Helyezze a számítógépes modellezés szakaszait a megfelelő sorrendbe! A modellezési folyamat felépítése és főbb szakaszai

A modellezés kreatív folyamat. Nagyon nehéz formális keretek közé helyezni. A legáltalánosabb formában lépésről lépésre a következő formában mutatható be.

I. szakasz. A probléma megfogalmazása

Minden egyes alkalommal, amikor egy adott probléma megoldódik, egy ilyen séma bizonyos változásokon megy keresztül: egyes blokkok eltávolíthatók vagy javíthatók. Minden szakaszt a feladat és a modellezési célok határoznak meg.

A legáltalánosabb értelemben a feladat olyan probléma, amelyet meg kell oldani. A lényeg az, hogy meghatározzuk a modellező objektumot, és megértsük, mi legyen az eredmény.

A megfogalmazás jellege alapján minden probléma két fő csoportra osztható. Az első csoportba azok a feladatok tartoznak, amelyekben meg kell vizsgálni, hogyan változnak egy objektum jellemzői az arra gyakorolt ​​​​hatás hatására. A probléma ilyen megfogalmazását szokták úgy hívni, hogy „mi lesz, ha...”. A feladatok második csoportja a következő általánosított megfogalmazással rendelkezik: milyen hatást kell gyakorolni az objektumra. hogy a paraméterei megfeleljenek valamilyen adott feltételnek? A probléma ezt a megfogalmazását gyakran úgy hívják, hogy „hogyan kell csinálni, hogy...”.

A szimuláció céljait a modell tervezési paraméterei határozzák meg. Leggyakrabban ez a probléma megfogalmazásában feltett kérdésre való válaszkeresés. Ezután áttérnek az objektum vagy folyamat leírására. Ebben a szakaszban azonosítják azokat a tényezőket, amelyektől a modell viselkedése függ. Táblázatokban történő modellezésnél csak azok a paraméterek vehetők figyelembe, amelyeknek kvantitatív jellemzői vannak. Előfordul, hogy a probléma már leegyszerűsített formában is megfogalmazható, és egyértelműen meghatározza a célokat és meghatározza azokat a modellparamétereket, amelyeket figyelembe kell venni.

Egy objektum elemzésekor a következő kérdésre kell válaszolni: a vizsgált tárgy, folyamat tekinthető-e egységes egésznek, vagy egyszerűbb objektumokból álló rendszerről van szó? Ha egységes egészről van szó, akkor továbbléphetünk az információs modell felépítésére, ha pedig rendszerről van szó, akkor tovább kell térni az azt alkotó objektumok elemzésére és a köztük lévő kapcsolatok meghatározására.

A modellezés fő céljai:

Ismerje meg egy adott objektum működését, szerkezetét, tulajdonságait, fejlődési törvényeit.

Tanuljon meg egy tárgyat adott körülmények között irányítani.

Megjósolni egy adott tárgyra gyakorolt ​​hatás következményeit.

szakasz II. Modellfejlesztés

Az objektumelemzés eredményei alapján információs modellt állítanak össze. Részletesen leírja egy objektum összes tulajdonságát, paramétereit, műveleteit és kapcsolatait.

Ezután az információs modellt a szimbolikus formák egyikében kell kifejezni. Tekintettel arra, hogy táblázatkezelő környezetben fogunk dolgozni, az információs modellt matematikaivá kell konvertálni. Információk és matematikai modellek alapján egy számítógépes modellt állítanak össze táblázatok formájában, amelyben három adatterületet különböztetnek meg: kiindulási adatok, közbenső számítások, eredmények. A forrásadatok bevitele manuálisan történik. A köztes és végleges számításokat a táblázatok szabályai szerint írt képletekkel végezzük.

szakasz III. Számítógépes kísérlet

Ahhoz, hogy életet adjunk az új tervezési fejlesztéseknek, új műszaki megoldásokat vigyünk be a gyártásba, vagy új ötleteket teszteljünk, kísérletre van szükség. A közelmúltban egy ilyen kísérletet akár laboratóriumi körülmények között, speciálisan erre kialakított létesítményeken, akár in situ, pl. a termék valódi mintáján, mindenféle vizsgálatnak alávetve. Ez nagy anyagköltséget és időt igényel. A modellek számítógépes tanulmányozása segített. Számítógépes kísérlet során a modellek helyességét ellenőrzik. A modell viselkedését különféle objektumparaméterek mellett tanulmányozzuk. Minden kísérlethez az eredmények megértése társul. Ha a számítógépes kísérlet eredményei ellentmondanak a megoldandó probléma jelentésének, akkor a hibát egy rosszul megválasztott modellben vagy a megoldási algoritmusban és módszerben kell keresni. A hibák azonosítása és kiküszöbölése után a számítógépes kísérlet megismétlődik.

szakasz IV. Szimulációs eredmények elemzése.

A modellezés utolsó szakasza a modellelemzés. A kapott számítási adatok alapján ellenőrizzük, hogy a számítások mennyire felelnek meg megértési és modellezési céljainknak. Ebben a szakaszban ajánlásokat határoznak meg az elfogadott modell és lehetőség szerint az objektum vagy folyamat javítására.

A rendszer (szimulációs) modellezés születését prof. Massachusetts Institute of Technology (USA) J. Forresternek, aki először alkalmazta ezt a módszert egy vállalat termelésének és gazdasági tevékenységének modellezésére. A rendszerdinamikai módszer a 70-es évek elején vált a legnagyobb népszerűségre, miután J. Forrester és D. Meadows munkái megjelentek a globális modellezésről a „World-2” és a „World-3” globális fejlesztési projektekben. A matematikai modellek felépítésének megközelítése, valamint a rendszerdinamikai ötletek alkalmazhatósága az ökológiai, közgazdasági és demográfiai problémák széles körének megoldására hozzájárult a szimulációs modellezés széles körű elterjedéséhez a különböző tudásterületeken.

Szimulációs rendszer a vizsgált jelenséget szimuláló modellek sorozata, kombinálva adatbázisokkal, a kapott eredmények megjelenítésének és elemzésének képességével a döntéshozatalhoz.

A rendszermodellezés egyik hazai megalapítója, akadémikus N.N. Moiseev megjegyezte, hogy a szimuláció a rendszerelemzés egyik legfontosabb eszközévé vált. Az utánzás sikeres példája a matematika és a szakember (szakértő) tudásának egy adott tárgykörben való ötvözésének. A rendszermodellezés egyik fő területe a gépkísérletek tervezésének képessége a hozzárendelt problémák megoldására. Ebből a célból olyan modelleket készítenek, amelyek utánozzák a valóságot.

A rendszerdinamika szimulációs modellezése több szakaszból áll:

A modellezés céljainak és célkitűzéseinek megfogalmazása;

A modell fogalmi diagramjának elkészítése;

A modell formalizálása;

Szoftver implementáció;

Modellparaméterek azonosítása;

Modellellenőrzés;

Előrejelzés és döntéshozatal.

A modellépítés rendszerint iteratív jellegű, aktív interakciót foglal magában a tantárgyspecialisták (biológusok, ökológusok, geográfusok stb.) és a matematikusok („modellezők”) között a modellépítés különböző szakaszaiban. Nézzük meg részletesebben a modell létrehozásának szakaszait.

A modellezés céljainak és célkitűzéseinek megfogalmazása

Minden modellezés a probléma megfogalmazásával kezdődik, meghatározva a vizsgálat általános célját. Ezután a vizsgálat általános céljától továbblépnek a modellezési folyamat során megválaszolandó kérdések listájára. Egy természeti jelenség (objektum) leírására különféle modellek használhatók (több modellezési lehetőség). Nem szabad megfeledkezni arról, hogy az egyes modellek csak közelítései, változó pontossággal vagy részletességgel a kérdéses természeti objektumnak, és ebben a tekintetben a modellezési lehetőségek korlátozottak. A kutató feladata, hogy minden konkrét esetben a legjobb modellt válassza ki, és tudja értelmezni a kapott eredményeket.

Ennek a szakasznak az egyik fontos pontja a modellezett tárggyal kapcsolatos elméleti elképzelések értelmes elemzése, a meglévő tapasztalatok (beleértve a negatívat is) az analóg vagy hasonló modellek megalkotása során.

A modellezés sikerét az elméleti tanulmányok mellett nagymértékben meghatározza a szimulációs modellek információs támogatásának lehetőségei, hiszen a modell felépítéséhez szükséges adatok hiánya minden megalkotására irányuló erőfeszítést megcáfolhat. A földrajzi modellezéshez olyan részletes információkra van szükség, amelyek lehetőség szerint figyelembe veszik a terület tájszerkezetének változatosságát.

Koncepcionális modelldiagram készítése

A koncepcionális modelldiagram felépítése a következőket tartalmazza:

a) a modell felépítésének leírása;

b) a modell fő változóinak azonosítása;

c) a modellezett rendszer határainak meghatározása;

d) az előrejelzési intervallum és a modellezési lépés meghatározása;

e) a szimuláció pontosságának meghatározása.

A modellstruktúra leírása a modellezett rendszer összes elemének (blokkjának) és a köztük lévő kapcsolatoknak a felsorolásából áll. Grafikusan a modellt a következőképpen mutatjuk be grafikon vagy folyamatábra.

A modell fő változóinak azonosítása közvetlenül kapcsolódik a modellezett rendszer határainak meghatározásához. Így a modell belső (endogén) és külső (ökogén) változókat különböztet meg a rendszer kiválasztott határaitól függően. A határokon belül a rendszer zártnak tekinthető. A rendszer zártsága relatív fogalom, amelyet a megoldandó probléma konkrét megfogalmazása határoz meg. A modell változói között kapcsolatok (anyag, energia és információ) jönnek létre.

A modellezésnek ez a szakasza talán a legnépszerűbb a geográfusok és ökológusok körében. Néha ezt a fajta modellezést fogalmi egyensúlyi modell felépítésének nevezik.

A grafikus modellek strukturálásának lehetővé kell tennie előjel (algoritmikus) modell felépítését. Ebben a szakaszban válik különösen fontossá a „tantárgy specialista” és a „modelltervező” közötti interakció.

A szimuláció lépését a szimulációs intervallum határozza meg. Ha a modellezési intervallum több tíz év, akkor a lépést 1 évre állítjuk, ha szezonális előrejelzést készítünk, akkor a modellezési lépést 1 napra állítjuk. Úgy gondoljuk, hogy a lépésen belül a modellezett paraméter állandó marad.

A modell formalizálása

A modell formalizálása a modellváltozók közötti analitikai függőségek meghatározásából áll. Bármely modell általában az anyag és az energia megmaradásának törvényén alapul, amelyet egyensúlyegyenletek formájában írnak fel, és az egyensúlyi egyenletek mind algebrai, mind differenciálegyenletek formájában bemutathatók, beleértve a részleges differenciálegyenleteket is. egyenletek. A mérlegegyenletrendszert számos empirikus függőség egészíti ki, általában algebrai formában. Az egyenletrendszert ismert matematikai módszerekkel oldjuk meg.

Az óra céljai:

• Nevelési:
  • ismeretek frissítése a főbb modelltípusokról;
  • tanulmányozza a modellezés szakaszait;
  • fejleszteni kell a tudás átadásának képességét egy új helyzetbe.
  • megszilárdítani a megszerzett ismereteket a gyakorlatban.
• Fejlődési:
  • a logikus gondolkodás fejlesztése, valamint a fő dolog kiemelésének, összehasonlításának, elemzésének, általánosításának képessége.
• Nevelési:
  • fejleszteni kell az akaratot és a kitartást a végső eredmények elérése érdekében.

Az óra típusa:új anyagok tanulása.

Tanítási módok: előadás, magyarázó és szemléltető (prezentáció), frontális felmérés, gyakorlati munka, teszt

Munkaformák: csoportmunka, egyéni munka.

Az oktatás eszközei: didaktikai anyag, bemutató képernyő, szóróanyagok.

AZ ÓRÁK ALATT

I. Szervezési mozzanat

Felkészülés a tanórára: köszöntés, tanulók munkakészültségének ellenőrzése.

II. Felkészülés az aktív tevékenységekre az óra fő szakaszában

Az óra munkatervének kihirdetése.

Referencia ismeretek frissítése

A tanulók tesztkérdésekre válaszolnak a „Modelltípusok” témában

1. Határozza meg, hogy a felsorolt ​​modellek közül melyek lényegesek, és melyek tájékoztató jellegűek. Kérjük, csak az anyag típusszámát tüntesse fel.

A) Színházi produkció dekorációjának modellje.
B) Színházi előadás jelmezvázlatai.
B) Földrajzi atlasz.
D) Vízmolekula térfogati modellje.
E) Egy kémiai reakció egyenlete, például: CO 2 + 2NaOH = Na 2 CO 2 3 + H 2 O.
E) Emberi csontváz modellje.
G) Képlet egy h oldalú négyzet területének meghatározására: S = h 2 .
H) Vonatok menetrendje.
I) Játék gőzmozdony.
K) Metró térkép.
K) A könyv tartalomjegyzéke.

2. Az első oszlopban lévő minden modellnél határozza meg, hogy milyen típusról van szó (második oszlop):

3. Határozza meg, hogy az eredeti objektum melyik aspektusát modellezi a megadott példák.

4. Az alábbi modellek közül melyik dinamikus?

A) A terület térképe.
B) Barátságos rajzfilm.
C) Olyan program, amely szimulálja a tárcsamutatók mozgását a képernyőn.
D) Esszéterv.
D) A levegő hőmérséklet változásának grafikonja a nap folyamán.

5. Az alábbi modellek közül melyik formalizált?

A) Algoritmus folyamatábra.
B) Főzési recept.
C) Egy irodalmi szereplő megjelenésének leírása.
D) A termék összeállítási rajza.
D) Könyvnyomtatvány a könyvtárban.

6. Az alábbi modellek közül melyik a valószínűségi?

A) Időjárás előrejelzés.
B) Beszámoló a vállalkozás tevékenységéről.
B) A készülék működési diagramja.
D) Tudományos hipotézis.
D) A könyv tartalomjegyzéke.
E) A győzelem napjának szentelt rendezvények terve.

7. Helyesen van-e definiálva az alábbi modell típusa: „A napi léghőmérséklet várható változásának grafikonja ennek az időjárási mutatónak a viselkedésének dinamikus formalizált modellje, amely rövid távú előrejelzésre szolgál”?

A) Igen.
B) Nem.

8. Melyik állítás igaz?

A) A kémiai reakció képlete információs modell.
B) A könyv tartalomjegyzéke a tartalom rögzítő valószínűségi nem formalizált modellje.
C) Az ideális gáz a fizikában egy képzeletbeli modell, amely egy valós gáz viselkedését szimulálja.
D) Háztervezés - grafikus referencia valószínűségi modell, amely leírja az objektum megjelenését.

9. Minden modell esetében határozza meg a típusát a modellező objektum kezelésében betöltött szerepének megfelelően.

Tanulói válaszlap a „Modelltípusok” teszthez

Vezetéknév, keresztnév, osztály__________________________________________________

Forrás:Beshenkov S.A., Rakitina E.A. Tipikus modellezési problémák megoldása. //Informatika az iskolában: Az Informatika és Oktatás című folyóirat melléklete, 1–2005. M.: Oktatás és Informatika, 2005. – 96 p.: ill.

IV. Új anyagok tanulása

A tanár megnyitó beszéde: „Továbbra is dolgozunk a „Modellek és szimuláció” témán. Ma áttekintjük a modellezés főbb szakaszait.”
Új anyag tanulmányozása a témában: „A modellezés fő szakaszai”, prezentáció segítségével ( 1. számú melléklet ).

I. szakasz. A probléma megfogalmazása

A probléma megfogalmazási szakaszát három fő pont jellemzi: a probléma leírása, a modellezési célok meghatározása.

A feladat leírása

Egy probléma leírásakor természetes nyelvek és képek felhasználásával leíró modell jön létre. Leíró modell segítségével a problémafeltételek felhasználásával alapvető feltételezéseket fogalmazhat meg.
A megfogalmazás jellege alapján minden probléma két fő csoportra osztható.
NAK NEK első csoport olyan feladatokat is beilleszthetünk, amelyekben meg kell vizsgálni, hogyan változnak meg egy objektum jellemzői valamilyen hatás hatására: „mi lesz, ha?...”. . Például édes lesz, ha két teáskanál cukrot teszel a teába?
Második csoport A probléma megfogalmazása a következő: milyen hatást kell gyakorolni az objektumra, hogy annak paraméterei megfeleljenek egy adott feltételnek? A probléma ezt a megfogalmazását gyakran úgy hívják, hogy „hogyan csináljuk úgy, hogy...”. Például mekkora térfogatúnak kell lennie egy héliummal töltött léggömbnek, hogy 100 kg-os terheléssel felfelé tudjon emelkedni?
Harmadik csoport Ezek összetett feladatok. Egy ilyen integrált megközelítésre példa az adott koncentrációjú kémiai oldat előállításának problémájának megoldása:

Jól feltett probléma az, amelyben:

• a kezdeti adatok és az eredmény közötti összes kapcsolat leírása;
• minden kiindulási adat ismert;
• megoldás létezik;
• a problémának csak egy megoldása van.

A modellezés célja

A modellezés céljának meghatározása lehetővé teszi, hogy egyértelműen megállapítható legyen, mely bemeneti adatok fontosak, melyek nem fontosak, és mit kell kimenetként megszerezni.

A feladat formalizálása

Bármely probléma számítógép segítségével történő megoldásához szigorú, formalizált nyelven kell bemutatni, például az algebrai képletek, egyenletek vagy egyenlőtlenségek matematikai nyelvén. Ezenkívül a célnak megfelelően ki kell választani azokat a paramétereket, amelyek ismertek (kiindulási adatok) és amelyeket meg kell találni (eredmények), figyelembe véve ezen tulajdonságok megengedett értékére vonatkozó korlátozásokat.
Nem mindig lehet azonban olyan képleteket találni, amelyek a kiindulási adatokon keresztül fejezik ki az eredményt. Ilyenkor közelítő matematikai módszereket alkalmaznak az eredmény adott pontosságú eléréséhez.

szakasz II. Modellfejlesztés

A probléma információs modellje lehetővé teszi, hogy döntést hozzon a szoftverkörnyezet kiválasztásáról, és egyértelműen bemutassa a számítógépes modell felépítésének algoritmusát.

Információs modell

1. Válassza ki az információs modell típusát;
2. Határozza meg az eredeti lényeges tulajdonságait, amelyeket bele kell foglalni a modellbe, dobja ki
   lényegtelen (ehhez a feladathoz);
3. A formalizált modell felépítése egy formális nyelven (matematika, logika stb.) írt modell, amely csak az eredeti lényeges tulajdonságait tükrözi;
4. Dolgozzon ki egy algoritmust a modellhez. Az algoritmus a műveletek világosan meghatározott sorrendje, amelyet egy probléma megoldásához végre kell hajtani.

Számítógépes modell

A számítógépes modell egy szoftverkörnyezet segítségével megvalósított modell.
A következő lépés az információs modell számítógépes modellé történő átalakítása, azaz. számítógéppel olvasható nyelven fejezze ki. Számítógép-modellek készítésének számos módja van, többek között:
– számítógépes modell létrehozása projekt formájában valamelyik programozási nyelven;
– számítógépes modell felépítése táblázatok, számítógépes rajzrendszerek vagy egyéb alkalmazások segítségével. A szoftverkörnyezet megválasztása határozza meg a számítógépes modell felépítésének algoritmusát, valamint a megjelenítési formát.

szakasz III. Számítógépes kísérlet

Kísérlet a modell tanulmányozása a számunkra érdekes körülmények között.
A számítógépes kísérlet első pontja a számítógépes modell tesztelése.
Tesztelés egy modell tesztje egyszerű kezdeti adatokon ismert eredménnyel.
A modellalkotási algoritmus helyességének ellenőrzésére a kezdeti adatokból álló tesztkészletet használjuk, amelynek végeredménye előre ismert.
Például, ha számítási képleteket használ a modellezésben, akkor több lehetőséget kell kiválasztania a kiindulási adatokhoz, és „kézileg” kell kiszámítania azokat. A modell felépítése után ugyanazokkal a bemeneti adatokkal teszteli, és összehasonlítja a szimulációs eredményeket a számított adatokkal. Ha az eredmények egybeesnek, akkor az algoritmus helyes, ha nem, akkor a hibákat ki kell küszöbölni.
Ha a megszerkesztett modell algoritmusa helyes, akkor továbbléphet a számítógépes kísérlet második pontjára - a számítógépes modell tanulmányozására.
A kutatás során, ha létezik egy számítógépes modell projekt formájában valamelyik programozási nyelvben, akkor azt el kell indítani, be kell vinni a kiindulási adatokat és meg kell szerezni az eredményeket.
Ha egy számítógépes modellt megvizsgálunk, például táblázatban, akkor diagramot vagy grafikont készíthetünk.

szakasz IV. Szimulációs eredmények elemzése

A modellezés végső célja a kapott eredmények elemzése. Ez a szakasz döntő – vagy folytassa a kutatást, vagy fejezze be.
A megoldás kidolgozásának alapja a tesztelések és kísérletek eredményei. Ha az eredmények nem felelnek meg a feladat céljainak, az azt jelenti, hogy az előző szakaszokban hibák vagy pontatlanságok történtek. Ez lehet a probléma helytelen megfogalmazása, vagy a képletek hibái, vagy a modellezési környezet sikertelen kiválasztása stb. Ha hibákat azonosítanak, akkor a modellt módosítani kell, vagyis vissza kell térni az előző szakaszok egyikéhez. A folyamatot addig ismételjük, amíg a kísérleti eredmények el nem érik a modellezési célokat.

V. A vizsgált anyag konszolidációja

1). Kérdések az órán megbeszéléshez:

– Nevezze meg a modellezési problémák két fő típusát!
– Sorolja fel a modellezés legismertebb céljait!
– Melyek a tinédzser jellemzői a szakmaválasztási ajánlások szempontjából?
– Milyen okok miatt használják széles körben a számítógépet a modellezésben?
– Nevezze meg azokat a számítógépes modellező eszközöket, amelyeket ismer.
– Mi az a számítógépes kísérlet? Adj egy példát.
– Mi a modelltesztelés?
– Milyen hibák fordulnak elő a modellezési folyamat során? Mi a teendő, ha hibát észlel?
– Mi a modellezési eredmények elemzése? Milyen következtetéseket szoktak levonni?

2) Feladat. Készítse el a legnagyobb dobozt egy négyzet alakú kartonpapírból.

VI. Összegezve a tanulságot

Elemezze a tanulók munkáját, és mondjon be osztályzatokat az osztályban végzett munkára.

VII. Önálló tanulási feladat

Írj egy rövid összefoglalót a leckéről, és tanulmányozd azt.

Modellezési folyamat lépései

Általában a modellezési folyamat több szakaszból áll:

1. Leírás modellező objektum. Ehhez a valós folyamatot alkotó jelenségek szerkezetét tanulmányozzák. A tanulmány eredményeként megjelenik egy értelmes folyamatleírás, amelyben szükséges a lehető legvilágosabban bemutatni az összes szükséges mintát. Ebből a leírásból az következik színrevitelét alkalmazott probléma. A problémafelvetés meghatározza a modellezési célokat, a szükséges mennyiségek listáját és a szükséges pontosságot. Ezenkívül előfordulhat, hogy a megfogalmazásnak nincs szigorú matematikai megfogalmazása.

Egy értelmes leírás szolgál alapul a konstrukcióhoz formalizált séma– köztes kapcsolat az értelmes leírás és a matematikai modell között. Nem mindig alakul ki, de amikor a vizsgált folyamat összetettsége miatt lehetetlennek bizonyul az értelmes leírásról a matematikai modellre való közvetlen átmenet. Az anyag bemutatási formája is legyen szóbeli, de legyen a kutatási probléma pontos matematikai megfogalmazása, a folyamat jellemzői, paraméterrendszere, a jellemzők és paraméterek közötti függőségek.

2. Modell kiválasztása, amely jól megragadja az eredeti lényeges tulajdonságait és könnyen kutatható. A formalizált séma átalakítása matematikai modelllé matematikai módszerekkel történik, további információk beáramlása nélkül. Ebben a szakaszban minden összefüggést analitikus formában írnak le, a logikai feltételeket egyenlőtlenségek formájában írják le, és lehetőség szerint minden információ analitikus formát kap. A matematikai leírás elkészítésekor különféle típusú egyenleteket használnak: algebrai (stacionárius módok), közönséges differenciálegyenletek (nem stacionárius objektumok), parciális differenciálegyenletek az elosztott paraméterekkel rendelkező objektumok dinamikájának matematikai leírására. Ha a folyamat determinisztikus és sztochasztikus tulajdonságokkal is rendelkezik, akkor integro-differenciálegyenleteket használunk.

3. Modell tanulmány. Ebben az esetben minden műveletet a modellen hajtanak végre, és közvetlenül az objektumról szóló ismeretek megszerzésére, fejlődési törvényeinek megállapítására irányulnak. A modellkutatás egyik fontos előnye, hogy számos jelenséget meg lehet ismételni különböző kezdeti feltételek mellett, és ezek időbeli változásának eltérő mintázatával.

4. Az eredmények értelmezése. Ebben a szakaszban megvizsgálják a matematikai modellből kapott értékeknek a vizsgálat valódi tárgyába történő átvitelének kérdését. A kutatót a modell által helyettesített objektum tulajdonságai érdeklik. Az ilyen tudásfordítás lehetősége a modell elemei és kapcsolatai, valamint az eredeti elemei és kapcsolatai közötti bizonyos megfelelés megléte miatt létezik. Ezek a kapcsolatok a modellezési folyamat során jönnek létre. A matematikai modell használatakor szem előtt kell tartani az eredmények pontosságának kérdését - az objektum leírásának megfelelőségi fokát.

A matematikai modellezés alkalmazásának sikere a modell felépítésének minőségétől, a megfelelőségétől, a modell ismeretének mértékétől és a vele való kezelés egyszerűségétől függ. A számítógépek használata a matematikai modellezésben lehetővé teszi a külső tényezők paramétereinek és mutatóinak változásának tanulmányozását bármilyen körülmények között, bármilyen feltétel elérése érdekében, beleértve a külső tényezőket. és nem valósítják meg teljes körű kísérletekben. Ez magában foglalja annak lehetőségét, hogy számos olyan kérdésre választ kapjunk, amelyek a fejlesztési és tervezési szakaszban merülnek fel, más, összetettebb módszerek alkalmazása nélkül.

A modellezési folyamat szakaszai - koncepció és típusok. "A modellezési folyamat szakaszai" kategória besorolása és jellemzői 2017, 2018.

2. témakör. A modellezés főbb szakaszai

Terv:

1. Formalizálás
2. Modellezési szakaszok
3. Célok modellezése.

1. Formalizálás

Mielőtt egy objektumról (jelenségről, folyamatról) modellt készítenénk, azonosítani kell ennek az objektumnak az alkotóelemeit és a köztük lévő kapcsolatokat (rendszerelemzést kell végezni) és a kapott struktúrát valamilyen előre meghatározott formára „lefordítani” (megjeleníteni) - formalizálja az információkat.

Formalizálás - egy objektum, jelenség vagy folyamat belső szerkezetének azonosításának és egy meghatározott információs struktúrává alakításának folyamata- forma.

Bármely rendszer modellezése lehetetlen előzetes formalizálás nélkül. Valójában a formalizálás a modellezési folyamat első és nagyon fontos szakasza. A modellek a leglényegesebb dolgokat tükrözik a vizsgált objektumokban, folyamatokban, jelenségekben, a modellezés megjelölt célja alapján. Ez a modellek fő jellemzője és fő célja.

Példa. Ismeretes, hogy a remegés erősségét általában tízes skálán mérik. Valójában a legegyszerűbb modellel van dolgunk e természeti jelenség erejének felmérésére. Valójában a való világban működő „erősebb” relációt itt formálisan a „több” reláció váltja fel, amelynek a természetes számok halmazában van jelentése: a leggyengébb földrengés az 1-es számnak felel meg, a legerősebb a 10. Az így kapott 10 számból álló rendezett halmaz egy olyan modell, amely képet ad a remegés erősségéről.

2. Modellezési szakaszok

Mielőtt bármilyen munkát elkezdene, világosan el kell képzelnie a tevékenység kiindulópontját és minden pontját, valamint hozzávetőleges szakaszait. Ugyanez mondható el a modellezésről is. A kiindulópont itt egy prototípus. Lehet létező vagy tervezett tárgy vagy folyamat. A modellezés utolsó szakasza a tárgyra vonatkozó ismeretek alapján döntést hoz.

A lánc így néz ki:

Példák.

Az új technikai eszközök létrehozása során a modellezés az űrtechnika fejlődéstörténetének példáján keresztül jöhet szóba.

Az űrrepülés megvalósításához két problémát kellett megoldani: leküzdeni a gravitációt és biztosítani a levegőtlen térben való előrehaladást. Isaac Newton a Föld gravitációjának leküzdésének lehetőségéről beszélt a 17. században. K. E. Tsiolkovsky egy olyan sugárhajtómű létrehozását javasolta az űrben való mozgáshoz, amely folyékony oxigén és hidrogén keverékéből származó üzemanyagot használ, amely jelentős energiát szabadít fel az égés során. Meglehetősen pontos leíró modellt állított össze a jövő bolygóközi űrhajójáról rajzokkal, számításokkal és indoklással, kevesebb mint fél évszázad telt el, mire K. E. Ciolkovszkij leíró modellje a valódi modellezés alapja lett a tervezőirodában S. P. Koroljev vezetésével. A teljes körű kísérletekben különböző típusú folyékony üzemanyagokat, rakétaformát, repülésirányító rendszert és űrhajósok életfenntartó rendszerét, tudományos kutatáshoz szükséges eszközöket stb. műholdak, hajók űrhajósokkal a fedélzetén és űrállomások.

Nézzünk egy másik példát. A 18. század híres vegyésze. Antoine Lavoisier, aki az égési folyamatot tanulmányozta, számos kísérletet végzett. Különféle anyagokkal szimulálta az égési folyamatokat, amelyeket a kísérlet előtt és után felmelegített és lemér. Kiderült, hogy egyes anyagok hevítés után nehezebbé válnak. Lavoisier azt javasolta, hogy a melegítés során hozzáadtak valamit ezekhez az anyagokhoz. Így a modellezés és az eredmények későbbi elemzése egy új anyag - az oxigén meghatározásához, az „égés” fogalmának általánosításához vezetett, számos ismert jelenségre magyarázatot adott, és új távlatokat nyitott a tudomány más területein végzett kutatások számára, különösen a biológiában, mivel az oxigén az állatok és növények légzésének és energiacseréjének egyik fő összetevője.

A modellezés kreatív folyamat. Nagyon nehéz formális keretek közé helyezni. Legáltalánosabb formájában szakaszosan is bemutatható, amint az az ábrán látható:

Modellezési szakaszok

Egy adott probléma megoldása során ez a séma néhány változáson megy keresztül: néhány blokkot eltávolítanak vagy javítanak, néhányat hozzáadnak. A szakaszok tartalmát a feladat és a modellezési célok határozzák meg.

Tekintsük részletesebben a modellezés fő szakaszait.

SzínpadI. A probléma megfogalmazása

A feladat olyan probléma, amelyet meg kell oldani. A feladat beállításának szakaszában szükséges:

1) írja le a feladatot,

2) meghatározza a modellezés céljait,

3) elemezni egy objektumot vagy folyamatot.

A feladat leírása.

A feladat hétköznapi nyelven van megfogalmazva, a leírásnak egyértelműnek kell lennie. Itt a legfontosabb a modellezési objektum meghatározása és annak megértése, hogy mi legyen az eredmény.