Форми подання моделей

Форми подання моделей. формалізація

Моделі матеріальні і моделі інформаційні. Всі моделі можна розбити на два великі класи: моделі предметні (матеріальні) і моделі інформаційні. Предметні моделі відтворюють геометричні, фізичні та інші властивості об'єктів в матеріальній формі (глобус, анатомічні муляжі, моделі кристалічних решіток, макети будівель і споруд та ін.).

Інформаційні моделі представляють об'єкти і процеси в образній або знаковій формі.

Образні моделі (малюнки, фотографії та ін.) Являють собою зорові образи об'єктів, зафіксовані на будь-якому носії інформації (папері, фото- і кіноплівці і ін.). Широко використовуються образні інформаційні моделі в освіті (згадайте навчальні плакати з різних предметів) і науках, де потрібно класифікація об'єктів за їх зовнішніми ознаками (в ботаніці, біології, палеонтології та ін.).

Знакові інформаційні моделі будуються з використанням різних мов (знакових систем). Знакова інформаційна модель може бути представлена ​​у формі тексту (наприклад, програми на мові програмування), формули (наприклад, другого закону Ньютона F = m × а), таблиці (наприклад, періодичної таблиці елементів Д. І. Менделєєва) і так далі.

Іноді при побудові знакових інформаційних моделей використовуються одночасно кілька різних мов. Прикладами таких моделей можуть служити географічні карти, графіки, діаграми та ін. У всіх цих моделях використовуються одночасно як мова графічних елементів, так і символьний мову.

Протягом своєї історії людство використовувало різні способи і інструменти для створення інформаційних моделей. Ці способи постійно удосконалювалися. Так, перші інформаційні моделі створювалися у формі наскальних малюнків, в теперішній же час інформаційні моделі зазвичай будуються і досліджуються з використанням сучасних комп'ютерних технологій.

Формалізація. Природні мови використовуються для створення описових інформаційних моделей. В історії науки відомі численні описові інформаційні моделі; наприклад, геліоцентрична модель світу, яку запропонував Коперник, формулювалася так:

• Земля обертається навколо своєї осі і навколо Сонця;
  
• орбіти всіх планет проходять навколо Сонця.

За допомогою формальних мов будуються формальні інформаційні моделі (математичні, логічні та ін.). Одним з найбільш широко використовуваних формальних мов є математика. Моделі, побудовані з використанням математичних понять і формул, називаються математичними моделями. Мова математики є сукупністю формальних мов. З деякими з них (алгебра, геометрія, тригонометрія) ви знайомитеся в школі, з іншими (теорія множин, теорія ймовірностей і ін.) Зможете ознайомитися в процесі подальшого навчання.

Мова алгебри дозволяє формалізувати функціональні залежності між величинами. Так, Ньютон формалізував геліоцентричну систему світу, відкривши закони механіки і закон всесвітнього тяжіння і записавши їх у вигляді алгебраїчних функціональних залежностей. У шкільному курсі фізики розглядається багато різноманітних функціональних залежностей, виражених мовою алгебри, які представляють собою математичні моделі досліджуваних явищ або процесів.

Мова алгебри логіки (алгебри висловлювань) дозволяє будувати формальні логічні моделі. За допомогою алгебри висловлювань можна формалізувати (записати у вигляді логічних виразів) прості і складні висловлювання, виражені природною мовою. Побудова логічних моделей дозволяє вирішувати логічні завдання, будувати логічні моделі пристроїв комп'ютера (суматора, тригера) і так далі.

Процес побудови інформаційних моделей за допомогою формальних мов називається формалізацією.

В процесі пізнання навколишнього світу людство постійно використовує моделювання та формалізацію. При вивченні нового об'єкта спочатку зазвичай будується його описова інформаційна модель природною мовою, потім вона формалізується, тобто виражається з використанням формальних мов (математики, логіки та ін.).

Візуалізація формальних моделей. У процесі дослідження формальних моделей часто проводиться їх візуалізація. Для візуалізації алгоритмів використовуються блок-схеми: просторових співвідношень між об'єктами - креслення, моделей електричних ланцюгів - електричні схеми, логічних моделей пристроїв - логічні схеми і так далі.

Так при візуалізації формальних фізичних моделей за допомогою анімації може відображатися динаміка процесу, проводитися побудова графіків зміни фізичних величин і так далі. Візуальні моделі зазвичай є інтерактивними, тобто дослідник може змінювати початкові умови і параметри протікання процесів і спостерігати зміни в поведінці моделі.

http // www college ru / physics / applets / 11a.htm

Як приклад можна розглянути модель, яка демонструє вільні коливання математичного маятника. За допомогою анімації показуються рух тіла і діючі сили, будуються графіки залежності від часу кутової координати або швидкості, діаграми потенційної і кінетичної енергій (рис. 2.4). Дослідник може змінювати довжину нитки L, кут початкового відхилення маятника j 0 і коефіцієнт в'язкого тертя b.

Мал. 2.4. Модель математичного маятника