Моделирование как метод познания

Оглавление

Введение 3

Глава 1. 4

1.1. Моделирование как метод познания 4

1.2. Классификация моделей 6

1.2.1.  Признаки классификаций моделей 6

1.2.2. Классификация моделей по области использования 6

1.2.3.  Классификация моделей по фактору времени 6

1.2.4. Классификация моделей по отрасли знаний 6

1.2.5. Классификация моделей по форме представления 7

1.3. Типы информационных моделей 7

1.4. Образно-знаковые информационные модели 8

1.5. Знаковые информационные модели 8

1.6. Формализация 9

1.7. Визуализация формальных моделей 9

1.8. Системный подход в моделировании 10

Глава 2. 12

2.1. Табличные информационные модели 12

2.2. Иерархические информационные модели 14

2.3. Сетевые информационные модели 16

2.4.  Исследование информационных моделей на ПК 17

Заключение 19

Список литературы 20

 

 

Введение

    Модели и моделирование используются человечеством с незапамятных времен. Человек воспринимает окружающий нас мир через создаваемые им модели и воздействует на окружающий мир согласно этим моделям.  Модели  имеют огромное значение в жизни человека, особенно в науке и технике. Именно с помощью моделей и модельных отношений развились письменность, графика и т.д.  Многие модельные, информационные формы передают знания об окружающем мире последующим поколениям.  Что очень важно для развития человечества.

     В первой  главе данной работы я рассмотрю  основные классификации моделирования,  типы информационных моделей,  а также что такое формализация. Во второй главе я более  подробно рассмотрю типы информационных  моделей и их примеры, а так  же основные этапы процесса разработки моделей и исследования информационных моделей на ПК.

      Цель курсовой  работы: изучение существующих процессов моделирования.

      Задачи: 1) рассмотрение классификаций моделей.

                     2) изучение информационных моделей.

  3) рассмотрение формализации.

      Актуальность: тема данной работы актуальна, так как процесс моделирования используется в современных технологиях, и его основы необходимо знать. 

Глава 1.

1. Моделирование как метод познания

 

     Моделирование в научных исследованиях стало применяться еще в глубокой древности и постепенно захватывало все новые области научных знаний: техническое конструирование, строительство и архитектуру, астрономию, физику, химию, биологию и общественные науки. Большие успехи и признание практически во всех отраслях современной науки принес методу моделирования ХХ в. Но методология моделирования долгое время развивалась независимо отдельными науками. Отсутствовала единая система понятий. Роль моделирования как универсального метода научного познания стала осознаваться лишь постепенно.

     Термин "модель" широко используется в различных сферах человеческой деятельности и имеет множество смысловых значений.

     Модель - это такой материальный или мысленно представляемый объект, который в процессе исследования заменяет объект-оригинал так, что его непосредственное изучение дает новые знания об объекте-оригинале. Моделирование - это процесс построения, изучения и применения моделей. Оно тесно связано с такими категориями, как абстракция, аналогия, гипотеза и др. Процесс моделирования обязательно включает и построение абстракций, и умозаключения по аналогии, и конструирование научных гипотез.

     Модель выступает в роли инструмента познания, который исследователь ставит между собой и объектом и с помощью которого изучает интересующий его объект. Эта особенность метода моделирования определяет специфические формы использования абстракций, аналогий, гипотез, а также других категорий и методов познания.

     Метод моделирования необходимо использовать, потому что многие объекты (или проблемы, относящиеся к этим объектам) непосредственно исследовать невозможно, или же это исследование требует много времени и средств.

     Процесс моделирования включает три элемента:

1) субъект (исследователь),

2) объект исследования,

3) модель.

     Допустим, нужно создать некоторый объект А. Для этого необходимо сконструировать (материально или мысленно) другой объект В - модель объекта А, или же найти его в реальном мире. Для построения модели необходимо наличие некоторых знаний об объекте-оригинале. Познавательные возможности модели обуславливаются тем, что модель отражает какие-либо существенные черты объекта-оригинала. Вопрос о необходимости и достаточной мере сходства оригинала и модели требует конкретного анализа. Очевидно, модель утрачивает свой смысл в случае сходства с оригиналом (тогда она перестает быть оригиналом) и в случае отличия от оригинала.

     Таким образом, изучение одних сторон моделируемого объекта осуществляется ценой отказа от отражения других сторон. Поэтому любая модель замещает оригинал лишь в строго ограниченном смысле. Из этого следует, что для одного объекта может быть построено несколько моделей, концентрирующих внимание на определенных сторонах исследуемого объекта или же характеризующих объект с разной степенью детализации.

     На следующем этапе процесса моделирования модель выступает как самостоятельный объект исследования. Одной из форм такого исследования является проведение "модельных" экспериментов, при которых изменяются условия функционирования модели и систематизируются данные о ее "поведении". Конечным результатом этого этапа является множество знаний о модели R.

     На третьем этапе осуществляется перенос знаний с модели на оригинал, при этом формируется множество знаний S об объекте. Этот процесс переноса знаний проводится по определенным правилам. Знания о модели должны быть скорректированы с учетом тех свойств объекта-оригинала, которые были изменены при построении модели. После этого можно переносить какой-либо результат с модели на оригинал, если этот результат необходимо связан с признаками сходства оригинала и модели. Если же определенный результат модельного исследования связан с отличием модели от оригинала, то этот результат переносить неправомерно.

     Четвертым этапом является практическая проверка полученных с помощью модели знаний и их использование для построения обобщающей теории объекта, его преобразования или управления им.

     Моделирование - не единственный источник знаний об объекте. Процесс моделирования "погружен" в более общий процесс познания. Это обстоятельство учитывается не только на этапе построения модели, но и на завершающей стадии, когда происходит объединение и обобщение результатов исследования, получаемых на основе многообразных средств познания.

     Моделирование циклический процесс, т.е. за первым четырехэтапным циклом может последовать второй, третий и т.д. При этом знания об исследуемом объекте расширяются и уточняются, а исходная модель постепенно совершенствуется. Недостатки, обнаруженные после первого цикла моделирования можно исправить в последующих циклах. В методологии моделирования, таким образом, заложены большие возможности саморазвития.¹

2. Классификация моделей²

1.2.1.  Признаки классификаций моделей

1)  по области использования;  

2) по фактору времени; 

3) по отрасли знаний; 

4) по форме представления

1.2.2. Классификация моделей по области использования

1. Учебные модели – используются при  обучении;
2. Опытные – это уменьшенные или увеличенные копии проектируемого объекта. Используют для исследования и прогнозирования его будущих характеристик;
3. Научно-технические – создаются для исследования процессов и явлений;
4. Игровые – репетиция поведения объекта в различных условиях;
5. Имитационные – отражение реальности в той или иной степени (это метод проб и ошибок)

1.2.3.  Классификация моделей по фактору времени

     Статические – модели, описывающие состояние системы в определенный момент времени (единовременный срез информации по данному объекту). Примеры моделей: классификация животных, строение молекул, список посаженных деревьев, отчет об обследовании состояния зубов в школе и т.д.

    Динамические – модели, описывающие процессы изменения и развития системы (изменения объекта во времени). Примеры: описание движения тел, развития организмов, процесс химических реакций.  

1.2.4. Классификация моделей по отрасли знаний

   Это классификация по отрасли деятельности человека: математические, биологические, химические, социальные, экономические, исторические и т.д. 

1.2.5. Классификация моделей по форме представления

     Материальные – это предметные (физические) модели. Они всегда имеют реальное воплощение. Отражают внешнее свойство и внутреннее устройство исходных объектов, суть процессов и явлений объекта-оригинала. Это экспериментальный метод познания окружающей среды. Примеры: детские игрушки, скелет человека, чучело, макет солнечной системы, школьные пособия, физические и химические опыты.

     Абстрактные (нематериальные) – не имеют реального воплощения. Их основу составляет информация - это теоретический метод познания окружающей среды. По признаку реализации они бывают:  мысленные, вербальные и информационные.

     Мысленные модели формируются в воображении человека в результате раздумий, умозаключений, иногда в виде некоторого образа. Это модель сопутствует сознательной деятельности человека.

     Вербальные – мысленные модели, выраженные в разговорной форме. Используется для передачи мыслей.

     Информационные модели – целенаправленно отобранная информация об объекте, которая отражает наиболее существенные для исследователя свойств этого объекта.

3. Типы информационных моделей³

     Информационные модели отражают различные типы систем объектов, в которых реализуются различные структуры взаимодействия и взаимосвязи между элементами системы. Для отражения систем с различными структурами используются различные типы информационных моделей: табличные, иерархические и сетевые.

      Табличные – объекты и их свойства представлены в виде списка, а их значения размещаются в ячейках прямоугольной формы. Перечень однотипных объектов размещен в первом столбце (или строке), а значения их свойств размещаются в следующих столбцах (или строках)

     Иерархические – объекты распределены по уровням. Каждый элемент высокого уровня состоит из элементов нижнего уровня, а элемент нижнего уровня может входить в состав только одного элемента более высокого уровня

     Сетевые – применяют для отражения систем, в которых связи между элементами имеют сложную структуру

     По степени формализации информационные модели бывают образно-знаковые и знаковые.

4. Образно-знаковые информационные модели

Образно-знаковые модели представляют собой зрительные образы объектов, зафиксированные на каком-либо носителе информации (бумаге, фото- и кинопленке и др.). Широко используются образно-знаковые информационные модели в образовании и науках, где требуется классификация объектов по их внешним признакам (в ботанике, биологии, палеонтологии и др.). Образно-знаковые модели бывают:

1. Геометрические (рисунок, пиктограмма, чертеж, карта, план, объемное изображение)
2. Структурные (таблица, граф, схема, диаграмма)
3. Словесные (описание естественными языками)
4. Алгоритмические (нумерованный список, пошаговое перечисление, блок-схема)

5. Знаковые информационные модели

Знаковые информационные модели строятся с использованием различных  языков (знаковых систем). Знаковая информационная модель может быть представлена в  форме текста (например, программы  на языке программирования), формулы (например, второго закона Ньютона F = m*а), таблицы (например, периодической таблицы элементов Д. И. Менделеева) и т.д.

      Иногда при построении знаковых информационных моделей используются одновременно несколько различных языков. Примерами таких моделей могут служить географические карты, графики, диаграммы и пр. Во всех этих моделях используются одновременно как язык графических элементов, так и символьный язык. Знаковые информационные модели бывают:

1. Математические – представлены математическими формулами, отображающими связь параметров
2. Специальные – представлены на специальных языках (ноты, химические формулы)
3. Алгоритмические – программы

На протяжении своей истории  человечество использовало различные  способы и инструменты для  создания информационных моделей. Эти  способы постоянно совершенствовались. Так, первые информационные модели создавались  в форме наскальных рисунков, в  настоящее же время информационные модели обычно строятся и исследуются  с использованием современных компьютерных технологий.