В процессе исследования окружающего мира реальные объекты заменяются их моделями, имеющими только те свойства, которые интересуют исследователя. Процесс замены моделью физического объекта называется моделированием. Изучением инструментов моделирования занимается дисциплина информатика, отдельные элементы которой рассматриваются в курсе 11 класса.
Также модели бывают информационными, которые описывают объекты с помощью языков моделирования. Информационное моделирование дает возможность описать не только структуру и свойства исследуемого объекта, но и спрогнозировать его поведение.
Процесс реализации информационной модели с помощью специализированного программного обеспечения с применением вычислительных средств, называется компьютерным моделированием.
Компьютерное моделирование применяется для решения самых разнообразных по форме и сложности задач. Например, компьютерные модели применяют при конструировании транспортных средств, для прогнозирования прочности конструкций и механизмов, проектировании производственных процессов.
С развитием технологии 3D печати большую популярность получило объемное моделирование. Трехмерные модели разрабатываются с помощью специального программного обеспечения и могут быть послойно распечатаны на 3D принтере из различных материалов: пластика, бетона, металла.
Особенности информационного моделирования
Концепция информационного моделирования базируется на следующих принципах:
- информационное моделирование заключается в выявлении сущностей — группы объектов схожих по своим свойствам — в исследуемой предметной области;
- сущности состоят из объектов, называемых экземплярами сущностей;
- объекты имеют свои свойства — атрибуты;
- между объектами существуют связи.
Связи между объектами информационной модели определяют структуру данных.
Различают следующие структуры данных:
- линейные;
- нелинейные.
Линейные структуры данных:
- односвязный список – структура, в которой у каждого элемента есть только один предыдущий и последующий элементы, обращение к элементам структуры осуществляется по адресу элемента в списке;
- стек – структура, имеющая по одному предыдущему и последующему элементу и организованная так, что первым извлекается последний присоединенный к структуре элемент;
- очередь – структура, имеющая по одному соседу до и после элемента, извлечение элементов из очереди осуществляется по принципу – первый пришел – первый ушел.
Нелинейные структуры данных:
- граф – многосвязная структура данных, имеющая один и более предков и потомков;
- дерево – частный случай графа, каждый элемент, за исключением корневого, имеет не более одного предка;
- таблица – универсальная форма для отображения структуры данных, которые распределены по однотипным строкам и столбцам.
Графы являются основными структурами, используемыми для описания сложных объектов. Элементы графа, соединяемые линиями, называются вершинами графа. Сами линии называются ребрами, если они не имеют направлений. Если вершины соединяются линиями со стрелками, то их называют дугами, а граф называют ориентированным.
Виды информационных моделей
Информационные модели принято делить на:
- статические;
- динамические.
Основное назначение статических моделей заключается в проведении классификаций при решении задач анализа и диагностики.
Примерами статических моделей является классификация животного мира, известная из курса биологии, или классификация неорганических веществ в химии.
Динамические модели строятся для осуществления прогнозирования и решения задач управления. Примером динамической модели управления можно считать модель автоматизированной системы для управления производством химического волокна. А, например, для прогнозирования численности населения в будущем можно построить модель на основе рядов динамики, содержащих известные данные за прошлые года.
Прогнозирование как предвидение развития ситуации, имеет особое значение для государственного управления. Прогнозы являются источником информации для принятия верных решений. Как правило, составляют социально-экономические, демографические, внешнеэкономические прогнозы, прогнозы о состоянии рабочей силы и трудовых ресурсов, прогнозы в научно-технической и военно-политической сфере.
Что мы узнали?
При изучении окружающей действительности реальные объекты заменяют их моделями. Модели бывают натурными и информационными. В информационной модели объект описывается с помощью языка моделирования. Реализация информационной модели с помощью компьютерных технологий называется компьютерным моделированием. В зависимости от того как построены связи между объектами в информационной модели, различают линейные и нелинейные структуры данных.
