Вопросы оформить в документе ( Word ) , прислать личным сообщением.
Примеры компьютерных моделей различных процессов.
Краткие теоретические и учебно-методические материалы по теме практической работы.
Компьютерное моделирование включает в себя процесс реализации информационной модели на компьютере и исследование с помощью этой модели объекта моделирования — проведение вычислительного эксперимента. С помощью компьютерного моделирования решаются многие научные и производственные задачи.
Информационное моделирование связано с формализацией данных об объекте моделирования (см. “Формализация и моделирование”). Построение информационной модели начинается с определения целей моделирования и анализа объекта моделирования как сложной системы, в которой требуется выделить отражаемые в модели свойства и отношения между ними. Информационные модели различаются по форме представления информации об объекте моделирования. Математические модели используют язык математики для представления объекта моделирования. Отдельной разновидностью математических моделей являются статистические модели — ориентированные на обработку массовых данных (например, опросов населения), в которых имеется элемент случайности. Данные об объекте моделирования, организованные в табличной форме, составляют табличную модель. Графические средства используются для построения графических моделей. Возникший в конце прошлого столетия объектно-ориентированный подход к программированию породил новую парадигму в информационном моделировании: объектно-информационное моделирование. Компьютерные модели, воспроизводящие поведение сложных систем, для описания которых нет однозначного математического аппарата, называются имитационными моделями.
|
|
|
Компьютерное информационное моделирование используется для описания и анализа процессов разнообразной природы. Наибольший опыт в этом отношении имеют физические науки. Компьютерное моделирование помогает решать важные проблемы экологии. Большую роль играет информационное моделирование в экономике и управлении. Важнейшими задачами этой области являются задачи планирования. Средствами компьютерного моделирования ученые пытаются решить даже такую глобальную проблему, как судьбы человеческой цивилизации.
Модель — это представление объектов (предметов, явлений или процессов) реального или вымышленного мира и их свойств.
Как правило, модель обладает не всеми свойствами объекта, а лишь теми, которые нужны для исследования объекта. Например, модель самолета отличается от реального объекта размерами и может отличаться подробностью детализации.
|
|
|
Моделирование — построение моделей предметов, явлений или процессов.
В процессе моделирования модель выступает и как цель, и как средство, и как объект исследований.
Модель нужна, чтобы:
- представить объект, воспроизвести его внешний вид и характерные особенности;
- понять, как устроен конкретный объект, какова его структура, основные свойства, законы развития и взаимодействия с окружающим миром;
- научиться управлять объектом;
- прогнозировать последствия воздействия на объект и т. д.
Исходя из этих целей, результатом моделирования может являться упрощенное подобие реального объекта, воспроизведение предмета в уменьшенном или увеличенном виде, т. е. его макет.
Информационные (нематериальные) модели. Компьютерное моделирование
Информатика имеет дело с реальными и абстрактными объектами. Информация в реальном мире овеществляется в различных физических процессах. Для их изучения и представления с помощью компьютеров используются специальные абстрактные (формализованные) модели, т. е. вместо реальных объектов используются их модели.
Информационная модель — набор величин и (или) изображений, содержащих необходимую информацию об исследуемых объектах или процессах.
|
|
|
Формами представления информационной модели могут быть: любое словесное описание (в том числе описание алгоритма), таблица, рисунок, схема, чертеж, формула, компьютерная программа и т. д.
Примерами привычных для нас информационных моделей могут служить, например, библиотечный каталог, географическая карта, схема метрополитена, автобусных маршрутов, формула какого-либо вещества.
Среди информационных моделей можно выделить:
- математические;
- графические;
- табличные;
- словесные описания.
Важнейшим видом моделирования является математическое моделирование, при котором объект исследуется с помощью модели, сформулированной на языке математики, с использованием математических методов.
Математическая модель — математическое соотношение или система математических соотношений, отражающих существенные свойства объекта.
Создавая математическую модель для решения задачи, нужно:
- выделить предположения, на которых будет основываться математическая модель;
- определить, что является исходными данными и результатами;
- записать математические соотношения, связывающие результаты с исходными данными.
|
|
|
Классический пример математического моделирования — описание и исследование основных законов механики Ньютона.
Например, математическая модель движения шарика, подвешенного на пружине:
ma = –kx,
где a — ускорение, с которым движется шарик.
m — масса шарика.
x — величина деформации пружины.
k — коэффициент упругости пружины.
С помощью математической модели можно описать такой знакомый нам процесс, как тестирование. Записав его математическую модель (соотношения, позволяющие оценить соответствие ответов тестируемого правильным ответам), можно создать компьютерную модель этого процесса для того, чтобы автоматизировать процесс тестирования. (Об этом подробнее — в теме об обработке числовой информации.)
При управлении каким-либо процессом или явлением важно сравнить, какое действие ведет к лучшим результатам, а какое — к худшим, и количественно оценить результат каждого действия. Математические модели, описывающие такие процессы и реализующие их алгоритм, называются оптимизационными.
Например, модель оптимальной раскройки материала при пошиве одежды, при изготовлении мебели и т. д. Экологическая оптимизационная модель, с помощью которой можно определить, при какой численности популяции рыб в водоеме можно разрешать или запрещать ее лов. (Подробнее об этом — в теме об обработке числовой информации.)
К классу оптимизационных задач также относится, например, задача нахождения в K-мерном пространстве точку с минимальным суммарным отклонением от N заданных. Для ее решения можно использовать метод простых итераций: в качестве первого приближения взять точку, координаты которой равны среднему арифметическому координат заданных точек. Приближение заканчивается, когда все координаты точки последнего приближения будут отстоять от координат точки предыдущего приближения меньше чем на величину, обозначающую заданную точность.
Для решения алгебраического уравнения можно использовать метод половинного деления, когда интервал неопределенности делят пополам и проверяют в какой половине находится корень. Эта половина становится новым интервалом неопределенности, а вся процедура повторяется до тех пор, пока не будет достигнута заданная точность расчетов.
Моделирование — важнейший метод научного познания. Использование этого метода позволяет открывать новые свойства объектов, явления и даже законы.
Графическая модель — графическое представление объектов. Примером графической модели может служить чертеж детали, схема какого-либо устройства, план зрительного зала, географическая карта.
На примере разнообразных географических карт (физическая карта, политическая (административное деление), карты климатических зон, почв) можно видеть, что одна и та же форма представления модели позволяет выделить нужные свойства моделируемого объекта и пренебречь другими, которые не рассматриваются при решении конкретной задачи. Например, на физической карте мы можем видеть, где расположены горные массивы, низменности, лесные массивы, на климатической карте нанесены кривые средних зимних и летних температур, на политической карте отмечены территории и границы государств.
Табличная модель — представление свойств объектов и процессов в виде таблицы. Например, процесс сжатия газа в сосуде под поршнем можно представить в виде таблицы изменения величины давления и объема в течение определенного промежутка времени.
Для изучения и представления объектов с помощью компьютерной техники используются специальные абстрактные (формализованные) модели, т. е. вместо реальных объектов в компьютерах применяются их модели.
Компьютерное моделирование — это моделирование объектов, процессов, явлений средствами специальных компьютерных программ: графических редакторов, анимационных редакторов, табличных процессоров, программ для создания баз данных, специальных компьютерных тренажеров-симуляторов, виртуальных лабораторий. На диске есть видеосюжет, демонстрирующий опыт в виртуальной химической лаборатории. Симуляторы (имитаторы) — это программные и аппаратные средства, создающие впечатление действительности, имитирующие управление каким-либо транспортным средством, аппаратом, прибором, воспроизводя часть реальных явлений и свойств в виртуальной среде. В качестве примера симулятора можно привести компьютерные игры-симуляторы, учебные тренажеры для моряков, летчиков, космонавтов, виртуальную модель электронного микроскопа или действующую модель шифровальной машины .
Графические компьютерные программы предоставляют уникальные возможности для создания графических моделей, как двумерных, так и трехмерных (об этом подробнее — в теме, посвященной трехмерному моделированию и проектированию).
Отправной точкой при создании компьютерной модели служит задача из той или иной научной или практической области (физики, химии, биологии, экономики, археологии, архитектуры и т. д.). Для этой задачи строится математическая модель. На следующем этапе выбирается компьютерная программа для реализации этой модели, разрабатывается алгоритм анализа этой модели.
Полученные результаты сравниваются с фактической информацией из соответствующей предметной области. Это сравнение необходимо для определения степени адекватности модели.
Изучая различные программные среды, мы будем рассматривать их возможности для построения моделей различных объектов и процессов, с которыми мы встречаемся в нашей учебной деятельности и повседневной жизни.
Интереснейшая область компьютерного моделирования — моделирование процессов человеческого мышления, распознавания образов, речи, создание систем искусственного интеллекта.
Информационные процессы: поиск, обработка, хранение и передача. Технические средства реализации информационных процессов.
Компьютер как универсальное устройство для автоматизированной обработки информации.
Практическое задание
1. Ответить на вопросы:
1. Что лежит в основе моделирования?
2. Приведите примеры моделей из жизни.
3. Какую роль сыграли компьютеры в развитии процессов моделирования?
4. Поясните происхождения слова модель.
5. Укажите особенности информационных моделей.
6. Что такое структурная информационная модель?
Вопросы оформить в документе ( Word ) , прислать личным сообщением.
2. Модель процесса нагревания тела ( Задание повышенной сложности)
| А | B | C | D | E | F | G | H | … | |
| 1 | 0 | 0 | 45 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 |
| 2 | 0 | гш | 0 | ||||||
| 3 | 0 | 0 | |||||||
| 4 | 0 | 0 | |||||||
| 5 | 0 | 0 | |||||||
| 6 | 0 | 0 | |||||||
| 7 | 0 | 0 | |||||||
| 8 | 0 | 0 | |||||||
| … | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 |
В ячейку В2 вводим формулу =(А2+В1+С2+В3)/4
Протянуть формулу по выделенному квадрату телу)
Тело (выделенный квадрат) выделить и выполнить следующее:
Формат – Условное форматирование
Задаем 3 условия:
- От 20 до 40 градусов – желтый цвет
- От 40 до 80 градусов – оранжевый цвет
- От 80 до 100 градусов – красный цвет
Сервис – Параметры – вычисление
- включить Вручную
- Включить Итерации
- Число итераций 1
Затем меняем температуру (вместо нулей) и нажимаем F 9. Смотрим, как меняется температура тела по каждому шагу.
! *Алгоритм выполнения практического задания может отличаться в зависимости от версии MicrosoftOffice (Excel).
Выполненные задания присылать оформленные в документе (Word,Excel) личным сообщением в вк, подписанные в формате: Фамилия И.О._дата выполнения задания.
Дата добавления: 2020-11-15; просмотров: 65; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!