Информационная модель объекта

Изменим цель и попробуем определить, какими характеристиками должна обладать собака, пригодная для службы в пограничных  войсках? При составлении информационной модели в данном случае вы будете отбирать информацию уже об иных свойствах  объекта “собака”. Наиболее важными  качествами служебной собаки являются: нюх, выносливость, способность к  дрессировке, быстрота бега.

Выделим главное! При построении информационной модели сначала следует задаться целью, а затем отобрать необходимую информацию.

Информационная  модель – целенаправленно отобранная информация об объекте, которая отражает наиболее существенные для исследователя  свойства этого объекта.

Формы представления информационных моделей могут быть различными, например:

• В виде жестов или сигналов;
• Устная, словесная;
• Символьная (текст, числа, специальные символы);
• Графическая;
• Табличная.

Виды  классификации моделей

Для моделей можно составить различные  виды классификаций в зависимости  от выбранного основания. Таким основанием служат один или несколько признаков, общих для некоторых групп  моделей. Рассмотрим несколько наиболее распространенных видов классификации, определяемых следующими признаками:

• областью использования;
• учетом в модели временного фактора (динамики);
• отраслью знаний;
• способом представления моделей.

Если  рассматривать модели с позиции “для чего”, “с какой целью” используются, то можно применить классификацию, изображённую на рисунке.

Учебные модели используются при обучении. Это могут быть наглядные пособия, различные тренажеры, обучающие программы.

Опытные модели – это уменьшенные или увеличенные копии проектируемого объекта. Они используются для исследования объекта прогнозирования его будущих характеристик. Например, модель корабля исследуется в бассейне для изучения устойчивости судна при качке, модель автомобиля “продувается” в аэродинамической трубе с целью исследования обтекаемости кузова, модель сооружения используется для привязки здания к конкретной местности, модель гидросооружений (водохранилищ, гидростанций) помогает на стадии их разработки решить разнообразные технические, экологические и другие проблемы.

Научно-технические модели создаются для исследования процессов и явлений. К таким моделям можно отнести и синхротрон – ускоритель электронов, и прибор для получения грозового электрического разряда, и стенд для проверки телевизоров.

Игровые модели – это военные, экономические, спортивные, деловые игры. Эти модели как бы репетируют поведение объекта в различных ситуациях, проигрывая их с учетом возможной реакции со стороны конкурента, союзника или противника. С помощью игровых моделей можно оказывать психологическую помощь больным, разрешать конфликтные ситуации.

Имитационные модели не просто отражают реальность с той или иной степенью точности, а имитируют ее. Эксперименты с моделью проводятся при разных исходных данных. По результатам исследования делаются выводы. Такой метод подбора правильного решения получил название метода проб и ошибок. Например, для выявления побочных действий лекарственных препаратов их испытывают в серии опытов на животных.

Другим примером имитационного  моделирования может служить  экспериментальная деятельность в  школах. Предположим, в обучение хотят  ввести новый предмет “Основы  вождения”. Для эксперимента отбирается ряд школ. Где-то учат водить школьный грузовик, где-то – собранный учащимися  легковой автомобиль, а в некоторых  школах все сводится к изучению правил дорожного движения (моделирование  с различными входными данными). Последующая  проверка и анализ результатов по внедрению нового предмета в множестве  школ помогает сделать вывод о  целесообразности обучения этой дисциплине во всех школах страны.

Статическая модель – это единовременный срез информации по данному объекту. Например, обследование учащихся в стоматологической поликлинике дает состояние их зубов на данный момент времени: соотношение молочных и постоянных, наличие пломб, дефектов и т. п.

Динамическая модель представляет картину изменения объекта во времени. В примере с поликлиникой медицинскую карту ученика, отражающую изменение состояния его зубов в течение многих лет, можно считать динамической моделью.

При строительстве дома рассчитывают прочность его фундамента, стен, балок и устойчивость их к постоянной нагрузке. Это статическая модель здания. Но надо также обеспечить противодействие  ветрам, движению грунтовых вод, сейсмическим колебаниям и другим изменяющимся во времени факторам. Эти вопросы  можно решить; с помощью динамических моделей.

Как видно из примеров, один и тот же объект можно охарактеризовать и статической, и динамической моделью.

Можно классифицировать модели и по тому, “к какой отрасли” знаний или деятельности человека они относятся (биологические, социологические, экономические, исторические и т. п.) и по множеству других факторов.

Информационные модели делятся на описательные и формальные.

     Описательные информационные модели - это модели, созданные на естественном языке (т.е. на любом языке общения между людьми: английском, русском, китайском, мальтийском и т.п.) в устной или письменной форме.

     Формальные информационные модели - это модели, созданные на формальном языке (т.е. научном, профессиональном или специализированном). Примеры формальных моделей: все виды формул, таблицы, графы, карты, схемы и т.д.

     Хроматические (информационные) модели - это модели, созданные на естественном языке семантики цветовых концептов и их онтологических предикатов (т.е. на языке смыслов и значений цветовых канонов, репрезентативно воспроизводившихся в мировой культуре). Примеры хроматических моделей: "атомарная" модель интеллекта (АМИ), межконфессиональная имманентность религий (МИР), модель аксиолого-социальной семантики (МАСС) и др., созданные на базе теории и методологии хроматизма.

Натурные модели

 

Отличительной чертой этих моделей  является их подобие реальным системам (они материальны), а отличие состоит  в размерах, числе и материале  элементов и т. п. По принадлежности к предметной области модели подразделяют на следующие: 

Физические модели. Это — реальные изделия, образцы, экспериментальные и натурные модели, когда между параметрами системы и модели одинаковой физической природы существует однозначное соответствие. Выбор размеров таких моделей ведется с соблюдением теории подобия. Физические модели подразделяются на объемные (модели и макеты) и плоские (тремплеты):

В данном случае под (физической) моделью понимают изделие или устройство, являющееся упрощенным подобием исследуемого объекта или позволяющее воссоздать исследуемый процесс или явление. Например, предметные модели, как уменьшенная копия оригинала (глобус как модель Земли, игрушечный самолёт с учётом его аэродинамики);

Под тремплетом понимают изделие, являющееся плоским масштабным отображением объекта в виде упрощенной ортогональной проекции или его контурным очертанием. Тремплетеотанарные вырезают из пленки, картона и т. п. и применяют при исследовании и проектировании зданий, установок, сооружений;

Под макетом понимают изделие, собранное из моделей и/или тремплетов.

Физическое моделирование — основа наших знаний и средство проверки наших гипотез и результатов расчетов. Физическая модель позволяет охватить явление или процесс во всём их многообразии, наиболее адекватна и точна, но достаточно дорога, трудоемка и менее универсальна. В том или ином виде с физическими моделями работают на всех этапах проектирования.

Классификация моделей по временному фактору:

     Статическая модель — это как бы одномоментный срез информации по объекту. Например, обследование учащихся в стоматологической поликлинике дает картину состояния их ротовой полости на данный момент времени: число молочных и постоянных зубов, пломб, дефектов и т.п.

Динамическая модель позволяет  увидеть изменения объекта во времени. В примере с поликлиникой карточку школьника, отражающую изменения, происходящие с его зубами за многие годы, можно считать динамической моделью.

     При строительстве дома рассчитывают прочность и устойчивость к постоянной нагрузке его фундамента, стен, балок — это статическая модель здания. Но еще надо обеспечить противодействие ветрам, движению грунтовых вод, сейсмическим колебаниям и другим изменяющимся во времени факторам. Это можно решить с помощью динамических моделей.

Предметные и информационные модели:

     Все модели можно разбить на два больших класса: модели предметные (материальные) и модели информационные; модели — предметные и информационные.

     Предметные модели воспроизводят геометрические, физические и другие свойства объектов в материальной форме (глобус, анатомические муляжи, модели кристаллических решеток, макеты зданий и сооружений и др.).

     Информационные модели представляют объекты и процессы в образной или знаковой форме.

     Образные модели (рисунки, фотографии и др.) представляют собой зрительные образы объектов, зафиксированные на каком-либо носителе информации (бумаге, фото- и кинопленке и др.). Широко используются образные информационные модели в образовании (учебные плакаты по различным предметам) и науках, где требуется классификация объектов по их внешним признакам (в ботанике, биологии, палеонтологии и др.).

Знаковые информационные модели строятся с использованием различных языков (знаковых систем). Знаковая информационная модель может быть представлена в  форме текста (например, программы  на языке программирования), формулы (например, второго закона Ньютона F = ma), таблицы (например, периодической таблицы элементов Д. И. Менделеева) и так далее.

     Иногда при построении знаковых информационных моделей используются одновременно несколько различных языков. Примерами таких моделей могут служить географические карты, графики, диаграммы и пр. Во всех этих моделях используются одновременно как язык графических элементов, так и символьный язык.

Формализация.

    

На протяжении своей истории  человечество использовало различные  способы и инструменты для  создания информационных моделей. Так, первые информационные модели создавались  в форме наскальных рисунков, в  настоящее же время информационные модели обычно строятся и исследуются  с использованием современных компьютерных технологий.

 

Формализация модели

 

Процесс построения информационных моделей  с помощью формальных языков называется формализацией.

     Естественные языки используются для создания описательных информационных моделей. В истории науки известны многочисленные описательные информационные модели. Например, гелиоцентрическая модель мира, которую предложил Коперник, формулировалась следующим образом:

     Земля вращается вокруг своей оси и вокруг Солнца; орбиты всех планет проходят вокруг Солнца.

     С помощью формальных языков строятся формальные информационные модели (математические, логические и др.). Одним из наиболее широко используемых формальных языков является математика. Модели, построенные с использованием математических понятий и формул, называются математическими моделями. Язык математики является совокупностью формальных языков.

     Язык алгебры позволяет формализовать функциональные зависимости между величинами. Так, Ньютон формализовал гелиоцентрическую систему мира, открыв законы механики и закон всемирного тяготения и записав их в виде алгебраических функциональных зависимостей. В школьном курсе физики рассматривается много разнообразных функциональных зависимостей, выраженных на языке алгебры, которые представляют собой математические модели изучаемых явлений или процессов.

запись закона всемирного тяготения- матем. запись закона всемирного тяготения

     Язык алгебры логики (алгебры высказываний) позволяет строить формальные логические модели. С помощью алгебры высказываний можно формализовать (записать в виде логических выражений) простые и сложные высказывания, выраженные на естественном языке. Построение логических моделей позволяет решать логические задачи, строить логические модели устройств компьютера (сумматора, триггера) и так далее.

     В процессе познания окружающего мира человечество постоянно использует моделирование и формализацию. При изучении нового объекта сначала обычно строится его описательная информационная модель на естественном языке, затем она формализуется, то есть выражается с использованием формальных языков (математики, логики и др.).

 

Визуализация модели

 

В процессе исследования формальных моделей часто производится их визуализация. Для визуализации алгоритмов используются блок-схемы: пространственных соотношений  между объектами — чертежи, моделей  электрических цепей — электрические  схемы, логических моделей устройств  — логические схемы и так далее.

     Так при визуализации формальных физических моделей с помощью анимации может отображаться динамика процесса, производиться построение графиков изменения физических величин и так далее. Визуальные модели обычно являются интерактивными, то есть исследователь может менять начальные условия и параметры протекания процессов и наблюдать изменения в поведении модели.