Понятие информационной модели предметной области. Уровни информационного моделирования

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.

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 формальных моделей. 

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.

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

Типы информационных моделей

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.

Табличные информационные модели

Одним из наиболее часто  используемых типов информационных моделей является прямоугольная таблица, которая состоит из столбцов и строк. Такой тип моделей применяется для описания ряда объектов, обладающих одинаковыми наборами свойств. С помощью таблиц могут быть построены как статические, так и динамические информационные модели в различных предметных областях. Широко известно табличное представление математических функций, статистических данных, расписаний поездов и самолетов, уроков и так далее.

Представление объектов и  их свойств в форме таблицы  часто используется в научных исследованиях. Так, на развитие химии и физики решающее влияние оказало создание Д. И. Менделеевым в конце XIX века периодической системы элементов, которая представляет собой табличную информационную модель. В этой модели химические элементы располагаются в ячейках таблицы по возрастанию атомных весов, а в столбцах — по количеству валентных электронов, причем по положению в таблице можно определить некоторые физические и химические свойства элементов.

Табличные информационные модели проще всего строить и исследовать  на компьютере с помощью электронных  таблиц и систем управления базами данных. Визуализируем полученную табличную  модель путем построения диаграммы  в электронных таблицах.

Иерархические и сетевые  модели

Множество окружающих нас  объектов обладает одинаковыми свойствами, которые отличают их от других групп объектов. Группа объектов, обладающих одинаковыми общими свойствами, называется классом объектов. Внутри класса объектов могут быть выделены подклассы, объекты которых обладают какими-то особыми свойствами. В свою очередь подклассы могут делится на более мелкие группы и т.д.

В процессе классификации  объектов часто строят информационные модели, которые имеют иерархическую  структуру.

В иерархической информационной модели объекты распределены по уровням. Каждый элемент более высокого уровня может состоять из элементов нижнего уровня, а элемент нижнего уровня может входить в состав только одного элемента более высокого уровня.

Иерархические информационные модели для наглядного представления удобно изображать в форме графа. 

Сетевые информационные модели применяются для отражения систем со сложной структурой, в которых  связи между элементами имеют  произвольный характер.

Пример, структура глобальной сети Интернет, в которой различные  региональные части связаны между собой высокоскоростными линиями связи. Причем, одни части имеют прямые связи со всеми региональными частями Интернета, а другие могут обмениваться информацией между собой только через американскую часть.

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

Информационные модели отражают различные типы систем объектов, в  которых реализуются различные  структуры взаимодействия и взаимосвязи  между элементами системы. Для отражения  систем с различными структурами используются различные типы информационных моделей: табличные, иерархические и сетевые.

4 Уровни информационного моделирования

Информационное моделирование  используют в следующих уровнях: концептуальном, статическом, динамическом, операционном.

Концептуальный уровень (conceptual perspective) информационного моделирования  состоит в поиске концепций, в  частности, в том, что информационные модели описывают классы или обобщенные сущности предметной области. Часто в этом случае применяют визуальный подход, что находит отражение в применении таких терминов как «взгляд», «точка зрения», «снимок», «облик» и др. Этот этап информационного моделирования предшествует построению информационных моделей и служит основой для концепции их построения, обоснования выбора и последующей реализации модели. Именно на этом этапе выявляют и составляют концептуальное описание объектов, отношений и связей. Этот уровень можно назвать уровнем концептуального построения.

Статический уровень информационного  моделирования состоит в нахождении описаний объектов, компонентов, отношений и связей на основе языка схем (пиктографических символов). По существу это первый этап реализации моделирования.

Динамический уровень информационного  моделирования состоит в нахождении описаний процессов. Это также первый этап реализации моделирования и он дополняет статический этап моделирования. Оба уровня можно назвать уровнями проектирования моделей и процессов моделирования. На этих уровнях информационные модели создаются как основа практического использования.

Операционный уровень информационного  моделирования состоит в практической реализации моделирования с реальными  данными. Именно на нем и осуществляется практическое моделирование. Этот уровень  является уровнем реализации. На нем  используются информационные модели.

Таким образом, информационные модели и информационное моделирование тесно взаимосвязаны и образуют сложную систему, благодаря которой удается решать задачи управления промышленными предприятиями.

 

 

 

 

 

Заключение

В настоящее время в любой области знаний  возникает необходимость накопления и обработки огромного количества различной информации. Умение анализировать и использовать эту информацию для решения поставленных задач является одной из самых важных и необходимых в деятельности управленческих кадров любой организации.

Успех решения той или иной задачи зависит от правильно построенной модели  изучаемого  процесса или явления.

Метод информационного  моделирования широко используется во всех областях человеческой деятельности. Информационное моделирование необходимо для наглядного представления профессиональной деятельности, оптимизации информационного обеспечения решаемых профессиональных задач, рациональной организации или реорганизации технологических процессов.

В результате информационного моделирования  дается ответ на вопрос: “Как система  будет удовлетворять предъявляемым  к ней требованиям?”. Моделирование является обязательным, неизбежным действием во всякой целесообразной деятельности, пронизывает и организует её, представляет собой не часть, а аспект этой деятельности.

Таким образом, информационные модели играют важную роль в жизни современного человека, помогая ему в решении различных задач и в управлении организацией в конкретной предметной области.

 

 

 

 

 

Список использованных источников

1. Поляков А.А., Цветков В.Я. Прикладная информатика: Учебно-электронное пособие: / Под общ.ред. А.Н. Тихонова. В 2-х частях: Часть.1 - М.: МАКС Пресс. 2008 -788 с.

2. http://www.ido.rudn.ru

3. http://cinemamebel.ru

  4. http://www.bgtu-ief.com 

5. http://ивтб.рф

6. http://www.intuit.ru

7. http://www.nbuv.gov.ua