Форми подання моделей
Ознаки класифікацій моделей:
1) - по області використання;
2) - по фактору часу;
3) - по галузі знань;
4) - за формою подання.
1) Класифікація моделей по області використання:
Навчальні моделі - використовуються при навчанні. Це можуть бути наочні посібники, різні тренажери, навчальні програми.
Досвідчені моделі - це зменшені або збільшені копії проектованого об'єкта. Використовують для дослідження і прогнозування його майбутніх характеристик.
Наприклад, модель корабля досліджується в басейні для вивчення стійкості судна при хитавиці, модель автомобіля «продувається» в аеродинамічній трубі з метою дослідження обтічності кузова, модель споруди використовується для прив'язки будівлі до конкретної місцевості і т.д.
Науково-технічні моделі - створюються для дослідження процесів і явищ. До таких моделей можна віднести, наприклад, прилад для отримання грозового електричного розряду або стенд для перевірки телевізорів.
Ігрові мо і - це військові, економічні, спортивні, ділові ігри. Ці моделі як би репетирують поведінку об'єкта в різних ситуаціях, програючи їх з урахуванням можливої реакції з боку конкурента, союзника або супротивника. За допомогою ігрових моделей можна надавати психологічну допомогу хворим, вирішувати конфліктні ситуації.
Імітаційні моделі непросто відображають реальність з тим або іншим ступенем точності, а імітують її. Експерименти з моделей проводять при різних вихідних даних. За результатами дослідження робляться висновки. Такий метод підбору правильного рішення отримав назву (метод проб і помилок). Наприклад, для виявлення побічних дій лікарських препаратів їх відчувають в серії дослідів над тваринами.
2) Класифікація моделей по фактору часу:
Статичні - моделі, що описують стан системи в певний момент часу (одноразовий зріз інформації по даному об'єкту). Наприклад, обстеження учнів в стоматологічній поліклініці дає стан їх зубів в даний момент часу: співвідношення молочних і постійних, наявність пломб, дефектів і т.п.
Динамічні - моделі, що описують процеси зміни і розвитку системи (зміни об'єкта в часі). Приклади: опис руху тіл, розвитку організмів, процес хімічних реакцій.
При будівництві будинку розраховують міцність його фундаменту, стін, балок і стійкість їх до постійного навантаження. Це статична модель будівлі. Але треба також забезпечити протидію вітрам, руху ґрунтових вод, сейсмічних коливань і інших умов, що змінюються в часі факторів. Ці питання можна вирішити за допомогою динамічних моделей.
Таким чином, один і той же об'єкт можна охарактеризувати і статичної та динамічної моделлю.
3) Класифікація моделей по галузі знань
4) Класифікація моделей за формою подання:
Всі моделі можна розбити на два великі класи: моделі предметні (матеріальні) і моделі інформаційні.
Матеріальні (предметні) моделі завжди мають реальне втілення. Вони відображають зовнішнє властивість і внутрішній устрій вихідних об'єктів, суть процесів і явищ об'єкта-оригіналу. Це експериментальний метод пізнання навколишнього середовища.
У процесі навчання широко використовуються такі моделі: глобус (географія), муляжі (біологія), моделі кристалічних решіток (хімія) та ін.
Приклади: дитячі іграшки, скелет людини, опудало, макет сонячної системи, шкільні посібники, фізичні та хімічні досліди.
Інформаційні моделі - цілеспрямовано відібрана інформація про об'єкт, яка відображає найбільш істотні для дослідника властивості цього об'єкта.
За ступенем формалізації інформаційні моделі бувають образно-знакові та знакові.
Яскравим прикладом образно-знакової моделі є географічна карта. Колір і форма материків, океанів, гір, зображених на карті, відразу підключає образне мислення. За кольором на карті відразу можна оцінити рельєф. Наприклад, з блакитним кольором у людини асоціюється вода, з зеленим квітучий луг, рівнина. Карта рясніє умовними позначеннями. Знаючи цю мову, людина може отримати достовірну інформацію про цікавить його об'єкті. Інформаційна модель в цьому випадку буде результатом осмислення відомостей, отриманих за допомогою органів почуттів та інформації, закодованої у вигляді умовних зображень.
Те ж можна сказати про живопис. Недосвідчений глядач сприйме картину душею в вигляді образної моделі. Але існують деякі художні мови, які відповідають різним мальовничим жанрами і школам: поєднання кольорів, характер мазка, способи передачі повітря, обсягу і т. Д. Людині, яка знає ці умовності, легше розібратися в тому, що мав на увазі художник, особливо якщо твір не відноситься до реалізму. При цьому загальне сприйняття картини (інформаційна модель) стане результатом осмислення інформації як в образній, так і в знаковій формах.
Ще один приклад такої моделі - фотографія. Фотоапарат дозволяє отримати зображення оригіналу. Зазвичай фотографія дає нам досить точне уявлення про зовнішній вигляд людини. Існують деякі ознаки (висота чола, посадка очей форма підборіддя), за якими фахівці можуть визначити характер людини, його схильність до тих чи інших вчинків. Цей спеціальний мову формується з відомостей, накопичених в області фізіогноміки і власного досвіду. Знаючі лікарі, глянувши на фото незнайомої людини, побачать ознаки деяких захворювань. Поставивши собі за різними цілями, по одній і тій же фотографії можна отримати різні інформаційні моделі. Вони будуть результатом обробки образної інформації, отриманої при розгляданні фотографії, і інформації, яка склалася на основі знання спеціального професійного мови.
За формою подання образно-знакових моделей серед них можна виділити наступні групи:
• геометричні моделі, що відображають зовнішній вигляд оригіналу (малюнок, піктограма, креслення, план, карта, об'ємне зображення);
• структурні моделі, що відображають будову об'єктів і зв'язку їх параметрів (таблиця, граф, схема, діаграма);
• словесні моделі, зафіксовані (описані) засобами природної мови;
• алгоритмічні моделі, що описують послідовність дій.
Знакові моделі можна розділити на наступні групи:
• математичні моделі, представлені математичними формулами, що відображають зв'язок різних параметрів об'єкта, системи або процесу;
• спеціальні моделі, представлені на спеціальних мовах (ноти, хімічні формули і т. П.);
• алгоритмічні моделі, що представляють процес у вигляді програми, записаної на спеціальній мові.
Форми подання моделей. формалізація
Моделі матеріальні і моделі інформаційні.
Всі моделі можна розбити на два великі класи: моделі предметні (матеріальні) і моделі інформаційні. Предметні моделі відтворюють геометричні, фізичні та інші властивості об'єктів в матеріальній формі (глобус, анатомічні муляжі, моделі кристалічних решіток, макети будівель і споруд та ін.).
Інформаційні моделі представляють об'єкти і процеси в образній або знаковій формі.
Образні моделі (малюнки, фотографії та ін.) Являють собою зорові образи об'єктів, зафіксовані на будь-якому носії інформації (папері, фото- і кіноплівці і ін.). Широко використовуються образні інформаційні моделі в освіті (згадайте навчальні плакати з різних предметів) і науках, де потрібно класифікація об'єктів за їх зовнішніми ознаками (в ботаніці, біології, палеонтології та ін.).
Знакові інформаційні моделі будуються з використанням різних мов (знакових систем). Знакова інформаційна модель може бути представлена у формі тексту (наприклад, програми на мові програмування), формули (наприклад, другого закону Ньютона F = m × а), таблиці (наприклад, періодичної таблиці елементів Д. І. Менделєєва) і так далі.
Іноді при побудові знакових інформаційних моделей використовуються одночасно кілька різних мов. Прикладами таких моделей можуть служити географічні карти, графіки, діаграми та ін. У всіх цих моделях використовуються одночасно як мова графічних елементів, так і символьний мову.
Протягом своєї історії людство використовувало різні способи і інструменти для створення інформаційних моделей. Ці способи постійно удосконалювалися. Так, перші інформаційні моделі створювалися у формі наскальних малюнків, в теперішній же час інформаційні моделі зазвичай будуються і досліджуються з використанням сучасних комп'ютерних технологій.
Природні мови використовуються для створення описових інформаційних моделей. В історії науки відомі численні описові інформаційні моделі; наприклад, геліоцентрична модель світу, яку запропонував Коперник, формулювалася так:
Земля обертається навколо своєї осі і навколо Сонця;орбіти всіх планет проходять навколо Сонця.
За допомогою формальних мов будуються формальні інформаційні моделі (математичні, логічні та ін.). Одним з найбільш широко використовуваних формальних мов є математика. Моделі, побудовані з використанням математичних понять і формул, називаються математичними моделями. Мова математики є сукупністю формальних мов. З деякими з них (алгебра, геометрія, тригонометрія) ви знайомитеся в школі, з іншими (теорія множин, теорія ймовірностей і ін.) Зможете ознайомитися в процесі подальшого навчання.
Мова алгебри дозволяє формалізувати функціональні залежності між величинами. Так, Ньютон формалізував геліоцентричну систему світу, відкривши закони механіки і закон всесвітнього тяжіння і записавши їх у вигляді алгебраїчних функціональних залежностей. У шкільному курсі фізики розглядається багато різноманітних функціональних залежностей, виражених мовою алгебри, які представляють собою математичні моделі досліджуваних явищ або процесів.
Мова алгебри логіки (алгебри висловлювань) дозволяє будувати формальні логічні моделі. За допомогою алгебри висловлювань можна формалізувати (записати у вигляді логічних виразів) прості і складні висловлювання, виражені природною мовою. Побудова логічних моделей дозволяє вирішувати логічні завдання, будувати логічні моделі пристроїв комп'ютера (суматора, тригера) і так далі.
Процес побудови інформаційних моделей за допомогою формальних мов називається формалізацією.
У природничих науках (фізиці, хімії та ін.) Будуються формальні моделі явищ і процесів. У більшості випадків для цього застосовується універсальний математичний мову алгебраїчних формул. Однак в деяких випадках використовуються спеціалізовані формальні мови (в хімії - мова хімічних формул, в музиці - нотна грамота і т. Д.).
В процесі пізнання навколишнього світу людство постійно використовує моделювання та формалізацію. При вивченні нового об'єкта спочатку зазвичай будується його описова інформаційна модель природною мовою, потім вона формалізується, тобто виражається з використанням формальних мов (математики, логіки та ін.).
Візуалізація формальних моделей
Протягом своєї історії людство використовувало різні способи і інструменти для створення інформаційних моделей. Ці способи постійно удосконалювалися. Так, перші інформаційні моделі створювалися у формі наскальних малюнків. В даний час інформаційні моделі зазвичай будуються і досліджуються з використанням сучасних комп'ютерних технологій.
У процесі дослідження формальних моделей часто проводиться їх візуалізація. Для візуалізації алгоритмів використовуються блок-схеми: просторових співвідношень між об'єктами - креслення, моделей електричних ланцюгів - електричні схеми, логічних моделей пристроїв - логічні схеми і так далі.
Так при візуалізації формальних фізичних моделей за допомогою анімації може відображатися динаміка процесу, проводитися побудова графіків зміни фізичних величин і так далі. Візуальні моделі зазвичай є інтерактивними, тобто дослідник може змінювати початкові умови і параметри протікання процесів і спостерігати зміни в поведінці моделі.
Описові інформаційні моделі. Такі моделі відображають об'єкти, процеси і явища якісно. т. е. не використовуючи кількісних характеристик. Описові інформаційні моделі зазвичай будуються з використанням природних мов і малюнків.
В історії науки відомі численні описові інформаційні моделі. Так, геліоцентрична модель світу Коперника природною мовою формулювалася таким чином:
- Земля обертається навколо Сонця, а Місяць обертається навколо Землі;
- всі планети обертаються навколо Сонця.
Однак більш наочний спосіб її подання у вигляді малюнка