Моделирование и формализация
💻 Информатика · 10 класс
Что такое модель
Модель — это упрощённое представление реального объекта, процесса или явления, сохраняющее существенные для решаемой задачи свойства и отбрасывающее несущественные. Моделирование — это процесс создания и исследования моделей с целью получить знания об оригинале.
Модель всегда строится с какой-то целью. Для одного и того же объекта можно создать разные модели в зависимости от того, что именно мы изучаем. Например, для самолёта можно построить модель его аэродинамики, модель расписания рейсов или модель внешнего вида.
Формализация
Формализация — это замена реального объекта его описанием на формальном языке: с помощью формул, таблиц, схем, графов или текста по строгим правилам. Результат формализации — информационная модель.
Виды моделей
Модели классифицируют по разным признакам.
| Признак | Виды моделей |
|---|---|
| По способу представления | материальные (натурные) и информационные |
| По фактору времени | статические и динамические |
| По форме описания | словесные, математические, табличные, графические |
Материальная модель — это физический предмет (макет здания, глобус). Информационная модель — это описание объекта в виде данных. Среди информационных выделяют математические модели, где связи между величинами заданы формулами и уравнениями.
Этапы построения модели
- Постановка задачи: что именно изучаем и зачем.
- Выделение существенных свойств объекта.
- Формализация: запись модели на формальном языке.
- Построение и проверка (например, в виде программы или расчёта).
- Анализ результатов и, при необходимости, уточнение модели.
Пример формализации. Движение тела с постоянной скоростью описывает математическая модель:s = v * t
гдеs— путь,v— скорость,t— время. Это краткая формула вместо словесного описания.
Компьютерное моделирование
Многие модели исследуют с помощью компьютера. Компьютерная модель — это информационная модель, реализованная средствами программ: расчётами, электронными таблицами или специальными программами. Компьютер позволяет провести вычислительный эксперимент — изменять исходные данные и сразу видеть, как меняется поведение модели, не вмешиваясь в реальный объект.
Такой подход незаменим, когда настоящий эксперимент опасен, дорог или невозможен. Например, модель распространения пожара, движения планет или работы электрической схемы удобнее изучать на компьютере, чем в реальности. Важно помнить, что выводы достоверны лишь настолько, насколько верно построена сама модель: ошибочные допущения дадут ошибочный результат.
Графы и таблицы как модели
Часто связи между объектами удобно изображать графом — набором точек (вершин), соединённых линиями (рёбрами). Графом моделируют схему дорог, расписание, структуру сайта. Табличные модели применяют, когда нужно отразить свойства многих однотипных объектов: каждая строка описывает один объект, а столбцы — его признаки.
Частые ошибки. Считают, что модель должна повторять оригинал во всём — на деле она сохраняет лишь существенные свойства. Путают материальную и информационную модели. Забывают, что выбор модели зависит от цели исследования.
Кратко о главном
- Модель — упрощённое представление объекта, сохраняющее существенные свойства.
- Формализация — описание объекта на формальном языке.
- Модели бывают материальные и информационные, статические и динамические.
- Информационная модель может быть словесной, табличной, графической или математической.
- Построение модели проходит этапы от постановки задачи до анализа результатов.