Postavite korake računalniške simulacije v pravilen vrstni red. Struktura in glavne faze procesa modeliranja

Modeliranje je ustvarjalni proces. To je zelo težko spraviti v formalni okvir. V najsplošnejši obliki ga je mogoče predstaviti po stopnjah, kot sledi.

I faza. Oblikovanje problema

Vsakič, ko rešujemo določeno težavo, se lahko takšna shema spremeni: nekateri bloki se lahko odstranijo ali izboljšajo. Vse stopnje so določene z nalogo in cilji modeliranja.

V najbolj splošnem smislu je naloga razumljena kot določen problem, ki ga je treba rešiti. Glavna stvar je določiti predmet modeliranja in razumeti, kakšen mora biti rezultat.

Glede na naravo formulacije lahko vse naloge razdelimo v dve glavni skupini. V prvo skupino sodijo naloge, pri katerih je treba raziskati, kako se spremenijo lastnosti predmeta z določenim vplivom nanj. Takšna izjava problema se običajno imenuje "kaj se bo zgodilo, če ...". Druga skupina nalog ima naslednjo splošno formulacijo: kakšen vpliv je treba narediti na predmet. tako da njegovi parametri izpolnjujejo nek dani pogoj? Ta izjava o problemu se pogosto imenuje "kako to narediti, da ...".

Cilje modeliranja določajo konstrukcijski parametri modela. Najpogosteje gre za iskanje odgovora na vprašanje, zastavljeno v formulaciji problema. Nato nadaljujte z opisom predmeta ali postopka. Na tej stopnji so identificirani dejavniki, od katerih je odvisno obnašanje modela. Pri modeliranju v preglednicah se lahko upoštevajo samo tisti parametri, ki imajo kvantitativne značilnosti. Včasih je lahko naloga že oblikovana v poenostavljeni obliki in jasno določa cilje ter določa parametre modela, ki jih je treba upoštevati.

Pri analizi predmeta je treba odgovoriti na naslednje vprašanje: ali je predmet ali proces, ki ga preučujemo, mogoče obravnavati kot eno samo celoto ali je to sistem, sestavljen iz enostavnejših predmetov? Če je to ena celota, potem lahko nadaljujete z izgradnjo informacijskega modela, če sistem - morate iti na analizo predmetov, ki ga sestavljajo, da ugotovite razmerja med njimi.

Glavni cilji modeliranja:

Razumeti, kako je določen predmet urejen, njegovo strukturo, lastnosti, zakone razvoja.

Naučite se obvladovati objekt v danih pogojih.

Napovejte posledice določenega udarca na predmet.

II stopnja. Razvoj modela

Na podlagi rezultatov analize objekta se sestavi informacijski model. Podrobno opisuje vse lastnosti predmeta, njihove parametre, dejanja in odnose.

Poleg tega mora biti informacijski model izražen v eni od znakovnih oblik. Glede na to, da bomo delali v okolju preglednic, je potrebno informacijski model pretvoriti v matematičnega. Na podlagi informacijskih in matematičnih modelov se sestavi računalniški model v obliki tabel, v katerih ločimo tri podatkovna področja: začetni podatki, vmesni izračuni, rezultati. Začetne podatke vnesemo »ročno«. Izračuni, tako vmesni kot končni, se izvajajo po formulah, zapisanih v skladu s pravili preglednic.

III stopnja. računalniški eksperiment

Da bi dali življenje novim oblikovalskim dosežkom, uvedli nove tehnične rešitve v proizvodnjo ali preizkusili nove ideje, je potreben eksperiment. V nedavni preteklosti je bilo mogoče tak poskus izvesti bodisi v laboratorijskih pogojih na posebej za to ustvarjenih objektih bodisi v naravi, tj. na pravem vzorcu izdelka in ga podvržemo vsem vrstam testov. To zahteva veliko denarja in časa. Na pomoč so priskočile računalniške simulacije. Pri izvajanju računalniškega eksperimenta se preverja pravilnost gradbenih modelov. Obnašanje modela se proučuje za različne parametre objekta. Vsak poskus spremlja razumevanje rezultatov. Če so rezultati računalniškega eksperimenta v nasprotju s smislom problema, ki ga rešujemo, je treba napako iskati v nepravilno izbranem modelu ali v algoritmu in metodi za njegovo rešitev. Po ugotovitvi in ​​odpravi napak se računalniški poskus ponovi.

IV stopnja. Analiza rezultatov simulacije.

Končna faza modeliranja je analiza modela. Na podlagi pridobljenih izračunanih podatkov se preveri, v kolikšni meri izračuni ustrezajo našim ciljem razumevanja in modeliranja. Na tej stopnji se pripravijo priporočila za izboljšanje sprejetega modela in, če je mogoče, predmeta ali procesa.

Sistemsko (simulacijsko) modeliranje ima svoje rojstvo prof. Massachusetts Institute of Technology (ZDA) J. Forrester, ki je prvi uporabil to metodo za modeliranje proizvodnje in gospodarskih dejavnosti podjetja. Metoda sistemske dinamike je pridobila največjo popularnost v zgodnjih 70-ih letih po pojavu del J. Forresterja in D. Meadowsa o globalnem modeliranju v globalnih razvojnih projektih "Mir-2" in "Mir-3". Dostopnost pristopa k izgradnji matematičnih modelov, uporabnost idej sistemske dinamike za reševanje širokega spektra problemov v ekologiji, ekonomiji in demografiji so prispevali k široki uvedbi simulacijskega modeliranja v različnih vejah znanja.

simulacijski sistem je niz modelov, ki simulirajo preučevani pojav, skupaj z bazami podatkov, zmožnostjo vizualizacije in analize dobljenih rezultatov za odločanje.

Eden od domačih ustanoviteljev sistemskega modeliranja, akademik N.N. Moiseev je opozoril, da je posnemanje postalo eno najpomembnejših sredstev sistemske analize. Simulacija je dober primer združevanja matematike in znanja specialista (strokovnjaka) na posameznem predmetnem področju. Ena od glavnih usmeritev v sistemskem modeliranju je sposobnost načrtovanja strojnih eksperimentov za reševanje dodeljenih problemov. V ta namen se ustvarjajo modeli, ki posnemajo realnost.

Simulacijsko modeliranje sistemske dinamike je sestavljeno iz več faz:

Oblikovanje namena in nalog modeliranja;

Izdelava konceptualne sheme modela;

Formalizacija modela;

Implementacija programske opreme;

Identifikacija parametrov modela;

Preverjanje modela;

Napoved in odločanje.

Gradnja modela ima praviloma iterativni značaj, ki vključuje aktivno interakcijo med predmetnimi strokovnjaki (biologi, ekologi, geografi itd.) In matematiki (»modelarji«) na različnih stopnjah gradnje modela. Oglejmo si podrobneje faze ustvarjanja modela.

Oblikovanje namena in nalog modeliranja

Vsako modeliranje se začne s formulacijo problema, opredelitvijo splošnega cilja študije. Nato od splošnega namena študije preidejo na seznam vprašanj, na katera je treba odgovoriti v procesu modeliranja. Za opis naravnega pojava (objekta) lahko uporabimo različne modele (multivariantnost modeliranja). Ne smemo pozabiti, da je vsak model le približek z različnimi stopnjami natančnosti ali podrobnosti obravnavanemu naravnemu objektu in v tem pogledu so možnosti modeliranja omejene. Naloga raziskovalca je izbira najboljšega modela v vsakem posameznem primeru in sposobnost interpretacije rezultatov.

Ena od pomembnih točk te stopnje je smiselna analiza teoretičnih idej o predmetu, ki se modelira, obstoječih izkušenj (vključno z negativnimi) pri gradnji podobnih ali podobnih modelov.

Uspeh modeliranja poleg teoretičnih študij v veliki meri določajo možnosti informacijske podpore simulacijskim modelom, saj lahko pomanjkanje potrebnih podatkov za izgradnjo modela izniči vsa prizadevanja za njegovo ustvarjanje. Geografsko modeliranje zahteva podrobne informacije, ki po možnosti upoštevajo raznolikost krajinske strukture ozemlja.

Izdelava konceptualne sheme modela

Izdelava konceptualne sheme modela vključuje:

a) opis strukture modela;

b) izbor glavnih spremenljivk modela;

c) določitev meja sistema, ki se modelira;

d) določitev intervala napovedovanja in koraka modeliranja;

e) določanje točnosti modeliranja.

Opis strukture modela je sestavljen iz seznama vseh elementov (blokov) sistema, ki se modelira, in povezav med njimi. Grafično je model predstavljen kot graf ali diagram poteka.

Izbira glavnih spremenljivk modela je neposredno povezana z opredelitvijo meja modeliranega sistema. Torej v modelu ločimo notranje (endogene) in zunanje (ekogene) spremenljivke glede na izbrane meje sistema. Znotraj meja se sistem šteje za zaprtega. Zaprtost sistema je relativni koncept, ki je določen s specifično formulacijo problema, ki ga rešujemo. Med spremenljivkami modela se vzpostavijo razmerja (realna, energijska in informacijska).

Ta stopnja modeliranja je morda najbolj priljubljena med geografi in ekologi. Včasih se ta vrsta modeliranja imenuje konstrukcija modela konceptualne bilance.

Strukturiranje grafičnih modelov naj zagotavlja možnost konstruiranja znakovnega (algoritemskega) modela. Na tej stopnji je interakcija "lastnika objekta" in "modelatorja" še posebej pomembna.

Korak simulacije je določen z intervalom simulacije. Če je interval modeliranja več deset let, je korak nastavljen na 1 leto; če se gradi sezonska napoved, je korak modeliranja izbran na 1 dan. Predpostavlja se, da modelirani parameter ostaja konstanten znotraj koraka.

Formalizacija modela

Formalizacija modela je določitev analitičnih odvisnosti med spremenljivkami modela. Vsak model praviloma temelji na zakonu o ohranitvi snovi in ​​energije, ki je zapisan v obliki ravnotežnih enačb, ravnotežne enačbe pa so lahko predstavljene tako v algebraični obliki kot v obliki diferencialnih enačb, vključno z enačbami v delnih izpeljankah. Sistem ravnotežnih enačb je dopolnjen s številnimi empiričnimi odvisnostmi, praviloma v algebraični obliki. Sistem enačb se rešuje z znanimi matematičnimi metodami.

Cilji lekcije:

• Poučna:
  • posodabljanje znanja o glavnih vrstah modelov;
  • preučiti faze modeliranja;
  • razvijati sposobnost prenosa znanja v novo situacijo.
  • utrditi pridobljeno znanje v praksi.
• Poučna:
  • razvoj logičnega mišljenja, pa tudi sposobnost poudarjanja glavne stvari, primerjave, analize, posploševanja.
• Poučna:
  • gojiti voljo in vztrajnost za doseganje končnih rezultatov.

Vrsta lekcije: učenje nove snovi.

Učne metode: predavanje, razlagalno in ilustrativno (predstavitev), frontalno anketiranje, vaje, test

Oblike dela: skupinsko delo, individualno delo.

Sredstva izobraževanja: didaktično gradivo, demonstracijski zaslon, izroček.

MED POUKOM

I. Organizacijski trenutek

Priprava na lekcijo: pozdrav, preverjanje pripravljenosti učencev za delo.

II. Priprava na živahno aktivnost na glavni stopnji lekcije

Najava delovnega načrta za lekcijo.

Posodobitev temeljnega znanja

Učenci odgovarjajo na testna vprašanja na temo "Vrste modelov"

1. Ugotovite, kateri od naštetih modelov so materialni in kateri informativni. Navedite samo številke modelov materiala.

A) Oblikovanje postavitve za gledališko produkcijo.
B) Skice kostumov za gledališko predstavo.
C) Geografski atlas.
D) Volumetrični model molekule vode.
E) Enačba kemijske reakcije, na primer: CO 2 + 2NaOH = Na 2 CO 2 3 + H 2 O.
E) Model človeškega okostja.
G) Formula za določitev ploščine kvadrata s stranico h: S \u003d h 2.
H) Vozni red vlakov.
I) Igrača parna lokomotiva.
K) Zemljevid podzemne železnice.
L) Naslov knjige.

2. Za vsak model iz prvega stolpca določite kateri vrsti pripada (drugi stolpec):

3. Ugotovite, kateri vidik izvirnega predmeta je modeliran v danih primerih.

4. Kateri od naslednjih modelov so dinamični?

A) Zemljevid območja.
B) Prijazna karikatura.
C) Program, ki simulira premikanje kazalcev na številčnici na zaslonu.
D) Načrt kompozicije.
D) Graf sprememb temperature zraka čez dan.

5. Kateri od naslednjih modelov so formalizirani?

A) Blok diagram algoritma.
b) Kuharski recept.
C) Opis videza književnega junaka.
D) Montažna risba izdelka.
D) Oblika knjige v knjižnici.

6. Kateri od naslednjih modelov so verjetnostni?

A) vremenska napoved.
B) Poročilo o dejavnostih podjetja.
C) Shema delovanja naprave.
D) Znanstvena hipoteza.
D) Naslov knjige.
E) Načrt dogodkov, posvečenih dnevu zmage.

7. Ali je pravilno opredeljena vrsta naslednjega modela: »Graf pričakovane spremembe dnevne temperature zraka je dinamičen formaliziran model obnašanja tega kazalnika vremena, zasnovan za kratkoročno napovedovanje«?

A) Da.
B) Ne

8. Katere od trditev držijo?

A) Formula kemijske reakcije je informacijski model.
B) Kazalo knjige je registracijski verjetnostni neformalizirani model njene vsebine.
C) Idealni plin v fiziki je namišljen model, ki posnema obnašanje realnega plina.
D) Projekt hiše - grafični referenčni verjetnostni model, ki opisuje videz objekta.

9. Za vsak model določite njegov tip glede na vlogo pri upravljanju objekta modeliranja.

List z odgovori učencev na test "Vrste modelov"

Priimek, ime, razred ________________________________

Vir:Bešenkov S.A., Rakitina E.A. Reševanje tipičnih problemov modeliranja. //Računalništvo v šoli: Priloga k reviji "Računalništvo in izobraževanje", št. 1–2005. M.: Izobraževanje in informatika, 2005. - 96 str .: ilustr.

IV. Učenje nove snovi

Uvodni govor učitelja: »Nadaljujemo z delom na temi »Modeli in simulacije«. Danes bomo razmislili o glavnih fazah modeliranja.
Preučevanje novega gradiva na temo: "Glavne faze modeliranja", z uporabo predstavitve ( Priloga 1 ).

I faza. Oblikovanje problema

Za fazo postavljanja nalog so značilne tri glavne točke: opis naloge, določitev ciljev modeliranja.

Opis naloge

Pri opisu naloge se ustvari opisni model z uporabo naravnih jezikov in risb. S pomočjo opisnega modela je mogoče oblikovati glavne predpostavke z uporabo pogoja problema.
Glede na naravo formulacije lahko vse naloge razdelimo v dve glavni skupini.
Za prva skupina lahko vključimo naloge, v katerih je treba raziskati, kako se bodo lastnosti predmeta spremenile z določenim vplivom nanj: "kaj se bo zgodilo, če? ..". . Ali bi bilo na primer sladko, če bi v čaj dali dve čajni žlički sladkorja?
Druga skupina Problem ima naslednjo formulacijo: kakšen učinek je treba narediti na predmet, da njegovi parametri izpolnjujejo določen pogoj? Ta izjava o problemu se pogosto imenuje "kako to narediti, da bi? ..". Na primer, kako velik mora biti balon, napolnjen s helijem, da bi se lahko dvignil z bremenom 100 kg?
Tretja skupina so kompleksne naloge. Primer takega integriranega pristopa je rešitev problema pridobivanja kemične raztopine dane koncentracije:

Dobro zastavljen problem je tisti, pri katerem:

• opisane so vse povezave med začetnimi podatki in rezultatom;
• vsi začetni podatki so znani;
• rešitev obstaja;
• problem ima edinstveno rešitev.

Namen simulacije

Opredelitev namena modeliranja vam omogoča, da jasno ugotovite, kateri vhodni podatki so pomembni, kateri nepomembni in kaj želite dobiti kot izhod.

Formalizacija naloge

Za rešitev katerega koli problema z uporabo računalnika ga je treba navesti v strogem, formaliziranem jeziku, na primer z uporabo matematičnega jezika algebraičnih formul, enačb ali neenakosti. Poleg tega je treba v skladu s ciljem izbrati parametre, ki so znani (vhodni podatki) in ki jih je treba najti (rezultati), ob upoštevanju omejitev dovoljenih vrednosti teh lastnosti.
Vendar pa ni vedno mogoče najti formul, ki izražajo rezultat glede na izvirne podatke. V takih primerih se uporabijo približne matematične metode za pridobitev rezultata z določeno natančnostjo.

II stopnja. Razvoj modela

Informacijski model problema omogoča odločitev o izbiri programskega okolja in jasno predstavi algoritem za izdelavo računalniškega modela.

informacijski model

1. Izberite vrsto informacijskega modela;
2. Določite bistvene lastnosti izvirnika, ki bo vključen v model, zavrzite
   nepomemben (za to nalogo);
3. Zgraditi formaliziran model je model, napisan v formalnem jeziku (matematika, logika itd.) in odraža samo bistvene lastnosti izvirnika;
4. Razvijte algoritem za model. Algoritem je natančno določeno zaporedje dejanj, ki jih je treba izvesti za rešitev problema.

računalniški model

Računalniški model je model, implementiran s pomočjo programskega okolja.
Naslednji korak je transformacija informacijskega modela v računalniški model, tj. izraziti v računalniku razumljivem jeziku. Obstaja več načinov za izdelavo računalniških modelov, vključno z:
– izdelava računalniškega modela v obliki projekta v enem od programskih jezikov;
– izdelava računalniškega modela z uporabo preglednic, računalniških sistemov za risanje ali drugih aplikacij. Algoritem za izdelavo računalniškega modela in oblika njegove predstavitve sta odvisna od izbire programskega okolja.

III stopnja. računalniški eksperiment

Eksperimentirajte je študija modela v pogojih, ki nas zanimajo.
Prva točka računalniškega eksperimenta je testiranje računalniškega modela.
Testiranje je preizkus modela na enostavnih vhodnih podatkih z znanim rezultatom.
Za preverjanje pravilnosti algoritma za gradnjo modela se uporablja testna množica začetnih podatkov, za katere je končni rezultat znan vnaprej.
Na primer, če pri modeliranju uporabljate formule za izračun, morate izbrati več možnosti za začetne podatke in jih izračunati "ročno". Ko je model izdelan, testirate z istimi vhodnimi podatki in primerjate rezultate simulacije z izračunanimi podatki. Če se rezultati ujemajo, je algoritem pravilen, če ne, je treba napake odpraviti.
Če je algoritem konstruiranega modela pravilen, lahko nadaljujete z drugo točko računalniškega eksperimenta - izvedbo študije računalniškega modela.
Pri izvajanju raziskave, če obstaja računalniški model v obliki projekta v enem od programskih jezikov, ga je treba zagnati v izvedbo, vnesti vhodne podatke in pridobiti rezultate.
Če računalniški model pregledamo na primer v preglednicah, lahko sestavimo diagram ali graf.

IV stopnja. Analiza rezultatov simulacije

Končni cilj modeliranja je analiza dobljenih rezultatov. Ta stopnja je odločilna - ali nadaljevati študij ali zaključiti.
Rezultati testiranj in poskusov služijo kot osnova za razvoj rešitve. Če rezultati ne ustrezajo ciljem naloge, to pomeni, da so bile na prejšnjih stopnjah storjene napake ali netočnosti. To je lahko napačna izjava problema ali napake v formulah ali neuspešna izbira okolja za modeliranje itd. Če so ugotovljene napake, je treba model popraviti, to je vrnitev na eno od prejšnjih stopenj. Postopek se ponavlja, dokler rezultati poskusa ne dosežejo ciljev simulacije.

V. Utrjevanje preučenega gradiva

ena). Vprašanja za razpravo v lekciji:

– Kateri sta dve glavni vrsti modeliranja postavljanja problemov.
– Naštej najbolj znane cilje modelinga.
- Katere lastnosti najstnika so bistvene za priporočilo pri izbiri poklica?
– Zakaj se računalnik pogosto uporablja pri modeliranju?
– Poimenujte orodja za računalniško modeliranje, ki jih poznate.
Kaj je računalniški eksperiment? Navedite primer.
Kaj je testiranje modela?
– Na katere napake naletite v procesu modeliranja? Kaj storiti, ko se odkrije napaka?
– Kaj je analiza rezultatov simulacije? Kakšni zaključki se običajno naredijo?

2) Naloga. Naredite največjo škatlo iz kvadratnega kosa kartona.

VI. Povzetek lekcije

Analizirajte delo učencev, objavite ocene za delo v lekciji.

VII. Naloga za samostojno učenje

Napišite kratek povzetek lekcije in študija.

Faze procesa modeliranja

Na splošno je postopek modeliranja sestavljen iz več stopenj:

1. Opis simulacijski objekt. Da bi to naredili, se preučuje struktura pojavov, ki sestavljajo resnični proces. Kot rezultat te študije se pojavi smiseln opis procesa, v katerem je treba čim bolj jasno predstaviti vse potrebne pravilnosti. Iz tega opisa sledi uprizoritev aplikativna naloga. Izjava problema določa cilje simulacije, seznam zahtevanih količin, zahtevano natančnost. Poleg tega izjava morda nima stroge matematične formulacije.

Smiseln opis služi kot osnova za gradnjo formalizirana shema– vmesni člen med smiselnim opisom in matematičnim modelom. Ne razvije se vedno, ampak takrat, ko je zaradi zapletenosti proučevanega procesa neposreden prehod od smiselnega opisa do matematičnega modela nemogoč. Oblika predstavitve gradiva mora biti tudi verbalna, vendar mora obstajati natančna matematična formulacija raziskovalnega problema, značilnosti procesa, sistem parametrov, odvisnosti med značilnostmi in parametri.

2. Izbira modela, ki dobro fiksirajo bistvene lastnosti izvirnika in jih je enostavno raziskati. Preoblikovanje formalizirane sheme v matematični model poteka z matematičnimi metodami brez dotoka dodatnih informacij. Na tej stopnji so vsi odnosi zapisani v analitični obliki, logični pogoji - v obliki neenakosti, analitično obliko dobijo vse informacije, če je to mogoče. Pri konstruiranju matematičnega opisa se uporabljajo enačbe različnih vrst: algebraične (stacionarni načini), navadne diferencialne enačbe (nestacionarni objekti), parcialne diferencialne enačbe se uporabljajo za matematični opis dinamike objektov s porazdeljenimi parametri. Če ima proces tako deterministične kot stohastične lastnosti, se uporabijo integro-diferencialne enačbe).

3. Študija modela. V tem primeru se vsa dejanja izvajajo na modelu in so usmerjena neposredno v pridobivanje znanja o tem predmetu, v ugotavljanje zakonov njegovega razvoja. Pomembna prednost preučevanja modela je zmožnost ponavljanja številnih pojavov za različne začetne pogoje in z različnimi vzorci njihovega spreminjanja skozi čas.

4. Interpretacija rezultatov. Na tej stopnji se obravnava vprašanje prenosa vrednosti, pridobljenih na matematičnem modelu, na pravi predmet študija. Raziskovalca zanimajo lastnosti predmeta, ki ga nadomešča model. Možnost takšnega prevoda znanja obstaja zaradi prisotnosti določenega ujemanja med elementi in odnosi modela ter elementi in odnosi izvirnika. Te povezave se vzpostavijo med procesom modeliranja. Pri uporabi matematičnega modela je treba upoštevati vprašanje točnosti rezultatov - stopnjo ustreznosti opisa predmeta.

Uspeh uporabe matematičnega modeliranja je odvisen od tega, kako dobro je bil model zgrajen, ustreznosti, stopnje poznavanja modela in priročnosti delovanja z njim. Uporaba računalnikov v matematičnem modeliranju omogoča preučevanje variacije parametrov in indikatorjev zunanjih dejavnikov pod kakršnimi koli pogoji, da bi dobili kakršne koli pogoje, vklj. in ni mogoče izvesti v naravnih poskusih. To pomeni možnost pridobitve odgovorov na številna vprašanja, ki se pojavijo na stopnji razvoja in oblikovanja predmetov brez uporabe drugih, bolj zapletenih metod.

Faze procesa modeliranja - koncept in vrste. Razvrstitev in značilnosti kategorije "Stopnje procesa modeliranja" 2017, 2018.

Tema 2. Glavne faze modeliranja

načrt:

1. Formalizacija
2. Koraki modeliranja
3. Cilji modeliranja.

1. Formalizacija

Pred gradnjo modela predmeta (pojava, procesa) je treba izpostaviti sestavne elemente tega predmeta in povezave med njimi (izvesti sistemsko analizo) in "prevesti" (prikazati) nastalo strukturo v neko vnaprej določeno strukturo. oblika - formalizirati informacije.

Formalizacija - to je postopek poudarjanja notranje strukture predmeta, pojava ali procesa in njenega prevajanja v specifično informacijsko strukturo- oblika.

Modeliranje katerega koli sistema je nemogoče brez predhodne formalizacije. Pravzaprav je formalizacija prvi in ​​zelo pomemben korak v procesu modeliranja. Modeli odražajo najbolj bistvene v proučevanih predmetih, procesih in pojavih, ki temeljijo na cilju modeliranja. To je glavna značilnost in glavni namen modelov.

Primer. Znano je, da moč tresljajev običajno merimo na desetstopenjski lestvici. Pravzaprav imamo opravka z najpreprostejšim modelom za ocenjevanje moči tega naravnega pojava. Dejansko je "močnejša" relacija, ki deluje v realnem svetu, tukaj formalno nadomeščena z "večjo" relacijo, ki je smiselna v nizu naravnih števil: najšibkejši potres ustreza številki 1, najmočnejši - 10. urejen niz 10 številk je model, ki daje razumevanje moči zemeljskih tresljajev.

2. Koraki modeliranja

Preden se lotite kakršnega koli dela, si morate jasno predstavljati izhodišče in vsako točko dejavnosti ter njene približne faze. Enako lahko rečemo o modeliranju. Izhodišče tukaj je prototip. Lahko je obstoječi ali predvideni objekt ali proces. Končna faza modeliranja je odločitev na podlagi znanja o objektu.

Veriga izgleda takole:

Primeri.

Modeliranje pri ustvarjanju novih tehničnih sredstev je mogoče obravnavati na primeru zgodovine razvoja vesoljske tehnologije.

Za izvedbo vesoljskega poleta je bilo treba rešiti dva problema: premagati zemeljsko gravitacijo in zagotoviti napredovanje v brezzračnem prostoru. O možnosti premagovanja Zemljine gravitacije je govoril Isaac Newton v 17. stoletju. K. E. Tsiolkovsky je predlagal ustvariti reaktivni motor za gibanje v vesolju, ki uporablja gorivo iz mešanice tekočega kisika in vodika, ki med zgorevanjem sproščata znatno energijo. Z risbami, izračuni in utemeljitvami je sestavil dokaj natančen opisni model bodočega medplanetarnega plovila, manj kot pol stoletja kasneje pa je opisni model K. E. Ciolkovskega postal osnova za pravo modeliranje v konstruktorskem biroju pod vodstvom S. P. Koroljova. V terenskih poskusih so testirali različne vrste tekočih goriv, ​​oblike raket, sisteme za krmiljenje letenja in vzdrževanje življenja kozmonavtov, instrumente za znanstvene raziskave itd.. Vesoljske postaje.

Poglejmo še en primer. Slavni kemik 18. stoletja. Antoine Lavoisier, ki je preučeval proces zgorevanja, je naredil številne poskuse. Procese zgorevanja je simuliral z različnimi snovmi, ki jih je pred in po poskusu segreval in stehtal. Hkrati se je izkazalo, da nekatere snovi po segrevanju postanejo težje. Lavoisier je predlagal, da se tem snovem nekaj doda med procesom segrevanja. Tako je modeliranje in kasnejša analiza rezultatov pripeljala do definicije nove snovi - kisika, do posplošitve pojma "gorenje", podala razlago za številne znane pojave in odprla nova obzorja za raziskave na drugih področjih znanosti, zlasti v biologiji, saj se je izkazalo, da je kisik ena glavnih sestavin dihanja in izmenjave energije živali in rastlin.

Modeliranje je ustvarjalni proces. To je zelo težko spraviti v formalni okvir. V najbolj splošni obliki ga lahko predstavimo po stopnjah, kot je prikazano na diagramu:

Koraki modeliranja

Pri reševanju določenega problema se lahko ta shema spremeni: nekateri bloki bodo odstranjeni ali izboljšani, nekateri bodo dodani. Vsebina stopenj je določena z nalogo in cilji modeliranja.

Oglejmo si podrobneje glavne faze modeliranja.

StopnjaI. Postavitev problema

Naloga je problem, ki ga je treba rešiti. V fazi postavljanja naloge je potrebno:

1) opišite nalogo,

2) opredeliti cilje simulacije,

3) analizirati predmet ali proces.

Opis naloge.

Naloga je oblikovana v običajnem jeziku, opis pa mora biti razumljiv. Glavna stvar pri tem je določiti predmet modeliranja in razumeti, kakšen mora biti rezultat.