Модель и моделирование. Презентация "модели и моделирование" Основным инструментом современной информатики является компьютер. Поэтому информационное моделирование в информатике - это компьютерн
- Размер: 1.4 Mегабайта
- Количество слайдов: 26
Описание презентации Презентация Модели и моделирование по слайдам
Что такое модель? Модель – это объект, который обладает некоторыми свойствами другого объекта (оригинала) и используется вместо него. Оригиналы и модели Первый линейный русский корабль «Гото Предестинация»
Что можно моделировать? Модели объектов: уменьшенные копии зданий, кораблей самолетов, … модели ядра атома, кристаллических решеток чертежи … Модели процессов: изменение экологической обстановки экономические модели исторические модели … Модели явлений: землетрясение солнечное затмение цунами …
Моделирование – это создание и использование моделей для изучения оригиналов. Когда используют моделирование: оригинал не существует — древний Египет — последствия ядерной войны (Н. Н. Моисеев, 1966) исследование оригинала опасно для жизни или дорого: — управление ядерным реактором (Чернобыль, 1986) — испытание нового скафандра для космонавтов — разработка нового самолета или корабля оригинал сложно исследовать непосредственно: — солнечная система, галактика (большие размеры) — атом, нейтрон (маленькие размеры) — процессы в двигателе внутреннего сгорания (очень быстрые) — геологические явления (очень медленные) интересуют только некоторые свойства оригинала — проверка краски для фюзеляжа самолета
Цели моделирования исследование оригинала изучение сущности объекта или явления «Наука есть удовлетворение собственного любопытства за казенный счет» (Л. А. Арцимович) анализ («что будет, если …») научиться прогнозировать последствия различных воздействиях на оригинал синтез («как сделать, чтобы …») научиться управлять оригиналом, оказывая на него воздействия оптимизация («как сделать лучше») выбор наилучшего решения в заданных условиях
Один оригинал – одна модель? Оригиналу может соответствовать несколько разных моделей и наоборот!! материальная точка
Природа моделей материальные (физические, предметные) модели: информационные модели представляют собой информацию о свойствах и состоянии объекта, процесса, явления, и его взаимосвязи с внешним миром: вербальные – словесные или мысленные знаковые – выраженные с помощью формального языка графические (рисунки, схемы, карты, …) табличные математические (формулы) логические (различные варианты выбора действий на основе анализа условий) специальные (ноты, химические формулы)
Модели по области применения учебные (в т. ч. тренажеры) опытные – при создании новых технических средств научно-технические аэродинамическая труба испытания в опытовом бассейне имитатор солнечного излучения вакуумная камера в Институте космических исследований вибростенд НПО «Энергия»
Специальные виды моделей игровые – учитывающие действия противника модели экономических ситуаций модели военных действий спортивные игры тренинги персонала имитационные — нельзя заранее вычислить или предсказать поведение системы; — можно имитировать её реакцию на внешние воздействия; — максимальный учет всех факторов; — только численные результаты; — выбор наилучшего решения методом проб и ошибок в ходе многократных экспериментов Примеры: испытания лекарств на мышах, обезьянах, … математическое моделирование биологических систем модели бизнеса и управления модели процесса обучения
Модели по характеру связей детерминированные связи между входными и выходными величинами жестко заданы при одинаковых входных данных каждый раз получаются одинаковые результаты Примеры движение тела, брошенного под углом к горизонту расчеты по известным формулам модель штатной работы механизма вероятностные (стохастические) учитывают случайность событий в реальном мире при одинаковых входных данных каждый раз получаются немного разные результаты Примеры движение тела с учетом ветра броуновское движение частиц влияние волн на судно моделирование действий человека
Модели по фактору времени статические – описывают оригинал в заданный момент времени силы, действующие на тело в состоянии покоя результаты осмотра врача фотография динамические модель движения тела явления природы (молния, землетрясение, цунами) история болезни видеозапись события
Модели по структуре табличные модели (пары соответствия) иерархические (многоуровневые) модели сетевые модели (графы) Директор Главный инженер Главный бухгалтер Вася Петя Маша Глаша Даша старт финиш
I. Постановка задачи исследование оригинала изучение сущности объекта или явления анализ («что будет, если …») научиться прогнозировать последствий при различных воздействиях на оригинал синтез («как сделать, чтобы …») научиться управлять оригиналом, оказывая на него воздействия оптимизация («как сделать лучше») выбор наилучшего решения в заданных условиях Ошибки при постановке задачи приводят к наиболее тяжелым последствиям!!
I. Постановка задачи Хорошо поставленная задача: описаны все связи между исходными данными и результатом известны все исходные данные решение существует задача имеет единственное решение Примеры плохо поставленных задач: Винни Пух и Пятачок построили ловушку для слонопотама. Удастся ли его поймать? Малыш и Карлсон решили по–братски разделить два орешка – большой и маленький. Как это сделать? Найти максимальное значение функции y = x 2 (нет решений). Найти функцию, которая проходит через точки (0, 1) и (1, 0) (неединственное решение).
II. Разработка модели выбрать тип модели определить существенные свойства оригинала, которые нужно включить в модель, отбросить несущественные (для данной задачи) построить формальную модель это модель, записанная на формальном языке (математика, логика, …) и отражающая только существенные свойства оригинала разработать алгоритм работы модели алгоритм – это четко определенный порядок действий, которые нужно выполнить для решения задачи
III. Тестирование модели Тестирование — это проверка модели на простых исходных данных с известным результатом. Примеры: устройство для сложения многозначных чисел – проверка на однозначных числах модель движения корабля – если руль стоит ровно, курс не должен меняться; если руль повернуть влево, корабль должен идти вправо модель накопления денег в банке – при ставке 0% сумма не должна изменяться Модель прошла тестирование. Гарантирует ли это ее правильность? ?
IV. Эксперимент – это исследование модели в интересующих нас условиях. Примеры: устройство для сложения чисел – работа с многозначными числами модель движения корабля – исследование в условиях морского волнения модель накопления денег в банке – расчеты при ненулевой ставке Можно ли 100%-но верить результатам? ?
V. Анализ результатов Возможные выводы: задача решена необходимо изменить алгоритм или условия моделирования необходимо изменить модель (например, учесть дополнительные свойства) необходимо изменить постановку задачи
Пример. Задача. Обезьяна хочет сбить бананы на пальме. Как ей надо кинуть кокос, чтобы попасть им в бананы. Анализ задачи: все ли исходные данные известны? есть ли решение? единственно ли решение?
I. Постановка задачи Допущения: кокос и банан считаем материальными точками расстояние до пальмы известно рост обезьяны известен высота, на которой висит банан, известна обезьяна бросает банан с известной начальной скоростью сопротивление воздуха не учитываем При этих условиях требуется найти начальный угол, под которым надо бросить орех. Всегда ли есть решение? ?
y x. II. Разработка модели Графическая модель H Lh Формальная (математическая) модель V 2 sin, cos 2 gt t. Vhyt. Vx Задача: найти t, при которых Hgt t. Vh. Lt. V 2sin, cos
III. Тестирование модели при нулевой скорости кокос остается на месте при t=0 координаты равны (0 , h) при броске вертикально вверх (=90 o) координата x не меняется при некотором t координата y начинает уменьшаться (ветви параболы вниз) 2sincos 2 gt t. Vhy t. Vx Математическая модель Противоречий не обнаружено! !
IV. Эксперимент Метод I. Меняем угол. Для выбранного угла строим траекторию полета ореха. Если она проходит выше банана, уменьшаем угол, если ниже – увеличиваем. Метод II. Из первого равенства выражаем время полета: Меняем угол. Для выбранного угла считаем t , а затем – значение y при этом t. Если оно больше H , уменьшаем угол, если меньше – увеличиваем. coscos V L t. Lt. V не надо строить всю траекторию для каждого
V. Анализ результатов 1. Всегда ли обезьяна может сбить банан? 2. Что изменится, если обезьяна может бросать кокос с разной силой (с разной начальной скоростью)? 3. Что изменится, если кокос и бананы не считать материальными точками? 4. Что изменится, если требуется учесть сопротивление воздуха? 5. Что изменится, если дерево качается?
Чтобы пользоваться предварительным просмотром презентаций создайте себе аккаунт (учетную запись) Google и войдите в него: https://accounts.google.com
Подписи к слайдам:
Модели и моделирование
Модель – это объект, который обладает некоторыми свойствами другого объекта (оригинала) и используется вместо него. Оригиналы и модели
Что мы можем моделировать Модели объектов: уменьшенные копии зданий, кораблей, самолетов, … модели ядра атома, кристаллических решеток чертежи … Модели процессов: изменение экологической обстановки экономические модели исторические модели … Модели явлений: землетрясение солнечное затмение цунами
Что такое моделирование Моделирование – это создание и использование моделей для изучения оригиналов. Когда используют моделирование: оригинал не существует древний Египет последствия ядерной войны (Н.Н. Моисеев, 1966) исследование оригинала опасно для жизни или дорого: управление ядерным реактором (Чернобыль, 1986) испытание нового скафандра для космонавтов разработка нового самолета или корабля оригинал сложно исследовать непосредственно: Солнечная система, галактика (большие размеры) атом, нейтрон (маленькие размеры) процессы в двигателе внутреннего сгорания (очень быстрые) геологические явления (очень медленные) интересуют только некоторые свойства оригинала проверка краски для фюзеляжа самолета
Цели моделирования исследование оригинала изучение сущности объекта или явления «Наука есть удовлетворение собственного любопытства за казенный счет» (Л.А. Арцимович) анализ («что будет, если …») научиться прогнозировать последствия различных воздействиях на оригинал синтез («как сделать, чтобы …») научиться управлять оригиналом, оказывая на него воздействия оптимизация («как сделать лучше») выбор наилучшего решения в заданных условиях
Виды моделей материальные (физические, предметные) модели: информационные модели представляют собой информацию о свойствах и состоянии объекта, процесса, явления, и его взаимосвязи с внешним миром: вербальные – словесные или мысленные знаковые – выраженные с помощью формального языка графические (рисунки, схемы, карты, …) табличные математические (формулы) логические (различные варианты выбора действий на основе анализа условий) специальные (ноты, химические формулы) учебные (в т.ч. тренажеры) опытные – при создании новых технических средств научно-технические
Классификация моделей 1. По фактору времени статические – описывают оригинал в заданный момент времени силы, действующие на тело в состоянии покоя результаты осмотра врача фотография динамические модель движения тела явления природы (молния, землетрясение, цунами) история болезни видеозапись события
По характеру связей детерминированные связи между входными и выходными величинами жестко заданы при одинаковых входных данных каждый раз получаются одинаковые результаты вероятностные (стохастические) учитывают случайность событий в реальном мире при одинаковых входных данных каждый раз получаются немного разные результаты
По структуре: табличные модели (пары соответствия) иерархические (многоуровневые) модели сетевые модели (графы)
Основные этапы моделирования I этап Постановка задачи II этап Разработка модели III этап Компьютерный эксперимент IV этап Анализ результатов Результат соответствует цели Результат не соответствует цели
ВОПРОСЫ Что такое «модель»? Для чего нужны модели? Что такое «моделирование»? Классификации моделей Формализация Типы информационных моделей. Табличные информационные модели Что такое «модель»? Для чего нужны модели? Что такое «моделирование»? Классификации моделей Формализация Типы информационных моделей. Табличные информационные модели.
Классификация моделей (по А.Г.Гейну) По способу представления По описанию строения По временному фактору По известности внутренней структуры По характеру причинно- следственных связей Описательные (дескриптивные – представленные описанием, выраженным средствами какого-либо коммуникативного языка) Системные (т.е. с выделением структурных элементов и связей между ними) Статические (т.е. отображающие объект без учета изменений по времени) Открытые Детерминированные (т.е. поведение объекта полностью определяется исходным состоянием) Натурные (представленные реальными объектами или процессами, причем между процессами в объекте-оригинале и в модели выполняется некоторое соотношение подобия) Бессистемные (т.е. без выделения структурных элементов) Динамические (т.е. описывающие поведение или эволюцию объекта в зависимости от времени) «Черные ящики» Вероятностные (стохастические), т.е. подверженные случайным воздействиям Знаковые (представленные в символьной форме средствами подходящего формализованного языка)
Классификация по способу представления (по А.Г.Гейну) Классификация по способу представления (по А.Г.Гейну) Описательные (дескриптивные – представленные описанием, выраженным средствами какого-либо коммуникативного языка) Натурные (представленные реальными объектами или процессами, причем между процессами в объекте- оригинале и в модели выполняется некоторое соотношение подобия) Знаковые (представленные в символьной форме средствами подходящего формализованного языка)
Формализация – это процесс построения информационных моделей с помощью формальных языков. Или Формализация – замена реального объекта информационной моделью. Вопрос 4. Естественный язык - язык, словарь и грамматические правила которого обусловлены практикой применения. Формальный язык - это, как правило, искусственный язык профессионального общения.
Типы информационных моделей Табличные;Табличные; Иерархические;Иерархические; Сетевые.Сетевые. Вопрос 5. Одним из наиболее часто используемых типов информационных моделей является прямоугольная таблица. Такой тип моделей применяется для описания ряда объектов, обладающих одинаковыми наборами свойств.
Целями информационного моделирования могут быть описать внешний вид объекта для...;описать внешний вид объекта для...; разработать техническое задание на...;разработать техническое задание на...; разработать договор о совместной деятельности по...;разработать договор о совместной деятельности по...; нарисовать эскиз...;нарисовать эскиз...; разработать технические чертежи...;разработать технические чертежи...; представить графически структуру...;представить графически структуру...; составить таблицу расписания...;составить таблицу расписания...; вывести расчетную формулу...;вывести расчетную формулу...; определить план действий...;определить план действий...; разработать алгоритм решения задачи...разработать алгоритм решения задачи...
Таблица 1. Фамилия, имя Дата рождения Школа КлассСредний балл Иванов Павел,6 Таблица 2. Фамилия, имя Полных лет Рост ВесПрививки Хронические заболевания Петрова Юлия Реакция Манту Сколиоз Таблица 3. Фамилия, имя Дата рождения Адрес Подразделени е Должность Оклад Сидоров С. А Ул. Морская, Отдел снабжения Менеджер 1350 р. Информационная модель ученика Информационная модель посетителя школьного медкабинета Информационная модель работника предприятия
Наименование устройства Цена (в у.е.) Монитор 15"180 Жесткий диск 40 Гб 130 Системная плата 80 Процессор Celeron (1 ГГц)70 Память 128 Мб 15 Дисковод CD-ROM x5240 Видеоплата 16 Мб 30 Звуковая карта 16 бит 30 Корпус 25 Дисковод 3,5"14 Клавиатура 10 Мышь 5
Знаковая (символическая) модель - информационная модель, выраженная специальными знаками, т. е. средствами любого формального языка. Условные знаки; специальные символы; буквы, цифры; Примеры: физические, химические формулы, математические выражения и уравнения, нотная запись
Виды информационных моделей Дескриптивные (описательные) Смешанные Наглядные На естественном языке Словесное описание На формализованном языке Математические формулы Химические формулы Алгоритмы Др.научные языки Формальные Техкарты Электрические схемы программы Рисунки Чертежи Графики фотографии Таблицы Графы Деревья Сети Блок- схемы Схемы Карты Видеофильмы Бешенков С.А., Ракитина Е.А., Гейн А.Г.
«Модели планеров» - Точная посадка. Словарная работа. Лишний клей не делает вашу поделку красивей. Планер, киль, крыло, аэроплан, самолет, иллюминатор. Как называется вид спорта, где спортсмены летают на планерах и дельтапланах? Правила техники безопасности работы с ножницами и клеем. Фюзеляж. Обведите шаблон. Из каких частей состоит планер?
«Мода и модель» - И только в 42 года добивается успеха. Кристиан Диор. Нарушение сна. Женщины страдают нарушениями больше, но у мужчин тоже встречается анорексия. Искаженные представления о норме собственного веса.». Работа модели, быть красивой, стройной. Мини проект "Мода сейчас”. И в завершении... Gabrielle Chanel.
«Модели самолётов» - Цели и задачи. Проект. ЯК-3 СССР 1944 г. Крыло. На истребителях ЯК-3 воевали французские летчики полка «Нормандия-Неман». Киль. Выпущено 4797 самолетов. Фюзеляж. Стабилизатор. Авиамузей. Вооружение: 2 пулемета 12,7 мм 1 пушка 20 мм. Кабина. Кок. Журнал «Моделист-Конструктор» 1972-1974 гг. Реализация проекта.
«Виды моделей» - Немасштабные: кукла; детский рисунок. Модель также может быть НЕ АДЕКВАТНОЙ. 9. Виды моделей по отраслям знаний. 7. Виды моделей в зависимости от времени. 6. Виды моделей в зависимости от формы представления. Модели моделирование. 2. Необходимость создания моделей. Вставить клип!!! Моделирование - процесс создания и использования моделей.
«Модель объекта» - Формализация. Представление о модели объекта. Ответьте на вопросы по теме. Знать определения моделирования, формализации, понятие визуализации моделей. Домашнее задание. Материальной моделью является а) глобус; б) карта мира; в) чертёж; г) график. Моделирование как метод познания. Информационные модели играют очень важную роль в жизни человека.
«Модель представление» - Поведение системы можно представить как функцию времени. рекомендуется воспользоваться эквивалентной схемой представления линейного элемента. Модель среды - описание среды на входе и выходе. В связи с выше изложенным, очень важную, дополнительную роль приобретают скобки. Свойство линейности называют также принципом суперпозиции.
