Меню
Главная
Авторизация/Регистрация
 
Главная arrow Информатика arrow Информатика 2015

7. Основные понятия моделирования

В данном разделе рассмотрены основные определения, рассмотрены виды моделей, уровни моделирования, дано представление о имитационном и физическом моделировании.

7.1. Основные понятия и определения

  • - ... бриллиант - это обработанный алмаз.
  • - А алмаз - это что?
  • - Это необработанный бриллиант.

Л,М.Измайлов, В .В. Чубаров

Дать точное вербальное определение сложному термину непросто. Поэтому, как правило, существует несколько определений, подготовленных разными авторами. Часть этих определений содержат неточности, а некоторые - и ошибки. Объясняются неточности не только недостаточными знаниями учёных, но и имеющимися офаничениями естественного языка.

Например, попробуйте описать словами какое-либо дерево, скажем, берёзу. Удастся выразить только её основные свойства (цвет, форму, размеры, возраст...), но многие свойства останутся неописанными (запах, вкус берёзового сока, твёрдость, химический состав, электропроводность, конфигурация веток, число листьев, вес...). Можно попытаться описать все указанные свойства, но описание будет неточным и местами ошибочным. Попытайтесь подсчитать число листьев на дереве. Это потребует большого времени, за которое несколько листьев опадёт или появится несколько новых. Попробуйте взвесить дерево. Точно измерить вес не получится, так как невозможно выкопать всю корневую систему. Во время измерения веса сам объект изменится.

Аналогичные проблемы существуют при формировании моделей. Любая модель (заменитель) не может точно описать исследуемый объект.

Модель — материальный объект либо образ, которые упрощённо отображаю! самые существенные свойства объекта исследования. Под образом понимаются: формула, изображение, словесное описание, схема, граф, чертёж, план, карга, блок-схема алгоритма, ноты и т.п.

Моделирование — метод научного исследования явлений, процессов, объектов, устройств или систем (обобщенно - объектов исследований), основанный на построении и изучении свойств моделей с целью получения новых знаний, совершенствования характеристик объектов исследований или управления ими.

Любая модель всегда отличается от реальною объекта и отображает лишь часть его самых существенных черт, основные элементы и связи. По этой причине для одного объекта исследования существует множество различных моделей. Вид модели зависит от выбранной цели моделирования и мастерства исследователя. Если попросить философа, биолога, психолога, физика и скульптора создать модель человека, то результаты будут, скорее всего, различны.

Исторически первыми моделями, которые замещали реальные объекты, вероятно, были языковые знаки. Они возникли в ходе развития человечества и постепенно превратились в разговорный язык.

Возможно, что первыми моделями на нашей планете были жесты наших предков. Однако документальных подтверждений этому факту нет.

Первые документально зарегистрированные наскальные рисунки (петроглифы) были графическими моделями, которые изображали картины быта, животных и эпизоды охоты. Возраст этих рисунков оценивается величиной 200 тысяч лет.

Следующим этапом развития моделирования можно считать возникновение числовых знаков. Сведения о результатах счета первоначально сохранялись в виде зарубок. Постепенное совершенствование этого метода привело к возникновению цифр как системы знаков. Можно предположить, что именно зарубки были прототипом римских цифр.

Известный математик, религиозный и философский деятель Пифагор Самосский (VI век до н.э.) предполагал, что число является основой всего существующего. Пифагор считал, что числовые соотношения являются источником гармонии космоса.

Значительное развитие моделирование получило в Древней Греции. В V-III вв. до н. э. В Греции была создана геометрическая модель Солнечной системы.

Греческий врач Гиппократ для изучения строения человеческого глаза воспользовался его физической моделью — глазом быка.

Потребность в создании и использовании моделей связана с тем, что экспериментально исследовать многие реальные явления и объекты сложно или дорого, а норой вовсе невозможно. Например, безумно экспериментально изучать, к чему приведет мировая термоядерная война. Опасны эксперименты с реальными реакторами на атомных электростанциях. Неразумны опыты с радиоаппаратурой при предельных значениях напряжения питания и окружающей температуры.

Приведем один из ярких примеров моделирования.

В Вычислительном центре Академии наук под руководством академика II.Н. Моисеева была разработана математическая модель возможных последствий ядерной войны на планете Земля. Расчеты показали, что людей погубит не только ударная волна, световое и радиационное излучение, но и холод, «ядернан зима». В результате подъема в атмосферу огромных облаков сажи и пепла, будут блокироваться солнечные лучи, и температура на Земле резко понизится.

При изучении сложных явлений, процессов, объектов не удается учесть полную совокупность всех элементов и связей. По этой причине модель всегда проще исследуемого объекта.

При создании модели нет необходимости учитывать все элементы и связи, существующие в объекте исследования. Нужно лишь выделить наиболее характерные составляющие, которые в наибольшей степени определяют основные свойства объекта исследования. В результате объект исследования заменяется некоторым упрощенным подобием, но обладающим главными свойствами, аналогичными свойствам объекта исследования.

Появившийся вследствие проведенной подмены новый объект (или абстракция) принято называть моделью объекта исследования.

Приведём несколько примеров моделей.

Карта — это графическая модель местности или звездного неба. На карте соблюдается принцип подобия: сохраняется форма контуров материков, водоемов, лесных массивов, рек, созвездий, улиц, площадей, относительное расположение объектов, относительные расстояния между объектами, угловое расстояние между звездами, соотношения между их светимостью и т. д.

Манекен — модель человека, которая отражает его внешние черты. Манекен подобен человеку, сохраняет его пропорции, цвет кожи и волос. Манекен, как заместитель человека (модель), используется, например, при исследовании надежности автомобильного транспорта (краш тесты). Последствия автомобильных аварий изучаются с помощью манекена. Восковые фигуры дают первое представление об известных людях. В Японии резиновые фигуры начальников используются для психологической раз- фузки подчинённых.

Существуют макеты автомобилей, пароходов, военной техники, железных дорог, архитектурных сооружений и т. и. Макеты микрорайонов позволяют архитекторам исследовать характер изменения освещенности домов в течение солнечного дня.

При моделировании работы одной ЭВМ с помощью ЭВМ иной конструкции используют понятия имитатор, симулятор и эмулятор. Под этими терминами понимаются профаммы или устройства, имитирующие работу других ЭВМ. Например, существуют эмуляторы однокристальной ЭВМ К1816ВЕ35, бытовых компьютеров БК-0010, Spectrum ZX, игровых приставок. Они позволяют моделировать их работу на компьютерах фирмы IBM.

Разработано много компьютерных симуляторов спортивных Hip (футбол, баскетбол, регби, гольф, бильярд, теннис, шашки, шахматы, хоккей, велоспорт, боулинг, биатлон, легкая атлетика, бокс...). Известны симуляторы полетов на космических кораблях (космические симуляторы), самолетах и вертолетах, гонок на автомобилях, шр на фондовой бирже, боевых сражений, подводною плавания. Эти симуляторы иногда называют имитаторами.

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ ОРИГИНАЛ   След >
 

Популярные страницы