Типи інформаційних моделей

Інформаційні моделі відображають різні типи систем об'єктів, в яких реалізуються різні структури взаємодії і взаємозв'язку між елементами системи. Для відображення систем з різними структурами використовуються різні типи інформаційних моделей: табличні, ієрархічні і мережні.

Табличні інформаційні моделі

Одним з найбільш часто використовуваних типів інформаційних моделей є прямокутна таблиця, яка складається з стовпців і рядків. Такий тип моделей застосовується для опису ряду об'єктів, що володіють однаковими наборами властивостей. За допомогою таблиць можуть бути побудовані як статичні, так і динамічні інформаційні моделі в різних предметних областях. Широко відомо табличне представлення математичних функцій, статистичних даних, розкладів поїздів і літаків, уроків і так далі.

У табличній інформаційної моделі зазвичай перелік об'єктів розміщений в осередках першого стовпця таблиці, а значення їх властивостей - в інших стовпцях. Іноді використовується інший варіант розміщення даних в табличній моделі, коли перелік об'єктів розміщується в першому рядку таблиці, а значення їх властивостей - в наступних рядках. Подібним чином організовані таблиці істинності логічних функцій, розглянуті в розділі 3. Перелік логічних змінних і функцій розміщений в першому рядку таблиці, а їх значення - в наступних рядках.

У табличній інформаційної моделі перелік однотипних об'єктів або властивостей розміщений в першому стовпці (або рядку) таблиці, а значення їх властивостей розміщуються в наступних стовпцях (або рядках) таблиці.

Побудуємо табличну інформаційну модель "Ціни пристроїв комп'ютера". У першому стовпчику таблиці буде міститися перелік однотипних об'єктів (пристроїв, що входять до складу комп'ютера), а в другому - нас цікавить властивість (наприклад, ціна) - табл. 2.1. Побудована табличная модель дозволяє оцінити частку вартості окремих пристроїв в ціні комп'ютера і придбати за мінімальну ціну комп'ютер в найбільш продуктивної конфігурації.

Табличні інформаційні моделі найпростіше будувати і досліджувати на комп'ютері за допомогою електронних таблиць і систем управління базами даних. Візуалізіруем отриману табличну модель шляхом побудови діаграми в електронних таблицях.

Візуалізація табличній моделі

1. Ввести найменування пристроїв і їх ціни в стовпці електронної таблиці.

2. Відсортувати дані по стовпцю Ціна в порядку убування.

3. Побудувати кругову діаграму.

Аналіз моделі показує, що збільшення витрат на придбання більш швидкого процесора і збільшення обсягу оперативної пам'яті не приведуть до помітного збільшення ціни комп'ютера, але дозволять істотно підвищити його продуктивність.

Подання об'єктів і їх властивостей в формі таблиці часто використовується в наукових дослідженнях. Так, на розвиток хімії та фізики вирішальний вплив зробило створення Д. І. Менделєєвим в кінці XIX століття періодичної системи елементів, яка представляє собою табличну інформаційну модель. У цій моделі хімічні елементи розташовуються в осередках таблиці по зростанню атомних ваг, а в стовпчиках - за кількістю валентних електронів, причому по положенню в таблиці можна визначити деякі фізичні і хімічні властивості елементів.

На уроках хімії часто використовується друкований варіант періодичної системи елементів. Комп'ютерна модель системи більш зручна, так як в інтерактивному режимі дозволяє знайомитися з різними фізичними та хімічними властивостями хімічних елементів (атомна маса, електропровідність, щільність і так далі), зрівнювати хімічні реакції, вирішувати стандартні хімічні задачі на знаходження маси речовин, що беруть участь в реакції, та ін.

Питання для роздумів

1. Які системи об'єктів доцільно і можливо представляти за допомогою табличних моделей?

2.2. Побудувати і дослідити табличну модель, яка містить ціни на комп'ютерні комплектуючі на поточний момент.

2.3. Ознайомитися з фізичними та хімічними властивостями елементів з використанням комп'ютерної моделі періодичної таблиці елементів Д. І. Менделєєва.

Ієрархічні інформаційні моделі

Нас оточує безліч різних об'єктів, кожен з яких має певні властивості. Однак деякі групи об'єктів мають однакові загальні властивості, які відрізняють їх від об'єктів інших груп.

Група об'єктів, що володіють однаковими загальними властивостями, називається класом об'єктів. Усередині класу об'єктів можуть бути виділені підкласи, об'єкти яких володіють деякими особливими властивостями, в свою чергу підкласи можуть ділитися на ще більш дрібні групи і так далі. Такий процес систематизації об'єктів називається процесом класифікації.

У процесі класифікації об'єктів часто будуються інформаційні моделі, які мають ієрархічну структуру. У біології весь тваринний світ розглядається як ієрархічна система (тип, клас, загін, сімейство, рід, вид), в інформатиці використовується ієрархічна файлова система і так далі.

Статична ієрархічна модель. Розглянемо процес побудови інформаційної моделі, яка дозволяє класифікувати сучасні комп'ютери. Клас Комп'ютери можна розділити на три підкласу: Суперкомп'ютери, Сервери та Персональні комп'ютери.

Комп'ютери, що входять в підклас Суперкомп'ютери. відрізняються надвисокою продуктивністю і надійністю і використовуються в великих науково-технічних центрах для управління процесами в реальному масштабі часу.

Комп'ютери, що входять в підклас Сервери. мають високу продуктивність і надійністю і використовуються в якості серверів в локальних і глобальних мережах.

Комп'ютери, що входять в підклас Персональні комп'ютери. мають середньою продуктивністю і надійністю і використовуються в офісах і вдома для роботи з різними додатками.

Підклас Персональні комп'ютери ділиться, в свою чергу, на Настільні, Портативні і КПК інші.

В ієрархічній структурі елементи розподіляються за рівнями, від першого (верхнього) рівня до нижнього (останнього) рівня. На першому рівні може розташовуватися тільки один елемент, який є "вершиною" ієрархічної структури. Основне відношення між рівнями полягає в тому, що елемент більш високого рівня може складатися з декількох елементів нижнього рівня, при цьому кожен елемент нижнього рівня може входити до складу лише одного елемента верхнього рівня.

В ієрархічній інформаційної моделі об'єкти розподілені за рівнями. Кожен елемент більш високого рівня може складатися з елементів нижнього рівня, а елемент нижнього рівня може входити до складу лише одного елемента вищого рівня.

У розглянутій ієрархічної моделі, классифицирующей комп'ютери, є три рівні. На першому, верхньому, рівні розташовується елемент Комп'ютери. в нього входять три елементи другого рівня Суперкомп'ютери, Сервери та Персональні комп'ютери. До складу останнього входять три елементи третього, нижнього, рівня Настільні, Портативні і КПК інші.

Зображення інформаційної моделі в формі графа.Граф є зручним способом наочного уявлення структури інформаційних моделей. Вершини графа (овали) відображають елементи системи.

Елементи верхнього рівня перебувають у відношенні "складатиметься з" до елементів більш низького рівня. Такий зв'язок між елементами відображається в формі дуги графа (спрямованої лінії в формі стрілки). Графи, в яких зв'язки між об'єктами несиметричні (як в даному випадку), називаються орієнтованими.

Зобразимо ієрархічну модель, классифицирующую комп'ютери, у вигляді графа (рис. 2.5).

Мал. 2.5. Класифікація комп'ютерів

Отриманий граф нагадує дерево, яке росте зверху вниз, тому ієрархічні графи іноді називають деревами.

Динамічна ієрархічна модель. Для опису історичного процесу зміни поколінь родини використовуються динамічні інформаційні моделі в формі генеалогічного дерева. Як приклад можна розглянути фрагмент (X-XI століття) генеалогічного дерева династії Рюриковичів (рис. 2.6).

Мал. 2.6. Генеалогічне дерево Рюриковичів (X-XI століття)

1. Які системи об'єктів доцільно і можливо представляти за допомогою ієрархічних моделей?

2.4. Побудувати комп'ютерну модель фрагмента ієрархічної системи тваринного світу.

2.5. Побудувати комп'ютерну модель генеалогічного дерева династії Романових.

2.6. Побудувати комп'ютерну модель генеалогічного дерева вашої родини.

Мережеві інформаційні моделі

Мережеві інформаційні моделі застосовуються для відображення систем зі складною структурою, в яких зв'язки між елементами мають довільний характер.

Наприклад, різні регіональні частини глобальної комп'ютерної мережі Інтернет (американська, європейська, українська, австралійська і так далі) пов'язані між собою високошвидкісними лініями зв'язку. При цьому одні частини (наприклад, американська) мають прямі зв'язки з усіма регіональними частинами Інтернету, а інші можуть обмінюватися інформацією між собою тільки через американську частину (наприклад, українська та австралійська).

Побудуємо граф, який відображає структуру глобальної мережі Інтернет (рис. 2.7). Вершинами графа є регіональні мережі. Зв'язки між вершинами носять двосторонній характер і тому зображуються ненаправленими лініями (ребрами), а сам граф тому називається неорієнтованим.

Представлена мережева інформаційна модель є статичною моделлю. За допомогою мережевої динамічної моделі можна, наприклад, описати процес передачі м'яча між гравцями в колективній грі (футболі, баскетболі і так далі).

Мал. 2.7. Мережева структура глобальної мережі Інтернет