Model, fiziksel olgu ve çevre kavramları. Olayın basitleştirilmiş modeli

Modeli - incelenen sistemin yerini alan ve onun temel yönlerini yeterince yansıtan maddi veya ideal bir nesnedir. Bir nesnenin modeli, ikincil nitelikleri ihmal ederek onun en önemli niteliklerini yansıtır.

Bilgisayar modeli (İngilizce bilgisayar modeli) veya sayısal model (İngilizce hesaplamalı model), ayrı bir bilgisayarda, süper bilgisayarda veya birçok etkileşimli bilgisayarda (bilgi işlem düğümleri) çalışan, bir nesnenin, sistemin veya kavramın temsilini, olduğundan farklı bir biçimde uygulayan bir bilgisayar programıdır. gerçek olanı, ancak sistemin özelliklerini ve zaman içindeki değişimlerinin dinamiklerini karakterize eden bir dizi veriyi içeren algoritmik açıklamaya yakın.

Bilgisayarın yeniden yapılandırılmasından bahsettiğimizde, belirli bir fiziksel olgunun veya ortamın bilgisayar modelinin geliştirilmesini kastediyoruz.

Fiziksel olay – fiziksel bir sistemin konumunu veya durumunu değiştirme süreci. Fiziksel bir fenomen, birbirine bağlı belirli fiziksel niceliklerdeki bir değişiklikle karakterize edilir. Örneğin, fiziksel olaylar, malzeme parçacıklarının bilinen tüm etkileşim türlerini içerir.

Şekil 1, mıknatısların birbirine göre konumu ve yönelimine bağlı olarak, iki mıknatısın oluşturduğu manyetik alandaki değişimin bilgisayar dinamik modelini göstermektedir.

Şekil 1- Manyetik alan değişikliklerinin bilgisayar dinamik modeli

Sunulan bilgisayar modeli, izolinler kullanılarak grafiksel görselleştirme yöntemini kullanarak manyetik alan parametrelerindeki değişikliklerin dinamiklerini yansıtmaktadır. Manyetik alan izolinlerinin yapımı, mıknatısların belirli konumlarındaki polaritesini ve düzlemdeki yönelimini dikkate alan fiziksel bağımlılıklara uygun olarak gerçekleştirilir.

Şekil 2, uzun bir cam tepsinin duvarlarıyla sınırlanan açık bir kanaldaki su akışının bilgisayar simülasyon modelini göstermektedir.

Şekil 2- Açık bir kanaldaki su akışının bilgisayar simülasyon modeli

Bu modelde açık akış parametrelerinin (serbest yüzey şekli, su akışı ve basıncı vb.) hesaplanması, açık akışların hidrodinamiği yasalarına uygun olarak gerçekleştirilir.

Hesaplanan bağımlılıklar, gerçek zamanlı olarak sanal bir üç boyutlu uzayda su akışı modelinin oluşturulduğu algoritmanın temelini oluşturur. Sunulan bilgisayar modeli, akışın uzunluğu boyunca çeşitli noktalarda su yüzeyi işaretlerinin geometrik ölçümlerini yapmanızı, ayrıca su akışını ve diğer yardımcı parametreleri belirlemenizi sağlar. Elde edilen verilere dayanarak gerçek fiziksel süreci incelemek mümkündür.

Verilen örneklerde, fiziksel bir olgunun grafiksel olarak görselleştirildiği bilgisayar simülasyon modelleri ele alınmaktadır. Ancak bilgisayar modelleri, çalışmanın nesnesi hakkında görsel veya grafiksel bilgi içermeyebilir. Aynı fiziksel süreç veya olgu, görsel simülasyon modelinin oluşturulduğu algoritmanın aynısı kullanılarak bir dizi ayrı veri olarak temsil edilebilir.

Bu nedenle, bilgisayar modelleri oluşturmanın ana görevi, kapsamlı analitik veriler elde ederek fiziksel bir olgunun veya sürecin işlevsel bir çalışmasıdır ve bilgisayar modeliyle etkileşimli kullanıcı etkileşimi olasılığı ile modelin grafiksel yorumlanması da dahil olmak üzere birçok ikincil görev olabilir. . Mekanik sistem

(veya maddi noktalar sistemi), maddi noktaların (veya sorunun koşullarına göre maddi noktalar olarak kabul edilmesinin mümkün olduğu ortaya çıkan cisimlerin) bir koleksiyonudur.Teknik bilimlerde medya, sürekli (sürekli) ve ayrık medyaya ayrılır. Bu bölüm bir dereceye kadar yaklaşıktır

veya yaklaşım, çünkü fiziksel madde doğası gereği ayrıktır ve süreklilik (süreklilik) kavramı zaman gibi bir niceliği ifade eder. Başka bir deyişle, örneğin bir sıvı veya gaz gibi "sürekli" bir ortam, ayrı elementlerden (moleküller, atomlar, iyonlar vb.) oluşur, ancak bu yapısal öğelerin zaman içindeki değişimini matematiksel olarak tanımlamak son derece zordur. bu nedenle bu tür sistemlere sürekli ortam mekaniği yöntemlerinin uygulanması oldukça mantıklıdır.

"Belov, V.V. Bilimsel, teknik ve eğitimsel sorunların çözümünde bilgisayar uygulaması: ders kitabı / V.V. Belov, I.V. Obraztsov, V.K. Ivanov, E.N. Konoplev // Tver: TvSTU, 2015. 108 s."

Model (Latince modülden - ölçü, örnek, norm)

a) en geniş anlamda - simüle edilmiş bir nesnenin (orijinal) herhangi bir zihinsel veya sembolik görüntüsü. Bunlar arasında epistemolojik görüntüler (çalışılan bir nesnenin çoğaltılması, gösterilmesi veya bilimsel açıklamalar, teoriler, formüller, alıştırma sistemleri vb. biçiminde nesneler sistemi), diyagramlar, çizimler, grafikler, planlar, haritalar vb.; b) incelenen nesnenin özelliklerini yeniden üreten, özel olarak oluşturulmuş veya özel olarak seçilmiş bir nesne. Modern bilimde önemli bir rol sözde tarafından oynanır. sembolik M., formüller, denklemler, grafikler vb. biçiminde incelenen nesneler, olaylar ve çeşitli süreçler arasındaki temel ilişkileri göstermeye izin verir. İmzalı bir denklem örneği, matematikte bir sınıfın zaman içindeki akışını tanımlayan (modelleyen) bir diferansiyel denklemdir. fiziksel süreç. İşaret sembolleri bilgisayar bilimlerinde uygun bilgisayar programları oluşturulurken yaygın olarak kullanılmaktadır; Bunlar, insan beyninin aktivitesine özgü ve yaratıcı nitelikteki karmaşık sorunların çözümünü yeniden üreten makineleri içerir (M, bilgisayar biliminde yapay zeka olarak anılır). Model ile üzerinde çalışılan nesne (orijinal) arasında, ki bu çok karmaşık bir sistem olabilir, bazı fiziksel özelliklerde, yapıda veya işlevlerde benzerlikler olmalıdır (bkz: Modelleme).

Matematiksel mantıkta matematik, bir yarı-l'nin yorumlanması olarak anlaşılmaktadır. mantıksal-matematiksel önermeler ve sistemleri. Matematiksel mantıkta geliştirilen matematik teorisinde, bir model, üzerinde tanımlanmış işlevler ve yüklemler bulunan keyfi bir öğeler kümesi olarak anlaşılır (bkz: Mantıksal anlambilim). M. kavramı, yansıma, doğruluk, benzerlik, farklılık, gerçeğe benzerlik vb. Kavramlarına dayandığı için bilgi teorisinin merkezi ve karmaşık kavramlarından biridir; bilim metodolojisindeki rolü çok büyüktür.

Mantık sözlüğü. - M.: Tumanit, ed. VLADOS merkezi. A.A.Ivin, A.L.Nikiforov. 1997 .

Diğer sözlüklerde “modelin” ne olduğunu görün:

modeli- ve f. modele m., o. modello Almanca Model, zemin modeli. 1. Başka bir malzemeye döküm yapmak veya çoğaltmak için kalıbın çıkarıldığı bir numune. BAS 1. Bir tabak modelini keskinleştirin, oymalar yapın, kalıplar yapın 11/15/1717 Antonio Bonaveri ile sözleşme... Rus Dilinin Galyacılığın Tarihsel Sözlüğü

- (toplam talep ve toplam arz modeli) kısa ve uzun vadede değişen fiyatlar koşullarında makroekonomik dengeyi dikkate alan makroekonomik model... Vikipedi

1) bir nesnenin küçültülmüş boyutlarda çoğaltılması; 2) resim veya heykel için model görevi gören bir bakıcı; 3) herhangi bir ürünün yapıldığı bir örnek. Rus dilinde yer alan yabancı kelimeler sözlüğü. Pavlenkov F., 1907 ... Rus dilinin yabancı kelimeler sözlüğü

Sosyolojide kullanılan insan ruhunun işleyişinin bir modeli. Bu model, dört yatay düzeyde ve iki dikey blokta 2x4'lük bir dikdörtgen şeklinde şematik olarak düzenlenmiş, psişedeki sekiz işlevi varsayımsal olarak tanımlar.... ... Vikipedi

- [de], modeller, kadınlar. (Fransız modeli). 1. Bazı ürünlerin numunesi, örnek kopyası (özel). Ürün modeli. Elbise modeli. 2. Bir tür yapının (teknik) genellikle indirgenmiş biçimde çoğaltılmış bir örneği. Araba modeli. 3. Tür,... ... Ushakov'un Açıklayıcı Sözlüğü

Örneğe bakın... Eşanlamlılar sözlüğü

modeli- Bir nesnenin veya parçalarının yapısını ve işleyişini gösteren büyük ölçekli bir konu örneği [12 dilde inşaat terminolojik sözlüğü (VNIIS Gosstroy SSCB)] modeli Bir sistemin, sürecin, BT hizmetinin, konfigürasyon öğesinin temsili.. . Teknik Çevirmen Kılavuzu

- (model) Gerçek bir ekonominin belirli yönlerini simüle etmek için kullanılan basitleştirilmiş bir sistem. İktisat teorisi basitleştirilmiş modeller kullanmak zorunda kalıyor: Gerçek dünya ekonomisi o kadar büyük ve karmaşık ki, bu kesinlikle imkansız... ... Ekonomik sözlük

- (Fransız modele, Latince modül ölçüsü, örnek, normdan), bilimin mantığı ve metodolojisinde bir analog (şema, yapı, işaret sistemi) tanımlanmıştır. doğal ya da toplumsal gerçekliğin bir parçası, insanın yaratımı. kültür, kavramsal olarak teorik... ... Felsefi Ansiklopedi

Belirli bazı kriterlere göre incelenen nesnelere (süreçlere) uygun olan nesnelerin veya süreçlerin soyut veya gerçek temsili. Örneğin, katmanlamanın matematiksel modeli (sürecin soyut modeli), blok diyagram... ... Jeolojik ansiklopedi

- (IS LM modeli) Makroekonomide genel dengenin son derece basit bir örneği olarak sıklıkla kullanılan bir model. IS eğrisi, milli gelir Y ile faiz oranı r'nin birleşimini gösterir. Ekonomik sözlük

Kitaplar

• Modeli. Cilt 3, Lee So. Genç Jay Su olağanüstü bir ressam olmayı hayal ediyor. Okumak için Avrupa'ya geldiğinde, tipik bir öğrencinin dikkatsiz hayatını sürdürüyor, ta ki bir akşam arkadaşı onu evine getirene kadar...

Bu yazıda bilgisayar bilimlerinde modelleme konusunu mümkün olduğunca ayrıntılı olarak analiz etmeyi öneriyoruz. Bu bölüm, bilgi teknolojisi alanında geleceğin uzmanlarını yetiştirmek açısından büyük önem taşımaktadır.

Herhangi bir sorunu (endüstriyel veya bilimsel) çözmek için bilgisayar bilimi aşağıdaki zinciri kullanır:

“Model” kavramına özellikle dikkat etmek önemlidir. Bu bağlantı olmadan sorunun çözümü mümkün olmayacaktır. Model neden kullanılıyor ve bu terimle ne kastediliyor? Bir sonraki bölümde bunun hakkında konuşacağız.

Modeli

Bilgisayar bilimlerinde modelleme, gerçek hayattaki herhangi bir nesnenin tüm temel özelliklerini ve özelliklerini yansıtan bir görüntüsünün oluşturulmasıdır. Bir problemin çözümüne yönelik bir model, aslında çözüm sürecinde kullanıldığı için gereklidir.

Okulun bilgisayar bilimleri dersinde modelleme konusu altıncı sınıfta işlenmeye başlıyor. Başlangıçta çocuklara model kavramının tanıtılması gerekir. Nedir?

• Basitleştirilmiş nesne benzerliği;
• Gerçek bir nesnenin daha küçük bir kopyası;
• Bir olgunun veya sürecin şeması;
• Bir olgunun veya sürecin görüntüsü;
• Bir olgunun veya sürecin açıklaması;
• Bir nesnenin fiziksel benzeri;
• Bilgi analogu;
• Gerçek nesnenin özelliklerini yansıtan yer tutucu nesne vb.

Model, yukarıda da açıkça görüldüğü gibi çok geniş bir kavramdır. Tüm modellerin genellikle gruplara ayrıldığına dikkat etmek önemlidir:

• malzeme;
• mükemmel.

Maddi model, gerçek hayattaki bir nesneye dayanan bir nesne olarak anlaşılmaktadır. Herhangi bir vücut veya süreç olabilir. Bu grup genellikle iki türe daha ayrılır:

• fiziksel;
• analog.

Bu sınıflandırma şartlıdır çünkü bu iki alt tür arasında net bir sınır çizmek çok zordur.

İdeal modeli karakterize etmek daha da zordur. Şunlarla ilgilidir:

• düşünme;
• hayal gücü;
• algı.

Buna sanat eserleri de dahildir (tiyatro, resim, edebiyat vb.).

Modelleme Hedefleri

Bilgisayar bilimlerinde modelleme birçok amaca hizmet etmesi nedeniyle oldukça önemli bir aşamadır. Şimdi sizi onları tanımaya davet ediyoruz.

Her şeyden önce modelleme çevremizdeki dünyayı anlamaya yardımcı olur. Çok eski zamanlardan beri insanlar edindikleri bilgileri biriktirdiler ve torunlarına aktardılar. Böylece gezegenimizin (dünyamızın) bir modeli ortaya çıktı.

Geçtiğimiz yüzyıllarda, artık hayatımıza sıkı sıkıya yerleşmiş olan, var olmayan nesneler (şemsiye, değirmen vb.) üzerinde modelleme yapıldı. Şu anda modelleme aşağıdakileri hedeflemektedir:

• herhangi bir sürecin sonuçlarının belirlenmesi (seyahat maliyetinin arttırılması veya kimyasal atıkların yer altında geri dönüştürülmesi);
• Alınan kararların etkililiğini sağlamak.

Modelleme görevleri

Bilgi modeli

Şimdi bir okulun bilgisayar bilimi dersinde incelenen başka bir model türünden bahsedelim. Gelecekteki her BT uzmanının uzmanlaşması gereken bilgisayar modelleme, bilgisayar araçlarını kullanarak bir bilgi modeli uygulama sürecini içerir. Peki nedir bu, bir bilgi modeli mi?

Bir nesne hakkındaki bilgilerin tam listesidir. Bu model neyi açıklıyor ve hangi yararlı bilgileri içeriyor:

• modellenen nesnenin özellikleri;
• onun durumu;
• dış dünyayla bağlantılar;
• dış nesnelerle ilişkiler.

Bilgi modeli olarak neler hizmet edebilir:

• sözlü açıklama;
• metin;
• çizim;
• masa;
• şema;
• çizim;
• formül vb.

Bilgi modelinin ayırt edici özelliği, dokunulamaması, tadına bakılamamasıdır. Bilgi şeklinde sunulduğu için maddi bir düzenleme taşımamaktadır.

Model oluşturmaya sistematik yaklaşım

Okul müfredatının hangi sınıfında modelleme konusu işleniyor? 9. sınıf bilgisayar bilimleri öğrencilere bu konuyu daha ayrıntılı olarak tanıtıyor. Çocuk modellemeye sistematik yaklaşımı bu sınıfta öğrenir. Bu konuyu biraz daha detaylı konuşmamızı öneririz.

“Sistem” kavramıyla başlayalım. Belirli bir görevi gerçekleştirmek için birlikte çalışan, birbirine bağlı öğelerden oluşan bir gruptur. Bir nesne belirli bir ortamda çalışan bir sistem olarak kabul edildiğinden, bir model oluşturmak için sıklıkla sistem yaklaşımı kullanılır. Herhangi bir karmaşık nesne modellenirse, sistem genellikle daha küçük parçalara (alt sistemlere) bölünür.

Kullanım amacı

Şimdi modellemenin hedeflerine bakacağız (bilgisayar bilimleri, 11. sınıf). Daha önce tüm modellerin belirli türlere ve sınıflara ayrıldığı ancak aralarındaki sınırların keyfi olduğu söylenmişti. Modellerin genellikle sınıflandırıldığı çeşitli özellikler vardır: amaç, bilgi alanı, zaman faktörü, sunum yöntemi.

Hedeflere gelince, aşağıdaki türleri ayırt etmek gelenekseldir:

• eğitici;
• deneyimli;
• taklit;
• oyun;
• bilimsel ve teknik.

İlk tür eğitim materyallerini içerir. İkincisi, gerçek nesnelerin (bir yapının modeli, bir uçak kanadı vb.) küçültülmüş veya büyütülmüş kopyalarıdır. Bir olayın sonucunu tahmin etmenizi sağlar. Simülasyon modelleme tıpta ve sosyal alanda sıklıkla kullanılmaktadır. Örneğin model, insanların belirli bir reforma nasıl tepki vereceğini anlamaya yardımcı oluyor mu? Organ nakli için bir kişiye ciddi bir operasyon yapılmadan önce birçok deney yapıldı. Başka bir deyişle simülasyon modeli, bir sorunu deneme yanılma yoluyla çözmenize olanak tanır. Oyun modeli bir tür ekonomik, ticari veya askeri oyundur. Bu modeli kullanarak bir nesnenin farklı durumlardaki davranışını tahmin edebilirsiniz. Herhangi bir süreci veya olguyu (yıldırım deşarjını simüle eden bir cihaz, güneş sistemindeki gezegenlerin hareketinin bir modeli vb.) incelemek için bilimsel ve teknik bir model kullanılır.

Uzmanlık alanı

Öğrenciler modellemeye hangi sınıfta daha detaylı bir şekilde tanıtılıyor? 9. sınıf bilgisayar bilimleri, öğrencilerini yükseköğretim kurumlarına giriş sınavlarına hazırlamaya odaklanır. Birleşik Devlet Sınavı ve Devlet Sınavı biletleri modelleme ile ilgili sorular içerdiğinden, artık bu konunun mümkün olduğunca ayrıntılı olarak ele alınması gerekmektedir. Peki bilgi alanına göre sınıflandırma nasıl gerçekleşir? Bu özelliğe dayanarak aşağıdaki türler ayırt edilir:

• biyolojik (örneğin hayvanlarda yapay olarak ortaya çıkan hastalıklar, genetik bozukluklar, kötü huylu neoplazmlar);
• şirketin davranışı, piyasa fiyatı oluşum modeli vb.);
• tarihsel (aile ağacı, tarihi olayların modelleri, Roma ordusunun modeli vb.);
• sosyolojik (kişisel çıkar modeli, bankacıların yeni ekonomik koşullara uyum sağlamadaki davranışları) vb.

Zaman faktörü

Bu özelliğe göre iki tür model ayırt edilir:

• dinamik;
• statik.

Yalnızca ismine bakılırsa birinci türün bir nesnenin zaman içindeki işleyişini, gelişimini ve değişimini yansıttığını tahmin etmek hiç de zor değil. Statik ise tam tersine, bir nesneyi zamanın belirli bir noktasında tanımlama yeteneğine sahiptir. Bu türe bazen yapısal denir, çünkü model nesnenin yapısını ve parametrelerini yansıtır, yani onun hakkındaki bilgilerin anlık görüntüsünü sağlar.

Örnekler:

• güneş sistemindeki gezegenlerin hareketini yansıtan bir dizi formül;
• hava sıcaklığı değişimlerinin grafiği;
• volkanik bir patlamanın video kaydı vb.

İstatistiksel model örnekleri şunlardır:

• güneş sisteminin gezegenlerinin listesi;
• alan haritası vb.

Sunum yöntemi

Öncelikle tüm modellerin bir formu ve şekli olduğunu, her zaman bir şeyden yapıldığını, bir şekilde temsil edildiğini veya tanımlandığını söylemek çok önemlidir. Bu kritere göre şu şekilde kabul edilir:

• malzeme;
• maddi olmayan.

İlk tür, mevcut nesnelerin maddi kopyalarını içerir. Onlara dokunabilir, koklayabilir vb. Bir nesnenin dış veya iç özelliklerini ve eylemlerini yansıtırlar. Malzeme modellerine neden ihtiyaç duyulur? Deneysel biliş yöntemi (deneysel yöntem) için kullanılırlar.

Daha önce soyut modellere de değinmiştik. Teorik bir biliş yöntemi kullanırlar. Bu tür modellere genellikle ideal veya soyut denir. Bu kategori birkaç alt türe daha ayrılmıştır: hayali modeller ve bilgilendirici modeller.

Bilgi modelleri, bir nesne hakkında çeşitli bilgilerin bir listesini sağlar. Bilgi modeli tablolar, resimler, sözlü açıklamalar, diyagramlar vb. olabilir. Bu modele neden soyut deniyor? Bütün mesele şu ki, onun maddi bir düzenlemesi olmadığı için ona dokunamazsınız. Bilgi modelleri arasında ikonik ve görsel arasında bir ayrım yapılmaktadır.

Hayali model, maddi bir nesnenin yaratılmasından önce kişinin hayal gücünde gerçekleşen yaratıcı süreçlerden biridir.

Modelleme aşamaları

9. sınıf bilgisayar bilimleri konusu “Modelleme ve Biçimlendirme” oldukça fazla ağırlığa sahiptir. Mutlaka öğrenilmesi gereken bir şey. 9-11. Sınıflarda öğretmenin öğrencilere model oluşturma aşamalarını tanıtması gerekir. Şimdi yapacağımız şey bu. Yani, aşağıdaki modelleme aşamaları ayırt edilir:

• sorunun anlamlı ifadesi;
• problemin matematiksel formülasyonu;
• bilgisayarları kullanarak geliştirme;
• modelin işleyişi;
• sonucu almak.

Bizi çevreleyen her şeyi incelerken modelleme ve biçimlendirme süreçlerinin kullanıldığını unutmamak önemlidir. Bilgisayar bilimi, sorunları incelemek ve çözmek için modern yöntemlere adanmış bir konudur. Sonuç olarak, bilgisayar kullanılarak uygulanabilecek modellere vurgu yapılmaktadır. Elektronik bilgisayarlar kullanılarak bir çözüm algoritmasının geliştirilmesine bu konuya özellikle dikkat edilmelidir.

Nesneler arasındaki ilişkiler

Şimdi biraz nesneler arasındaki bağlantılardan bahsedelim. Toplamda üç tür vardır:

• bire bir (böyle bir bağlantı, bir yönde veya diğer yönde tek yönlü bir okla gösterilir);
• bire çok (birden çok ilişki çift okla gösterilir);
• çoktan çoğa (bu ilişki çift okla gösterilir).

Bağlantıların koşullu veya koşulsuz olabileceğini unutmamak önemlidir. Koşulsuz bir bağlantı, bir nesnenin her örneğinin kullanılmasını içerir. Ve koşullu ifadede yalnızca bireysel unsurlar yer alır.

Her modern insan her gün “nesne” ve “model” kavramlarıyla karşılaşmaktadır. Nesnelere örnek olarak hem dokunulabilen nesneler (kitap, toprak, masa, kalem, kurşun kalem) hem de erişilemeyen nesneler (yıldızlar, gökyüzü, meteorlar), sanatsal yaratıcılık ve zihinsel aktivite nesneleri (kompozisyon, şiir, problem çözme, resim, müzik ve diğerleri) verilebilir. ). Üstelik her nesne kişi tarafından yalnızca tek bir bütün olarak algılanır.

Nesne. Türler. Özellikler

Yukarıdakilere dayanarak, nesnenin tek bir bütün olarak algılanabilecek dış dünyanın bir parçası olduğu sonucuna varabiliriz. Her algı nesnesinin onu diğerlerinden ayıran kendine has özellikleri vardır (şekil, kullanım alanı, renk, koku, boyut vb.). Bir nesnenin en önemli özelliği adıdır ancak onun tam ve niteliksel bir tanımı için yalnızca adı yeterli değildir. Bir nesne ne kadar eksiksiz ve ayrıntılı tanımlanırsa, onu tanıma süreci de o kadar kolay olur.

Modeller. Tanım. sınıflandırma

Kişi, faaliyetlerinde (eğitimsel, bilimsel, sanatsal, teknolojik) günlük olarak mevcut olanları kullanır ve dış dünyanın yeni modellerini yaratır. Doğrudan algıyla erişilemeyen (çok küçük veya tersine çok büyük, çok yavaş veya çok hızlı, çok uzak vb.) süreçler ve nesneler hakkında bir izlenim oluşturmanıza olanak tanır.

Yani model, incelenen olgunun, nesnenin veya sürecin en önemli özelliklerini yansıtan bir nesnedir. Birden fazla nesnenin tek bir modelle tanımlanabilmesi gibi, aynı nesnenin modellerinin de çeşitli varyasyonları olabilir. Örneğin mekanikte, maddi kabuklu farklı cisimler, yani aynı modelle (kişi, araba, tren, uçak) ifade edilebildiğinde benzer bir durum ortaya çıkar.

Hiçbir modelin gösterilen nesnenin tam olarak yerini alamayacağını, çünkü yalnızca bazı özelliklerini gösterdiğini unutmamak önemlidir. Ancak bazen, çeşitli bilimsel ve endüstriyel eğilimlerin belirli problemlerini çözerken, modelin görünümünün bir açıklaması yalnızca yararlı olmakla kalmaz, aynı zamanda nesnenin özelliklerini sunmak ve incelemek için tek fırsat olabilir.

Modelleme öğelerinin uygulama kapsamı

Modeller insan yaşamının çeşitli alanlarında önemli bir rol oynar: bilim, eğitim, ticaret, tasarım ve diğerleri. Örneğin, bunların kullanımı olmadan teknik cihazların, mekanizmaların, elektrik devrelerinin, makinelerin, binaların vb. Tasarlanması ve montajı imkansızdır, çünkü ön hesaplamalar ve çizim oluşturulmadan en basit parçanın üretimi bile imkansızdır.

Modeller genellikle eğitim amaçlı kullanılır. Bunlara görsel denir. Örneğin coğrafyadan, kişi dünyayı inceleyerek Dünya'nın bir gezegen olduğu hakkında fikir edinir. Görsel modeller aynı zamanda diğer bilimlerle de (kimya, fizik, matematik, biyoloji ve diğerleri) ilgilidir.

Buna karşılık, doğa bilimleri (biyoloji, kimya, fizik, geometri) çalışmalarında teorik modeller talep edilmektedir. İncelenen nesnelerin özelliklerini, davranışlarını ve yapısını yansıtırlar.

Bir süreç olarak modelleme

Modelleme, mevcut modellerin incelenmesini ve yenilerinin oluşturulmasını içeren bir biliş yöntemidir. Bu ilmin bilgi konusu bir modeldir. çeşitli özelliklerine göre sıralanmıştır. Bildiğiniz gibi her nesnenin birçok özelliği vardır. Belirli bir model oluştururken, yalnızca görevi çözmek için en önemli olanlar vurgulanır.

Model yaratma süreci tüm çeşitliliğiyle sanatsal yaratıcılıktır. Bu bakımdan hemen hemen her sanat veya edebiyat eseri, gerçek bir nesnenin modeli olarak değerlendirilebilir. Örneğin resimler gerçek manzaraların, natürmortların, insanların, edebi eserlerin ise insan yaşamının modelleridir vb. Örneğin, aerodinamik niteliklerini incelemek için bir uçağın modelini oluştururken, orijinalin geometrik özelliklerini ona yansıtmak önemlidir, ancak rengi kesinlikle önemsizdir.

Aynı nesneler farklı bilimler tarafından farklı bakış açılarından incelenir ve buna göre çalışma modellerinin türleri de farklı olacaktır. Örneğin fizik, nesnelerin etkileşiminin süreçlerini ve sonuçlarını inceler, kimya kimyasal bileşimi inceler, biyoloji organizmaların davranışını ve yapısını inceler.

Zaman faktörüne ilişkin model

Modeller zamana göre statik ve dinamik olmak üzere ikiye ayrılır. İlk türün bir örneği, bir kişinin klinikte tek seferlik muayenesidir. Mevcut sağlık durumunun bir resmini gösterirken, tıbbi kaydı da belirli bir süre içinde vücutta meydana gelen değişiklikleri yansıtan dinamik bir model olacak.

Modeli. Şekle göre model türleri

Zaten açık olduğu gibi, modeller farklı özelliklerde farklılık gösterebilir. Bu nedenle, şu anda bilinen tüm veri modeli türleri iki ana sınıfa ayrılabilir: maddi (konu) ve bilgilendirici.

Birinci tür, nesnelerin fiziksel, geometrik ve diğer özelliklerini maddi biçimde (anatomik model, küre, bina modeli vb.) aktarır.

Türler uygulama biçiminde farklılık gösterir: sembolik ve mecazi. Figüratif modeller (fotoğraflar, çizimler vb.), belirli bir ortama (fotoğraf, film, kağıt veya dijital) kaydedilen nesnelerin görsel olarak gerçekleştirilmesidir.

Eğitim sürecinde (posterler) ve çeşitli bilimlerin (botanik, biyoloji, paleontoloji ve diğerleri) incelenmesinde yaygın olarak kullanılmaktadırlar. İşaret modelleri, nesnelerin bilinen dil sistemlerinden birinin sembolleri biçimindeki uygulamalarıdır. Formüller, metinler, tablolar, diyagramlar vb. şeklinde sunulabilirler. Bir işaret modeli oluştururken (model türleri, özellikle bir nesnenin belirli özelliklerini incelemek için gereken içeriği iletir), iyi bilinen birkaç dilin aynı anda kullanıldığı durumlar vardır. Bu durumda bir örnek, hem grafik sembollerin hem de dil sistemlerinden birinin sembollerinin kullanıldığı çeşitli grafikler, diyagramlar, haritalar ve benzerleridir.

Yaşamın çeşitli alanlarından gelen bilgileri yansıtmak için üç ana bilgi modeli türü kullanılır: ağ, hiyerarşik ve tablo. Bunlardan en popüler olanı, nesnelerin çeşitli durumlarını ve karakteristik verilerini kaydetmek için kullanılan sonuncusudur.

Modelin tablo halinde uygulanması

Bu tür bilgi modeli yukarıda da belirtildiği gibi en ünlüsüdür. Şuna benziyor: Sütunları dünyanın bilinen işaret dillerinden birinin sembolleriyle dolu, satır ve sütunlardan oluşan düzenli bir dikdörtgen tablodur. Tablo modelleri aynı özelliklere sahip nesneleri karakterize etmek için kullanılır.

Onların yardımıyla çeşitli bilimsel alanlarda hem dinamik hem de statik modeller oluşturulabilir. Örneğin matematiksel fonksiyonları, çeşitli istatistikleri, tren tarifelerini vb. içeren tablolar.

Matematiksel model. Model türleri

Ayrı bir tür bilgi modeli matematikseldir. Tüm türler genellikle cebir dilinde yazılmış denklemlerden oluşur. Bu sorunların çözümü, kural olarak, bir değişkenin formül biçiminde ifade edilmesine katkıda bulunan eşdeğer dönüşümlerin aranması sürecine dayanmaktadır. Bazı denklemlerin (ikinci dereceden, doğrusal, trigonometrik vb.) kesin çözümleri de vardır. Sonuç olarak, bunları çözmek için, yaklaşık olarak belirlenmiş bir doğrulukla çözüm yöntemlerinin, başka bir deyişle sayısal (yarım bölme yöntemi), grafik (grafikleme) ve diğerleri gibi matematiksel veri türlerinin kullanılması gerekir. Yarım bölme yönteminin yalnızca fonksiyonun belirli değerlerde kutupsal değerler aldığı segment biliniyorsa kullanılması tavsiye edilir.

Ve bir grafik oluşturma yöntemi birleşiktir. Hem yukarıda açıklanan durumda hem de denklemlerin "kaba" çözümü olarak adlandırılan çözüm durumunda çözümün kesin olmadığı ve yalnızca yaklaşık olduğu durumlarda kullanılabilir.

Gerçekliğin temsil edilme biçimine bağlı olarak üç ana model türü vardır: buluşsal, fiziksel ve matematiksel.

Sezgisel modeller , Kural olarak bunlar insanın hayal gücüyle çizilmiş görüntülerdir. Tanımları doğal dildeki sözcüklerle yapılır ve genellikle belirsiz ve özneldir. Bu modeller resmileştirilemez, yani gerçek süreçlerin ve olayların temsili temelinde doğmalarına rağmen resmi mantıksal ve matematiksel ifadelerle tanımlanmazlar. Sezgisel modelleme, sıradan ve yerleşik olanın dışına çıkmanın ana yoludur. Ancak böyle bir modelleme yeteneği, her şeyden önce kişinin hayal gücünün zenginliğine, deneyimine ve bilgisine bağlıdır. Sezgisel modeller, tasarımın (veya diğer faaliyetlerin) ilk aşamalarında, geliştirilmekte olan nesne hakkında bilginin hala az olduğu durumlarda kullanılır. Daha sonraki tasarım aşamalarında bu modeller daha spesifik ve doğru modellerle değiştirilir.

Fiziksel modeller - malzeme, ancak gerçek nesneden veya onun bir kısmından boyut, sayı ve eleman malzemesi bakımından farklı olabilir. Boyut seçimi uygun olarak gerçekleştirilir. benzerlik teorisi. Fiziksel modeller gerçek ürünleri, numuneleri, deneysel ve tam ölçekli modelleri içerir.

Fiziksel modeller üç boyutlu (modeller ve düzenler) ve düz (şablonlar) olarak ikiye ayrılır.

Altında modeliİncelenen nesnenin basitleştirilmiş benzerliği olan bir ürünü anlayın.

Altında ayaklar altına almak Bir nesnenin basitleştirilmiş ortogonal projeksiyon veya kontur taslağı biçiminde düz, büyük ölçekli temsili olan bir ürünü anlayın. Trempletler filmden, kartondan vb. kesilir ve binaların, tesislerin ve yapıların araştırma ve tasarımında kullanılır.

Altında düzen modellerden veya trampletlerden bir araya getirilmiş bir ürünü anlayın.

Fiziksel modelleme bilgimizin temelidir ve hipotezlerimizi ve hesaplama sonuçlarımızı test etmenin bir yoludur. Böyle bir model, bir olguyu veya süreci tüm çeşitliliğiyle kapsamanıza olanak tanır, en yeterli ve doğrudur, ancak oldukça pahalıdır, emek yoğundur ve daha az evrenseldir. Öyle ya da böyle, tasarımın her aşamasında fiziksel modeller kullanılır.

Matematiksel modeller - resmileştirilmiş, yani. kural olarak, gerçek süreçleri ve fenomenleri (fiziksel, zihinsel, sosyal vb.) yansıtan, birbiriyle ilişkili bir dizi matematiksel ve resmi mantıksal ifadeyi temsil ederler. Sunum formundaki modeller şunlar olabilir:

Analitik olarak çözümleri kapalı bir biçimde, işlevsel bağımlılıklar biçiminde aranır. Tanımlanan olgunun veya sürecin özünü analiz ederken kullanışlıdırlar ancak çözümlerini bulmak çok zor olabilir;

Sayısaldır, çözümleri ayrı bir sayı dizisidir (tablolar). Modeller evrenseldir, karmaşık sorunları çözmeye uygundur, ancak parametreler arasında ilişkiler kurarken ve analiz ederken görsel ve emek yoğun değildir. Şu anda bu tür modeller yazılım biçiminde uygulanmaktadır. kompleksler - Bilgisayardaki hesaplamalar için yazılım paketleri. Yazılım sistemleri, konu alanına ve belirli bir sisteme, olguya, sürece ve genele bağlı olarak evrensel matematiksel ilişkilerin uygulanması (örneğin, bir cebirsel denklem sisteminin hesaplanması) uygulanabilir.

Matematiksel modellerin oluşturulması aşağıdaki yollarla mümkündür:

Analitik olarak, yani fiziksel yasalardan, matematiksel aksiyomlardan veya teoremlerden türetilerek;

Deneysel olarak, yani deneysel sonuçları işleyerek ve yaklaşık (yaklaşık olarak çakışan) bağımlılıkları seçerek.

Matematiksel modeller daha evrenseldir, daha ucuzdur ve "saf" bir deney oluşturmanıza (yani, modelin doğruluğu dahilinde, diğerleri sabit kalırken belirli bir faktörün etkisini incelemenize) ve bir olayın gelişimini tahmin etmenize olanak tanır. olgu veya süreç. Matematiksel modeller, bilgisayar modelleri oluşturmanın ve bilgisayar teknolojisini kullanmanın temelini oluşturur. Matematiksel modellemenin sonuçları, elde edilen verileri doğrulamak ve modelin kendisini geliştirmek için fiziksel modelleme verileriyle zorunlu olarak karşılaştırılmasını gerektirir.

Sezgisel ve matematiksel modeller arasındaki ara ürün şunları içerir: grafik modeller , çeşitli görüntüleri temsil eden - diyagramlar, grafikler, çizimler. Böylece, belirli bir nesnenin taslağı (basitleştirilmiş görüntü) büyük ölçüde buluşsal özelliklerle karakterize edilir ve çizim, modellenen nesnenin iç ve dış bağlantılarını zaten belirtir.

Orta düzey aynı zamanda analog modeller . Benzer matematiksel modellere sahip diğer fiziksel olayları inceleyerek fiziksel olayları veya matematiksel ifadeleri incelemeye izin verirler.

Model tipinin seçimi, söz konusu nesne hakkındaki ilk bilgilerin hacmine ve niteliğine ve tasarımcının ve araştırmacının yeteneklerine bağlıdır. Gerçekliğe artan düzeyde uygunluk açısından, modeller şu seride düzenlenebilir: buluşsal (figüratif) - matematiksel - fiziksel (deneysel).

Teknik sistemler amaç, tasarım ve çalışma koşullarına göre farklılık gösterir. Sonuç olarak, modellerine uygun farklılıkların dahil edilmesi mümkün ve gereklidir.

Çalışmanın hedeflerine bağlı olarak aşağıdaki modeller ayırt edilir:

İşlevsel, sistem öğelerinin işlevsel amacını, iç bağlantılarını ve diğer sistemlerle bağlantılarını incelemek için tasarlanmıştır;

Fonksiyonel-fiziksel, sistemde kullanılan fiziksel olayların özünü ve amacını, ilişkilerini incelemek için tasarlanmıştır;

Sistemin etkili işleyişini sağlayan belirli özelliklerini incelemek için tasarlanmış kinematik, güç, dinamik ve diğerleri gibi süreç ve olgu modelleri.

Modeller ayrıca basit ve karmaşık, homojen ve heterojen, açık ve kapalı, statik ve dinamik, olasılıksal ve deterministik olarak da ayrılır.

Genellikle teknik bir sistemden basit ya da karmaşık, kapalı ya da açık vb. şeklinde söz edilir. Gerçekte kastedilen sistemin kendisi değil, modelinin olası şekli, yapısının özelliği ya da çalışma koşulları vurgulanır.

Sistemleri bölümlere ayırmaya yönelik açık kurallar karmaşık Ve basit mevcut değil. Tipik olarak, karmaşık sistemlerin bir işareti, gerçekleştirilen işlevlerin çeşitliliği, çok sayıda bileşen parçası, bağlantıların dallanmış doğası, dış çevre ile yakın ilişki, rastgelelik unsurlarının varlığı, zaman içindeki değişkenlik ve diğerleridir. Bir sistemin karmaşıklığı kavramı özneldir ve onu incelemek için gereken zaman ve para ile gerekli yeterlilik düzeyine göre belirlenir; yani belirli duruma ve belirli uzmana bağlıdır.

Sistem Bölümü homojen Ve heterojenönceden seçilmiş bir özelliğe göre üretilir: kullanılan fiziksel olgular, malzemeler, formlar vb. Üstelik aynı sistem, farklı yaklaşımlarla hem homojen hem de heterojen olabilir. Bu nedenle bisiklet, hareketi iletmek için mekanik yöntemler kullandığından homojen bir mekanik sistemdir, ancak bireysel parçaların yapıldığı malzeme türleri (kauçuk lastik, çelik çerçeve, deri eyer) açısından heterojendir.

Tüm sistemler dış çevre ile etkileşime girer, onunla sinyal, enerji ve madde alışverişinde bulunur. Sistemler şu şekilde sınıflandırılır: açık , çevreye etkileri veya dış koşulların durumlarına ve işleyiş kalitesine etkisi göz ardı edilemezse. Aksi halde sistemler şu şekilde değerlendirilir: kapalı , izole edilmiştir.

Dinamik sistemler , farklı statik , Sürekli gelişim halindedirler, durumları ve özellikleri çalışma sırasında ve zamanla değişir.

Özellikler olasılıksal (başka bir deyişle, stokastik) Sistemler uzayda rastgele dağılır veya zaman içinde değişir. Bu, hem malzemelerin özelliklerinin, nesnenin geometrik boyutlarının ve şekillerinin rastgele dağılımının hem de dış yüklerin ve koşulların üzerindeki etkisinin rastgele doğasının bir sonucudur. Özellikler deterministik Sistemler önceden bilinir ve doğru bir şekilde tahmin edilebilir.

Bu özelliklerin bilinmesi modelleme sürecini kolaylaştırır, çünkü verilen koşullara en uygun model tipini seçmenize olanak tanır.

Şu veya bu türden bir modelin seçimi, sistemdeki önemli faktörlerin belirlenmesine ve küçük olanların atılmasına dayanır ve araştırma veya önceki deneyimlerle onaylanmalıdır. Çoğu zaman, modelleme sürecinde basit bir model oluşturmaya odaklanırlar, çünkü bu, modelin geliştirilmesinde zamandan ve paradan tasarruf sağlar. Bununla birlikte, bir modelin doğruluğunun arttırılması, genellikle karmaşıklığının artmasıyla ilişkilendirilir, çünkü çok sayıda faktörün ve bağlantının hesaba katılması gerekir. Basitlik ve gerekli doğruluğun makul bir kombinasyonu, tercih edilen model tipini gösterir.