среда элементом такой системы не считается, но должна учитываться.

Пример 6.9. При моделировании Cолнечной системы ее элементы выделяются совершенно естественно. Это Солнце и планеты.

При моделировании человеческого общества как элементы естественно рассматриваются группы людей.

Именно так, в 9-м классе элементами системы в задаче выбора положения железнодорожной станции послужили населенные пункты и станция.

Пример 6.10. А вот металлическая пластина в рассмотренной нами задаче определения темпера­турных режимов была представлена как система, объединяющая ее несуществующие условные элементы (квадраты).

Такой же подход был использован при моделировании движения мотоцикла. Мотоцикл вместе с мотоциклистом в математической модели был представлен как система из шести условных материальных точек.

6.4. Моделирование систем

Моделирование любой системы начинается с моделирования ее структуры.

Структура системы — это описание ее элементов и связей между ними.

Описание связей между элементами системы может быть представлено в разных формах, в зависимости от типа решаемой задачи.

В простых случаях для описания связей между элементами системы достаточно использовать графическую схему (пример 6.11).

В логических задачах, которые мы рассматривали в 9-м классе, структура системы объектов описывалась в виде таблиц «объект-объект» или «объект-свойство» (пример 6.12).

Если состояние каждого элемента системы можно задать значениями некоторых переменных или функций, то связи между элементами имеют вид математических выражений или уравнений (пример 6.13).

Математические выражения и уравнения, отражающие связи между элементами системы, составляют документальную математическую модель системы.

Математическая модель называется динамической, если она учитывает изменение времени (пример 6.14).

Динамические математические модели систем, как правило, включают сложные урав­нения. Найти точное решение таких уравнений в виде формул практически невозможно.

Ученые предложили в таких случаях находить не формулы, а таблицы приближенных значений искомых функций (численные решения) (пример 6.15).

Для построения численного решения сначала выбирается численный метод, а затем программное средство для его реализации. Следует помнить, что в разных программных средствах один и тот же численный метод может иметь совершенно различные реализации (пример 6.16).

Далее строится документальная расчетная модель, в которой формулы численного метода записываются в форме, подходящей программному средству.

Документальная расчетная модель системы реализуется на компьютере как компьютерная расчетная модель.

Таким образом, при построении динамических моделей систем обычно создаются:

Пример 6.11. Если элементы системы являются ее составными частями, то структура системы описывается простой графической схемой, как в случае структуры дизайна рекламы.

Пример 6.12. Вспомним задачу о трех музыкантах и шести музыкальных инструментах, которыми они владеют. Для решения использовалась таблица «объект-объект» вида:

Пример 6.13. В задаче выбора положения железнодорожной станции положение каждого населенного пункта и станции задавалось парой координат на координатной плоскости. Связь между элементами была представлена как сумма расстояний от станции до населенных пунктов.

Пример 6.14. При решении задачи полета тела, брошенного под углом к горизонту, была построена математическая модель, в которой координаты тела x(t) и y(t) зависели от времени t. Таким образом, в задаче была построена динамическая модель.

Пример 6.15. Для нахождения численных решений сложных уравнений разработаны методы, которые называют численными.

Численные методы позволяют получать приближенные численные значения искомых функций, которые незначительно отличаются от точных значений.

Пример 6.16. Рассмотрим задачу построения графика заданной функции.

В электронных таблицах сначала нужно строить расчетную таблицу с формулами в ее первой и второй строках. Переменными в формулах являются имена ячеек. Затем надо заполнить таблицу вниз формулами и построить диаграмму.

В программе на языке програм­мирования подход совершенно другой. Сначала следует организовать цикл по числу значений переменной, а затем в этом цикле вычислять координаты точек графика и выводить их в графическое окно, соединяя между собой отрезками прямых линий.

6.5. Методы дискретизации

В моделировании различают метод дискретизации объекта и метод дискретизации времени.

Метод дискретизации объекта в моделировании состоит в условном разбиении объекта на части, которые реально не существуют.

В результате применения метода дис­кретизации модель объекта представляется как система его условных частей (пример 6.17).

Метод дискретизации времени в моделировании состоит в условном разбиении времени протекания процесса на промежутки.

Все расчеты функций, описывающих состояние процесса, проводятся только в начальных точках временных промежутков (пример 6.18).

Пример 6.17. Пример использования метода дискретизации объекта дает модель металлической пластины, которая в 9-м классе была создана при решении задачи определения температурных режимов. Металлическая пластина была условно разбита на многочисленные квадраты, которые стали элементами системы. Связи между квадратами выражались формулами теплообмена между ними.

Пример 6.18. Пример использования метода дискретизации времени дает решение рассмотренной нами задачи о движении тела, брошенного под углом к горизонту. В электронных таблицах все время полета тела было условно разбито на равные промежутки, задаваемые шагом времени. И в рабочей таблице компьютерной модели расчеты положения тела проводились только в начальных точках временных промежутков.

Вопросы к параграфу

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? Источник § 6. Компьютерные информационные модели Сайт: Профильное обучение Курс: Информационные технологии. 11 класс (Базовый уровень) Книга: § 6. Компьютерные информационные модели Напечатано:: Гость Дата: Пятница, 10 Декабрь 2021, 03:02 Оглавление 6.1. Модели и формы их представления Модель — это объект или процесс, который для различных целей рассматривается вместо другого объекта или процесса. В 9-м классе мы выделили два основных вида моделей: материальные и информа­ционные, которые различаются формой представления (пример 6.1). Информационные модели по виду носителя информации делятся на мысленные, документальные и компьютерные (пример 6.2). Компьютерная (электронная) модель — это информационная модель в форме файла на компьютерном носителе и ее изображения на экране компьютера. Компьютерные модели стали привычным инструментом при решении научных задач в физике, астрофизике, химии, биологии, экономике, социологии и других науках, в прикладных задачах радиоэлектроники, машиностроения, автомобилестроения. Компьютерные модели стали использоваться в быту. Моделирование — это процесс создания и использования моделей для решения научных и практических задач. В последнее время компьютерное моделирование стало широко использоваться в быту и в рекламе (пример 6.3). Компьютерные модели могут различаться формой представления. Они могут быть представлены в форме программы на языке программирования, листа рабочей книги в электронных таблицах, электронного документа, цифровой фотографии или видео, электронного трехмерного объекта. Пример 6.1. Глобус — типичный пример материальной модели, которая по определению является материаль­ным объектом. Информация на некотором носителе — это информа­ционная модель. Пример 6.2. Критерием деления информационных моделей на виды служит форма их представления: форма мысленного образа, форма бумажного документа, форма файла на компью­терном носителе информации, включая изображение на экране компьютера. Пример 6.3. Цифровые фотографии и видео создаются с помощью смартфонов, а электронные документы — с помощью текстовых редакторов. А это компьютерные модели. Электронные 3D-модели, с которыми мы познакомились на уроках информатики, широко используются в интернет-рекламе смартфонов. 6.2. Цели компьютерного моделирования Цель моделирования определяется, в первую очередь, решаемой задачей. Растущие возможности компьютерных технологий в последнее время значительно расширили цели компьютерного моделирования. Целью компьютерного моделирования может быть: Создание цифровых фотографий и видео воспринимается нами как нечто повседневное и обыденное, не связанное с компьютерным моделированием (пример 6.4). Но создаваемые фото и видео хранятся в форме файлов, поэтому по сути являются компьютерными моделями. Создание электронных документов с помощью текстовых редакторов — это моделирование будущих бумажных документов. Создание трехмерных электронных объектов — это моделирование реальных и проектируемых зданий, сооружений и других объектов (пример 6.5). Графическая визуализация численных данных — это представление численных данных графическими моделями (пример 6.6). Автоматизация численных расчетов является одной из самых востребованных целей компьютерного моделирования (пример 6.7). Автоматизация математических преобразований как цель компьютерного моделирования появилась не так давно, с возникновением группы программных средств под названием «системы компьютерной математики» (пример 6.8).

1. Что такое модель?

2. Что такое компьютерная модель?

3. Что такое моделирование?

4. Что такое система?

5. Как называются объекты, составляющие систему?

6. Что такое системный подход в моделировании?

7. Что такое структура системы?

8. Какими способами может быть описана структура системы?

9. В чем состоит метод дискретизации объекта в моделировании?

10. В чем состоит метод дискретизации времени в моделировании?

Упражнения

1. Объясните на примерах цели моделирования.

2. Приведите примеры мысленных моделей.

3. Приведите примеры документальных моделей.

4. Приведите примеры компьютерных моделей.

5. Приведите примеры использования системного подхода при решении задач моделированием в 9-м классе.

6. Приведите примеры описания структуры систем.

7. Приведите примеры использования метода дискретизации объекта при решении задач моделированием в 9-м классе.

8. Приведите примеры использования метода дискретизации времени при решении задач моделированием в 9-м классе.

Источник