Моделі та моделювання

Людина в будь якій діяльності постійно користується моделями. У дитинстві люди граються з ляльками, будиночками, машинами - зменшеними копіями реальних обєктів. Дорослі також використовують моделі підчас спорудження будинку або пошиття костюму, створення ілюстрованого журналу або розрахунку польоту ракети.

Модель - це прообраз, опис або зображення якогось обєкту.

Крім матеріальних обєктів (іграшки, глобуса, макету будинку), існують абстрактні моделі: описи, формули, зображення, схеми, креслення, графіки тощо. За допомогою математичних формул описуються, скажімо, арифметичні операції. Хімічні формули допомагають уявити атомний склад хімічних речовин і реакцій, в які вони вступають.

Усі абстрактні моделі, які можна подати за допомогою набору знаків (геометричних фігур, символів, фрагменту тексту), - це знакові моделі.

Абстрактна модель, перед тим як оформитися у знакову модель, спочатку народжується в голові людини. Модель у голові людини існує у формі не до кінця усвідомлених уявних зображень. Такі моделі отримані внаслідок висновків, називаються вербальними.

Класифікація моделей за способом зображення

Під час вивчення інформатики нас цікавитимуть інформаційні моделі, тобто такі що стосуються інформаційних процесів. По-перше, інформаційні моделі мають бути абстрактними, оскільки, як відомо, інформація - нематеріальна категорія. По-друге, інформаційні мають бути знаковими, тому що повідомлення зображується у вигляді знаків. знакові моделі прийнято поділяти на математичні й інформаційні моделі.

Класифікація знакових моделей

Математична модель - це модель, сформульована мовою математики і логіки.

З елементами математичної моделі можна виконувати відповідні математичні операції. Наприклад, у моделі знаходження найменшого числа виконуються операції порівняння, а в моделі обчислення коренів рівняння - різні арифметичні операції. З математичними моделями не слід плутати інформаційні моделі.

Інформаційна модель - це модель, що описує інформаційні процеси або містить інформацію про властивості і стан обєктів, процесів, явищ.

Найпростішими прикладами інформаційних моделей є різні загадки, де описуються властивості, за якими маємо вгадати назву обєкта. До інформаційних моделей можна віднести тексти довідкових видань енциклопедій.

Якщо модель формується таким чином, що її можна обробити на компютері, вона називається компютерною

Компютерна модель - це модель, реалізована за допомогою програмних засобів.

Якщо ж на компютері переглядається текст, мультимедійний диск, відтворюється музика, то це компютерна інформаційна модель. Усі моделі, для обробки яких непотрібен компютер, належать до некомпютерних моделей.

Моделювання - це створення і дослідження моделі.

Людина постійно моделює, оскільки моделі, спрощують обєкти і явища, допомагають людині зрозуміти реальний світ. Більше того, будь-яка наука починається з розробки простих і адекватних моделей. Під час вивчення інформатики нас цікавитимуть моделі, створені за допомогою компютера. Ця галузь діяльності називається компютерним моделюванням.

Величезні можливості мають компютери для розвязування математичних задач. Числовими методами для більшості задач можна отримати лише приблизний результат. Наближені розрахунки на компютерах дозволяють підвищити їхню точність і швидкість. На компютерах можна знаходити не лише, наприклад, значення різних функцій і наближені розвязки рівнянь, а й обчислювати траєкторію руху планет, складати прогнози погоди, дізнаватися дію землетрусів, зміна напрямків морських підводних течій тощо.

З яких етапів складається процес створення компютерної моделі?

Взагалі, моделювання - це творчій процес, і розділити його на будь-які етапи і кроки дуже складно. Моделювання у тому числі компютерне, починається з постановки задачі. Яка складається з опису, мотивації та попереднього аналізу обєкта. Наступний етап - розробка моделі. Який в свою чергу поділяється на: виділення суттєвих факторів, створення алгоритму, вибір програмного забезпечення (ПЗ) та програмування. Останній етап - компютерні експерименти. Це тестування моделі, налагодження моделі, розрахунок моделі при різноманітних вхідних даних.

Етапи моделювання

Процес створення компютерної моделі можна уявити як шлях від постановки задачі, тобто від інформаційної моделі, і до її втілення на компютер. Реалізація моделі на компютері відбувається за допомогою програм.

Програма - це запис, що служить для автоматичного виконання дій, запланованих людиною. Процес створення програм називається програмуванням.

Для розробки компютерної моделі дуже важливим є вибір програмного забезпечення (ПЗ), за допомогою якого буде реалізована модель. Можливі два основних варіантів вибору - це, по-перше, прикладне ПЗ і, по друге, середовище програмування.

Етапи створення компютерної моделі

Припустимо, що як ПЗ було обране середовище програмування, тоді побудова компютерної моделі завершує створенням програми. Якщо ж для побудови моделі обране існуюче прикладне ПЗ, то розвязання приводить до розробки певної компютерної технології.

Компютерна технологія - це послідовність операцій обробки вхідних даних для одержання бажаного результату.