Модели материальные и модели информационные

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 сооружений и др.).

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

Формализация.

Процесс построения информационных моделей с помощью формальных языков называется форма­лизацией.

Естественные языки используются для создания описательных информационных моделей. В исто­рии науки известны многочисленные описательные инфор­мационные модели; например, гелиоцентрическая модель мира, которую предложил Коперник, формулировалась сле­дующим образом:

• Земля вращается вокруг своей оси и вокруг Солнца;

• орбиты всех планет проходят вокруг Солнца.

С помощью формальных языков строятся формальные информационные модели (математические, логические и др.). Одним из наиболее широко используемых формаль­ных языков является математика. Модели, построенные с использованием математических понятий и формул, назы­ваются математическими моделями. Язык математики яв­ляется совокупностью формальных языков. С некоторыми из них (алгебра, геометрия, тригонометрия) вы знакоми­тесь в школе, с другими (теория множеств, теория вероят­ностей и др.) сможете ознакомиться в процессе дальнейше­го обучения.

Язык алгебры позволяет формализовать функциональные зависимости между величинами. Так, Ньютон формализо­вал гелиоцентрическую систему мира, открыв законы меха­ники и закон всемирного тяготения и записав их в виде ал­гебраических функциональных зависимостей. В школьном курсе физики рассматривается много разнообразных функ­циональных зависимостей, выраженных на языке алгебры, которые представляют собой математические модели изуча­емых явлений или процессов.

Язык алгебры логики (алгебры высказываний) позволяет строить формальные логические модели. С помощью алгебры высказываний можно формализовать (записать в виде логи­ческих выражений) простые и сложные высказывания, вы­раженные на естественном языке. Построение логических моделей позволяет решать логические задачи, строить логи­ческие модели устройств компьютера (сумматора, триггера) и так далее.

Процесс построения информационных моделей с помощью формальных языков называется форма­лизацией.

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, то есть выражается с использова­нием формальных языков (математики, логики и др.).

Практические задания

Найти в Интернете и ознакомиться с визуализированными фор­мальными моделями из различных предметных областей.

Теория для выполнения практики

Визуализация формальных моделей. В процессе исследо­вания формальных моделей часто производится их визуали­зация. Для визуализации алгоритмов используются блок-схемы: пространственных соотношений между объек­тами — чертежи, моделей электрических цепей — электри­ческие схемы, логических моделей устройств — логические схемы и так далее.

Так при визуализации формальных физических моделей с помощью анимации может отображаться динамика про­цесса, производиться построение графиков изменения физи­ческих величин и так далее. Визуальные модели обычно яв­ляются интерактивными, то есть исследователь может менять начальные условия и параметры протекания процес­сов и наблюдать изменения в поведении модели.

В качестве примера мож­но рассмотреть модель, ко­торая демонстрирует сво­бодные колебания матема­тического маятника. С по­мощью анимации показы­ваются движение тела и действующие силы, строят­ся графики зависимости от времени угловой координа­ты или скорости, диаграм­мы потенциальной и кине­тической энергий. Исследователь может изме­нять длину нити, угол начального отклонения маятника и коэффициент вязкого трения.