Зачем нужно компьютерное информационное моделирование современному человеку
МЕСТО 3D-МОДЕЛИРОВАНИЯ В ШКОЛЬНОМ КУРСЕ ИНФОРМАТИКИ
Текст работы размещён без изображений и формул.
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF
3 D - моделирование, или трехмерная графика (3- Dimensional – от лат. «трехмерный»), – раздел компьютерной графики, охватывающий алгоритмы и программное обеспечение для оперирования объектами в трёхмерном пространстве, а также результат работы таких программ.
Дж. Ли, Б. Уэр. в своем труде «Трёхмерная графика и анимация» предлагает определять трехмерную графику, как «двухмерное изображение трехмерного объекта», указывая на то, что глубина при изображении объекта не учитывается.
3 D - изображение отличается от плоского тем, что при построении геометрической проекции 3 D – модели сцены на экране компьютера используются специализированные программы. Трёхмерное моделирование призвано описать эти объекты и разместить их в сцене с помощью геометрических преобразований с учетом требований к запрашиваемому изображению.
Между всем прочим, модель может как соответствовать реальным объектам, отражать существующие процессы или явления, так и быть абсолютно абстрактной. Это свойство позволяет использовать технологию трехмерного моделирования как в обучении, отражая реальную структуру демонстрируемых или разрабатываемых объектов, так и в творчестве при создании качественно новых образов и материалов.
Благодаря своей универсальности и многогранности 3 D -моделирование сегодня нашло отражение в большинстве сфер жизни человека: кинематограф, реклама, инженерия, – все это стало привычным и уже не вызывает удивления. На современном этапе в некоторых школах уже вводят дополнительные занятия по моделированию.
Пространственное мышление и воображение, которое будет помогать в дальнейшем изучении таких предметов как математика, геометрия, черчение, технология, необходимо развивать с самого раннего возраста и 3 D –моделирование – один из наиболее действенных и современных способов для этого. Однако, если обратиться к учебникам, утвержденным приказом Министерства просвещения Российской Федерации №345 от 28 декабря 2018 года, для использования в рамках школы, можно отметить, что в учебной программе основного общего образования как такового места курсу 3 D -моделирования не отведено.
Сравнительная характеристика содержания данных учебников с 7-го по 9-ый классы, демонстрирующая, в рамках каких тем может быть проведено знакомство обучающихся с 3 D -моделированием, приведена в таблице 1.
Элементы 3 D -моделирования в школьном курсе информатики
Раздел курса и поурочное планирование.
Темы уроков, в которых может быть затронут курс «3 D -моделирования»
«ИКТ и информатика. 7-9 классы» Л. Л. Босова, А. Ю. Босова
7 класс: «Обработка графической информации»
Теория: 2 часа;
Практика: 2 часа.
«Создание графических изображений»;
«Обобщение и систематизация знаний по теме Обработка графической информации».
«Моделирование и формализация»
Теория: 6 часов
Практика: 3 часа
«Моделирование как метод познания»;
«Графические информационные модели»;
«Обобщение и систематизация основных понятий темы Моделирование и формализация».
Информатика, 7 класс, в 2 частях, Поляков К.Ю., Еремин Е.А., 2017.
Глава 6. «Алгоритмизация и програмрование»
Практика: 1 час
Информатика, 8 класс, Поляков К.Ю., Еремин Е.А.
Информатика, 9 класс, Поляков К.Ю., Еремин Е.А.
Глава 3. «Моделирование»
Теория: 2 часа
Практика: 2 часа
«Модели и моделирование»;
Информатика. 7 класс. Семакин И.Г.
Глава 3. «Графическая информация и компьютер»
Теория: 2 часа
Практика: 7 часов
«Компьютерная графика вчера и сегодня»;
«Технические средства компьютерной графики»;
«Контрольная работа по теме Компьютерная графика»
Информатика. 8 класс. Семакин И.Г
Глава 2. «Информационное моделирование»
«Что такое моделирование?»
«Графические информационные модели»
«Информационное моделирование на компьютере»
«Системы, модели, графы»
Глава 3. «Информационные технологии и общество»
«История программного обеспечения и ИКТ»
«Информационные ресурсы с
Ни в одном из трех учебников, рекомендованных к использованию в общеобразовательных школах, не затрагивается тема 3 D -моделирования как самостоятельный раздел. Более того, смежные темы, при изучении которых теоретически может быть рассмотрен вопрос трехмерного моделирования такие как «Компьютерная графика», «Моделирование», «Компьютерное моделирование» имеют в поурочных планах небольшое количество часов, которые не расширить для изучения трехмерного моделирования на должном уровне.
Однако, компьютерное 3D-моделирование в перспективе является эффективным инструментом школьного обучения, в котором используются межпредметные связи информатики, с одной стороны, и математики, физики, биологии, экономики и ряда других наук, с противоположной.
Трехмерное моделирование позволит обучающимся в полной мере развить свои творческие способности, проявить исследовательскую активность и пространственное мышление – огромное подспорье не только в дальнейшей учебе, но и в последующей профессиональной и личностной самореализации.
Включение 3 D - моделирования в ход учебного процесса направлено на достижение следующих целей:
формирование представлений о базовых методах геометрического моделирования, их достоинствах и недостатках, областях применения, а также способах создания и представления геометрической информации на ПК;
выработка умения построения трехмерных моделей;
повышение познавательной активности и мотивации обучающихся;
развитие творческого мышления;
повышение уровня мотивации обучающихся;
формирование навыков применения знаний и умений в самостоятельной проектной или исследовательской деятельности;
формирование навыков использования систем 3 D – моделирования при выполнении индивидуальных и коллективных проектов, в учебной деятельности.
Так как основной образовательной программой не предусмотрено изучение данной темы, именно инициатива школы должна служить основой внедрения курса 3 D -моделирования в учебный процесс. Это может быть осуществлено в рамках элективного курса, кружка или другого вида внеклассной работы.
Одним из возможных вариантов знакомства обучающихся с трехмерным моделированием является включение 3 D -технологий в ход ведения уроков. В качестве образовательных технологий 3 D -моделирование можно применить в следующих случаях [корнилова, белгород, 5-6]:
проведение уроков с применением технологии 3 D - моделирования;
воспроизведение педагогом сложных физических или химических экспериментов;
создание обучающимися собственных 3D - моделей, 3D - изображений или 3D - роликов в качестве проектной или исследовательской работы.
Такой тип работы с этой технологией может быть использован не только на уроках информатики, но и на других дисциплинах, а так как пользоваться 3 D -моделированием будет непосредственно преподаватель, то данная технология может быть использована на различных уроках возрастных групп.
Применение в школе технологий 3D - моделирования способствует:
развитию творческих способностей обучающихся;
профориентации обучающихся на инженерные и технические специальности;
развитию познавательного интереса у обучающихся;
улучшению восприятия учебного материала обучающимися;
концентрации внимания обучающихся на учебном материале;
организации внеурочной деятельности обучающихся по разным направлениям;
проведению конкурсов и других мероприятий.
Стоит отметить, что 3D - технологии не ограничиваются моделированием, визуализацией, анимацией и трехмерной печатью. Сегодня этот термин включает также технологии дополненной реальности, трехмерные тренажеры и симуляторы, трехмерное видео. Все это впоследствии также можно изучать, а еще лучше создавать в школе. Такой подход к современным технологиям повысит интерес обучающихся к дисциплинам, в которых они будут применятся, поднимет уровень внутренней мотивации на новый уровень.
Список использованной литературы
Практикум по информатике: Учеб. пособие для студ. Высш. Учеб. заведений / А.В. Могилев, Н.И. Пак, Е.К. Хеннер; Под ред. Е.К. Хеннера. - 2-е изд., стер. - М.: Издательский центр "Академия", 2005. - 608 с.
Иванова, Е. О. Теория обучения в информационном обществе[Текст] / Е. О. Иванова, И. М. Осмоловская.– М.: Просвещение, 2011. – 190 с. \
Дж. Ли, Б. Уэр. Трёхмерная графика и анимация. — 2-е изд. — М.: Вильямс, 2002. — 640 с.
Алехина Г.В., 3 D -моделрование. Интернет курс [текст]// Г.В. Алехина, М.В. Козлов, Н.Я. Спивакова. 2011 г МФПУ «Синергия» - 20 с.
Совершенствование информационных технологий обусловило использование компьютеров практически во всех сферах деятельности человека. Развитие научных теорий предполагает выдвижение основных принципов, построение математической модели объекта познания, получение из нее следствий, которые могут быть сопоставлены с результатами эксперимента.
Использование ЭВМ позволяет, исходя из математических уравнений, рассчитать поведение исследуемой системы в тех или иных условиях. Часто это единственный способ получения следствий из математической модели.
Например, задача о движении трех или более частиц, взаимодействующих друг с другом, актуальна при исследовании движении планет, астероидов и других небесных тел. В общем случае она сложна и не имеет аналитического решения, и лишь использование метода компьютерного моделирования позволяет рассчитать состояние системы в последующие моменты времени.
Совершенствование вычислительной техники, появление ЭВМ, позволяющей быстро и достаточно точно осуществлять вычисления по заданной программе, ознаменовало качественный скачок на пути развития науки.
Решение современных задач требует создания компьютерных моделей, проведения огромного количества вычислений, что стало возможным лишь после появления электронно-вычислительных машин, способных выполнять миллионы операций в секунду. Существенным является и то, что вычисления производятся автоматически, в соответствии с заданным алгоритмом и не требуют вмешательства человека.
К настоящему времени методы компьютерного моделирования получили столь широкое распространение, что практически не осталось такой научной области, где бы они эти методы не нашли своего применения.
Более того, компьютерное моделирование как инструмент исследования обладает целым рядом преимуществ по сравнению с реальным экспериментом, в частности, компьютерный эксперимент может быть выполнен в таких условиях, когда проведение натурного эксперимента затруднено или даже невозможно.
В настоящее время компьютерное моделирование используется для проведения исследований в следующих направлениях:
экология и геофизика:
анализ распространения загрязняющих веществ в атмосфере;
проектирование шумовых барьеров для борьбы с шумовым загрязнением;
прогнозирование погоды и климата;
расчет ядерных реакций;
решение задач небесной механики, астрономии и космонавтики;
изучение глобальных явлений на Земле, моделирование погоды, климата, исследование экологических проблем, глобального потепления, последствий ядерного конфликта и т.д.;
конструирование транспортных средств;
полетные имитаторы для тренировки пилотов;
моделирование транспортных систем;
исследование поведения гидравлических систем (нефтепроводов, водопровода и пр.);
электроника и электротехника:
эмуляция работы различных технических, в частности, электронных устройств;
экономика и финансы:
прогнозирование цен на финансовых рынках;
архитектура и строительство:
исследование поведения зданий, конструкций и деталей под механической нагрузкой;
прогнозирование прочности конструкций и механизмов их разрушения;
проектирование производственных процессов, например химических;
моделирование сценарных вариантов развития городов;
управление и бизнес:
стратегическое управление организацией;
моделирование рынков сбыта и рынков сырья;
моделирование производственных процессов;
экономические исследования развития предприятия, отрасли, страны;
моделирование роботов и автоматических манипуляторов;
моделирование прочностных и других характеристик деталей, узлов и агрегатов;
решение задач механики сплошных сред, в частности, гидродинамики;
компьютерное моделирование различных технологических процессов;
расчет химических реакций и биологических процессов, развитие химической и биологической технологии;
медицина и биология:
моделирование результатов пластических операций;
моделирование пандемий и эпидемий;
моделирование воздействия медикаментов и оперативных вмешательств на метаболизм и другие жизненно важные процессы;
политика и военное дело:
моделирование развития межгосударственных отношений;
моделирование поведения масс людей в различных общественно-политических ситуациях;
моделирование театра военных действий;
социологические исследования, в частности, моделирование выборов, голосования, распространение сведений, изменение общественного мнения, военных действий;
расчет и прогнозирование демографической ситуации в стране и мире.
В моделях отражаются глубинные закономерности, установленные в результате целенаправленных исследований. В роли моделей выступают разнообразные предметы и объекты: рисунки, схемы, карты, графики, формулы.
Различные сферы применения компьютерных моделей предъявляют разные требования к надежности получаемых с их помощью результатов.
В любом случае использование автоматизированного варианта анализа оправдано только при ясном понимании всего процесса функционирования исследуемой системы и требуемых объема, точности и формы представления конечных результатов исследования.
Появление новых средств и методов получения, представления, передачи и обработки информации, использование новых технологий стимулировало процесс разработки перспективных диагностических систем, использующих новые информационные технологии.
Создание систем диагностирования предполагает решение таких вопросов, как исследование их свойств и характеристик, исследование объектов диагностирования, выбор методов и разработка алгоритмов диагностирования.
Исследование объектов диагностирования включает в себя изучение реальных физических объектов, а также построение и анализ моделей этих объектов. В тех случаях, когда проведение экспериментального исследования реального объекта в необходимом объеме затруднено или невозможно, а также при разработке нового объекта, исследование может быть выполнено на моделях.
Моделирование как метод научного исследования широко применяется в технической диагностике не только при изучении объектов, но и при разработке алгоритмов и средств диагностирования, исследовании эффективности систем диагностирования.
Под моделированием объекта диагностирования понимается построение (или выбор) и анализ диагностической модели с целью получения информации, необходимой для определения конечного множества возможных технических состояний этого объекта.
При анализе модели устанавливаются реакции объекта на появление различных дефектов, формируется массив информации об объекте, необходимый при практическом диагностировании. Из множества возможных дефектов объекта обычно рассматриваются и имитируются на модели только наиболее характерные, так как даже для объектов диагностирования небольшой сложности число возможных дефектов и их комбинаций велико, а с увеличением числа учитываемых дефектов размерность модели быстро растет.
- Разновидности компьютерных моделей.
- Компьютерная математическая модель и вычислительный эксперимент.
- Имитационное моделирование.
Основные темы параграфа:
- вычислительные возможности компьютера;
- для чего нужны математические модели;
- компьютерная математическая модель;
- что такое вычислительный эксперимент;
- управление на основе моделей;
- имитационное моделирование.
Для чего нужны математические модели
Многие процессы, происходящие в природе, технике, экономических и социальных системах, описываются сложными математическими соотношениями. Это могут быть уравнения, системы уравнений, системы неравенств и пр., которые являются математическими моделями описываемых процессов.
Математическая модель — это описание моделируемого процесса на языке математики.
В прежние времена, до появления ЭВМ, ученые стремились создавать такие математические модели, которые можно было бы просчитать вручную или с помощью несложных вычислительных механизмов. Поэтому математические модели были относительно простыми. Но простая модель не всегда хорошо описывает процесс. Ошибка расчетов по такой модели может быть слишком большой и полностью обесценить результат.
Еще в XVIII-XIX веках ученые-математики начали изобретать методы решения таких математических задач, которые не удавалось решить точно, аналитически. Например, вы знаете, что квадратное уравнение всегда можно решить точно, а вот кубическое — уже не всегда. Такие методы называются численными методами. Они сводят решение любой задачи к последовательности арифметических операций. Но эта цепочка арифметических вычислений может быть очень длинной. И чем точнее мы хотим получить решение, тем она длиннее.
Может оказаться, что для решения сложной задачи численным методом ученому потребуется вся жизнь. А может и этого не хватить! И какой смысл, например, начинать расчет прогноза погоды на завтрашний день, если для этого потребуется несколько лет работы?
Вычислительные возможности компьютера
Современным инструментом для информационного моделирования является компьютер. Конечно, на компьютере можно писать тексты (строить вербальные модели), рисовать карты и схемы (графические модели), строить таблицы (табличные модели). Но при таком использовании компьютера в моделировании его возможности проявляются не в полной мере.
Для моделирования на компьютере главной является его способность к быстрому счету. Современные компьютеры считают со скоростями в сотни тысяч, миллионы и даже миллиарды операций в секунду.
Учитывая, что расчеты производятся над многозначными числами (10-20 десятичных цифр), вычислительные возможности компьютера феноменальны. Эти возможности проявляются, прежде всего, при компьютерном математическом моделировании.
Компьютерная математическая модель
Появление компьютеров сняло эти проблемы. Стало возможным проводить расчеты сложных математических моделей за приемлемое время. Например, рассчитать погоду на завтрашний день до его наступления. Ученые перестали себя ограничивать в сложности создаваемых математических моделей, полагаясь на быстродействие компьютеров.
Компьютерная математическая модель — это программа, реализующая расчеты состояния моделируемой системы по ее математической модели.
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?
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?
Следующая страница Моделирование зависимостей между величинами (§17)
Что такое вычислительный эксперимент
Использование компьютерной математической модели для исследования поведения объекта моделирования называется вычислительным экспериментом. Говорят также: численный эксперимент.
Вычислительный эксперимент в некоторых случаях может заменить реальный физический эксперимент.
Впечатляющий пример использования такой возможности — прекращение испытаний ядерного оружия, которые сопровождались значительным экологическим ущербом. Благодаря очень точным математическим моделям и мощным компьютерам стало возможно просчитать все последствия, к которым приводит изменение в конструкции ядерной бомбы. Образно говоря, удалось «взорвать бомбу» внутри компьютера, ничего не разрушив.
Важным свойством компьютерных математических моделей является возможность визуализации результатов расчетов. Этим целям служит использование компьютерной графики.
Представление результатов в наглядном виде — важнейшее условие для их лучшего понимания. Например, результаты расчетов распределения температуры в некотором объекте можно представить в виде его разноцветного изображения: участки с самой высокой температурой окрасить в красный цвет, а с самой холодной — в синий. Участки с промежуточными значениями температуры окрашиваются в цвета спектра, равномерно переходящие от красного к синему (рис. 2.7).
Для изображения изменяющихся со временем (динамических) результатов используют графическую анимацию.
Компьютерная графика позволяет человеку в процессе проведения численного эксперимента «заглянуть» в недоступные места исследуемого объекта. Можно получить изображение любого сечения объекта сложной формы с отображением рассчитываемых характеристик: температурных полей, давления и пр. В реальном физическом эксперименте такое можно сделать далеко не всегда. Например, невозможно выполнить измерения внутри работающей доменной печи или внутри звезды. А на модели это сделать можно.
Следующая страница Информационное моделирование на компьютере. Управление на основе моделей
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.
Читайте также: