Моделирование и формализация

Урок 1.

1. Моделирование. Человечество в своей деятельности постоянно создает и использует модели окружающего мира, и за свою многолетнюю историю накопило богатый опыт моделирования различных объектов и процессов.

Модели позволяют представить в наглядной форме объекты и процессы, недоступные для непосредственного восприятия (очень большие или очень маленькие объекты, очень быстрые или очень медленные процессы, опасные для человека и т.д.). Наглядные модели часто используют в процессе обучения (карты, глобус, муляжи, скелеты и т.д.)

Модели играют важную роль в проектировании и создании различных технических устройств, машин, механизмов, зданий и т.д.

Развитие науки невозможно без создания теоретических моделей (теорий, законов, гипотез), отражающих строение, свойства и поведение реальных объектов.

Все художественное творчество фактически является процессом создания моделей. Практически любое литературное произведение может рассматриваться как модель реальной человеческой жизни. Моделями, в художественной форме отражающими реальную действительность, являются живописные полотна, скульптуры, театральные постановки и пр.

Моделирование – это метод познания, состоящий в создании и исследовании моделей. Что же такое модель?

 

2. Модель. Каждый объект имеет большое количество различных свойств. В процессе построения модели выделяются главные, наиболее существенные для проводимого исследования свойства, которые и изучаются на модели.

Модель – это некий новый объект, который отражает существенные особенности изучаемого объекта, явления или процесса.

Разные науки исследуют объекты и процессы под разными углами и строят различные типы моделей.

! Один и тот же объект может иметь множество моделей, а разные объекты могут описываться одной моделью. Но никакая модель не может заменить сам объект.

 

3. Формы представления моделей. Все модели можно разбить на два больших класса: модели предметные (материальные) и модели информационные.

Предметные модели воспроизводят геометрические, физические и другие свойства объектов в материальной форме (глобус, анатомические муляжи, модели кристаллических решеток, макеты зданий и т.д.).

Информационные модели представляют объекты и процессы в образной или знаковой форме.

Образные модели (рисунки, фотографии и т.д.) представляют собой зрительные образы объектов, зафиксированные на каком-либо носителе информации (бумаге, фото- и кино-пленке и пр.). Образные модели широко используются в науке и в образовании (учебные плакаты по различным предметам).

Знаковые информационные модели строятся с использованием различных языков (знаковых систем). Знаковая информационная модель может быть представлена в форме текста (например, программа на ЯП), формулы (например, какой-либо закон физики), таблицы (таблица Менделеева) и т.д.

 

4. Формализация. На протяжении своей истории человечество использовало различные способы и инструменты для создания информационных моделей.

Для создания описательных информационных моделей используются естественные языки. Модели, изложенные в словесной форме, на естественном языке, называются вербальными.

С помощью формальных языков строятся формальные информационные модели.

Одним из наиболее широко используемых формальных языков является математика. Модели, построенные с использованием математических понятий и формул, называются формальными математическими моделями.

Язык алгебры логики (язык высказываний) позволяет строить формальные логические модели.

Если для построения модели используют язык программирования, то получают формальную компьютерную модель. Таким образом,

Формализация – это процесс построения информационных моделей с помощью формальных языков.

В процессе познания окружающего мира человечество постоянно использует моделирование и формализацию. При изучении нового объекта сначала обычно строится его описательная информационная модель на естественном языке, затем она формализуется, т.е. выражается с использованием формальных языков.

 

5. Визуализация формальных моделей. В процессе исследования формальных моделей часто производится их визуализация (визуальный – видимый). Так, для визуализации алгоритмов используются блок-схемы, для визуализации пространственных соотношений между объектами – чертежи, для моделей электрических цепей – электрические схемы и т.д.