Модели и моделирование. Классификации моделей

Научиться понимать, что такое модель, зачем она нужна, и уметь классифицировать модели по форме представления и по способу описания.

Моделирование — это основа научного познания и инженерной практики. Мы постоянно пользуемся моделями в жизни: от карт и макетов до компьютерных симуляций. Понимание принципов моделирования помогает анализировать сложные системы, прогнозировать их поведение и принимать обоснованные решения.

• Модель — это упрощённое подобие реального объекта, процесса или явления, которое отражает его существенные свойства.
• Моделирование — это процесс создания и использования моделей для изучения оригиналов.
• Одна и та же модель может описывать разные объекты, и один объект может иметь множество разных моделей.
• Модель создаётся с определённой целью, поэтому она всегда проще оригинала и не отражает всех его свойств.
• Классификация моделей помогает выбрать правильный подход к изучению объекта и понять, какие инструменты для этого нужны.
• Адекватность модели — это степень соответствия модели оригиналу в рамках поставленной цели; модель должна быть адекватна цели моделирования.

Модель

Упрощённое представление реального объекта, процесса или явления, которое сохраняет его важные для данной цели свойства и заменяет оригинал в процессе изучения.

Моделирование

Деятельность человека по созданию моделей и их использованию для получения новых знаний об объекте-оригинале.

Объект-оригинал

Реальный объект, процесс или явление, которое мы хотим изучить или описать с помощью модели.

Натурная (материальная) модель

Модель, которая воспроизводит объект в материальной форме: макет, муляж, игрушка, физический стенд.

Информационная модель

Описание объекта на языке информации: формулы, таблицы, графики, схемы, тексты, компьютерные программы.

Формализация

Процесс перехода от реального объекта к его информационной модели, то есть замена реального объекта его формальным описанием.

Адекватность модели

Свойство модели правильно отражать существенные свойства оригинала в рамках поставленной цели моделирования.

• Модель всегда проще оригинала: она отражает только те свойства, которые важны для цели моделирования.
• Классификация моделей по форме представления: натурные (материальные) и информационные.
• Классификация информационных моделей по способу описания: знаковые, образные (иконические), смешанные (образно-знаковые).
• Знаковые модели делятся на словесные (текстовые), математические, табличные, графические, алгоритмические.
• Примеры натурных моделей: глобус, макет здания, муляж яблока, игрушечный автомобиль.
• Примеры информационных моделей: формула площади круга, карта местности, график температуры, таблица умножения, блок-схема алгоритма.
• Компьютерная модель — это информационная модель, реализованная с помощью программного обеспечения.
• Один и тот же объект может иметь разные модели: например, человек — это и анатомический макет, и медицинская карта, и фотография, и математическая модель движения.

1. Пример 1случай

   Карта метро

   Пояснение

   • это информационная модель транспортной сети: она упрощает реальную географию, но точно показывает станции и пересадки, что удобно для пассажира
2. Пример 2случай

   Манекен в магазине

   Пояснение

   • натурная модель человека, которая демонстрирует одежду, но не отражает внутреннее строение тела
3. Пример 3случай

   Формула S = vt

   Пояснение

   • математическая модель равномерного движения: она описывает связь пути, скорости и времени, но не учитывает, например, сопротивление воздуха
4. Пример 4случай

   Фотография человека

   Пояснение

   • образная информационная модель, которая передаёт внешность, но не характер и не рост
5. Пример 5случай

   Блок-схема алгоритма приготовления бутерброда

   Пояснение

   • знаковая модель процесса, которая показывает последовательность действий

• Слово «модель» происходит от латинского «modulus» — «мера, образец». В Древнем Риме так называли мерные единицы, а в архитектуре — чертёж будущего здания.
• Глобус — это натурная модель Земли, но он уменьшен в миллионы раз, поэтому не отражает форму гор и глубину океанов, зато точно передаёт форму планеты и расположение материков.
• Компьютерные модели погоды используются метеорологами для прогноза: они обрабатывают миллионы данных с датчиков и спутников, чтобы предсказать, пойдёт ли дождь завтра.

• Знаковые и образные модели
• Формализация и визуализация моделей
• Компьютерное моделирование
• Табличные информационные модели
• Графические информационные модели