Презентация моделирование и формализация. Презентация на тему "моделирование и формализация"

Чтобы пользоваться предварительным просмотром презентаций создайте себе аккаунт (учетную запись) Google и войдите в него: https://accounts.google.com

Подписи к слайдам:

Моделирование и формализация Выполнил учитель информатики МБОУ СОШ № 108 г.о.Самара Газизова Екатерина Александровна

Модели и моделирование Одним из методов познания объектов окружающего мира является моделирование, состоящее в создании и исследовании упрощённых заменителей реальных объектов. Объект-заменитель принято называть моделью, а исходный объект - прототипом или оригиналом.

Модели и моделирование К созданию моделей прибегают, когда исследуемый объект слишком велик (Солнечная система) или слишком мал (атом), когда процесс протекает очень быстро (переработка топлива в двигателе внутреннего сгорания) или очень медленно (геологические процессы), когда исследование объекта может оказаться опасным для окружающих (атомный взрыв), привести к разрушению его самого (проверка сейсмических свойств высотного здания) или когда создание реального объекта очень дорого (новое архитектурное решение) и т. д.

Этапы построения информационной модели Анализ выделяются свойства формализация Формализация - это замена реального объекта его формальным описанием, т. е. его информационной моделью.

Виды моделей Модель Натурная (материальная) Информационная Описания объекта оригинала на языках кодирования информации Реальные предметы, в уменьшенном или увеличенном виде воспроизводящие внешний вид, структуру или поведение объекта моделирования

Классификация информационных моделей

Образные модели Образные модели представляют собой зрительные образы объектов, зафиксированные на каком-либо носителе информации.

Знаковые модели Знаковые информационные модели строятся с использованием различных языков (знаковых систем). program lab; var a, b, s, p: integer; begin write(" Введите длину: "); readln (a); write(" Введите ширину: "); readln (b); s:= a * b; p:= 2 * (a + b); writeln (" Площадь равна: ", s); writeln ("Периметр равен: ", p); end . Берегите наш язык, наш прекрасный русский язык – это клад, это достояние, переданное нам нашими предшественниками! И.С. Тургенев

Смешанные модели В смешанных информационные моделях одновременно используются образные и знаковые элементы.

Словесные информационные модели Словесные модели - это описания предметов, явлений, событий, процессов на естественных языках. Например, гелиоцентрическая модель мира, которую предложил Коперник, словесно описывалась следующим образом: - Земля вращается вокруг своей оси и вокруг Солнца; - орбиты всех планет проходят вокруг Солнца. Множество словесных моделей содержится в ваших школьных учебниках: в учебнике истории представлены модели исторических событий, в учебнике географии - модели географических объектов и природных процессов, в учебнике биологии - модели объектов животного и растительного мира.

Математические модели Информационные модели, построенные с использованием математических понятий и формул, называются математическими моделями. С помощью языка алгебры логики строятся логические модели - формализуются (записываются в виде логических выражений) простые и сложные высказывания, выраженные на естественном языке. Путём построения логических моделей удаётся решать логические задачи, создавать логические модели устройств и т. д. Компьютерные математ ические модели В настоящее время самые сложные математические модели могут быть реализованы на компьютере. При этом используются такие средства, как: - системы программирования; - электронные таблицы; - специализированные математические пакеты и программные средства для моделирования. Имитационное моделирование - это искусственный эксперимент, при котором вместо проведения натурных испытаний с реальным оборудованием проводят опыты с помощью компьютерных моделей.

Графические информационные модели Чертёж - условное графическое изображение предмета с точным соотношением его размеров, получаемое методом проецирования. Диаграмма - графическое изображение, дающее наглядное представление о соотношении каких-либо величин или нескольких значений одной величины, об изменении их значений. График - линия, дающая наглядное представление о характере зависимости одной величины. Схема - это представление некоторого объекта в общих, главных чертах с помощью условных обозначений. С помощью схем может быть представлен и внешний вид объекта, и его структура.

Моделирование и Формализация

Моделирование

Моделирование – метод познания, состоящий в создании и исследовании моделей.

Т.е. исследование объектов путем построения и изучения моделей

Понятие о модели

Модель –

Модель сохраняет наиболее важные характеристики и свойства оригинала.

Модель «копирует» реальный объект.

Модель – любой аналог, образ (мысленный или условный: изображение, описание, схема, символ, формула, чертёж, график, план, карта, таблица и т.п.) какого-либо объекта исследования.

Один и тот же объект может иметь множество моделей , а разные объекты могут описываться одной моделью .

Примеры моделей

Модель необходима для того, чтобы:

понять, как устроен реальный объект: какова его структура, основные свойства, законы развития и взаимодействия с окружающим миром;
научить управлять объектом или процессом: определить наилучшие способы управления при заданных целях и критериях (оптимизация );
прогнозировать прямые или косвенные последствия реализации заданных способов и форм воздействия на объект.

Формы представления моделей

Классы моделей

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

Информационные – представляют объекты и процессы в образной и знаковой форме

Классификация моделей по области использования

Учебные модели – используются при обучении

Научно - технические - создаются для исследования процессов и явлений

Опытные – это уменьшенные или увеличенные копии проектируемого объекта. Используют для исследования и прогнозирования его будущих характеристик

Игровые – репетиция поведения объекта в различных условиях

Имитационные – отражение реальности в той или иной степени (это метод проб и ошибок)

Формализация

Формализация – процесс построения информационных моделей с помощью формальных языков.

С помощью формальных языков строятся формальные информационные модели (математические, физические, логические и др.)

физической

информационной

1 вопрос

1 вариант

2 вариант

А) предметная модель

Б) информационная модель

2 вопрос

К какому классу относится модель на рисунке?

1 вариант

2 вариант

А) предметная модель

Б) информационная модель

А) информационная модель

Б) предметная модель

3 вопрос

1 вариант

некоторое упрощенное подобие реального объекта, который отражает существенные особенности (свойства) изучаемого реального объекта, явления или процесса

2 вариант

А) модель

Б) моделирование

В) формализация

А) формализация

Б) моделирование

В) модель

4 вопрос

Даны определения, выберите верный ответ

1 вариант

2 вариант

А) формализация

Б) моделирование

А) модель

Б) моделирование

В) модель

В) формализация

5 вопрос

Даны определения, выберите верный ответ

1 вариант

2 вариант

метод познания, состоящий в создании и исследовании моделей

процесс построения информационных моделей с помощью формальных языков

А) формализация

Б) моделирование

А) модель

Б) моделирование

В) модель

В) формализация

6 вопрос

1 вариант

2 вариант

А) образные модели

Б) смешанные модели

А) смешанные модели

Б) образные модели

В) знаковые модели

7 вопрос

На картинках изображены информационные модели, к какой форме они относятся?

1 вариант

2 вариант

А) образные модели

Б) смешанные модели

А) смешанные модели

Б) образные модели

В) знаковые модели

8 вопрос

Вставьте пропущенное слово

1 вариант

Один и тот же объект может иметь множество моделей, а разные объекты могут описываться ………….. моделью

2 вариант

А) множество

Один и тот же объект может иметь …………… моделей, а разные объекты могут описываться одной моделью

А) множество

Ответы:

1 вариант

2 вариант

№ вопроса

Правильный ответ

Шкала оценок

оценка

Число правильных ответов

Системный подход в моделировании

Понятие о системе

Система является совокупностью взаимосвязанных объектов, которые называются элементами системы.

Важным признаком системы является ее целостное функционирование.

Состояние системы характеризуется ее структурой , то есть составом и свойствами элементов, их отношениями и связями между собой.

Классификация моделей по фактору времени:

Динамические – модели, описывающие процессы изменения и развития системы

Статические – модели, описывающие состояние системы в определенный момент времени (рост учеников класса в день исследования)

Дискретные (рост учеников класса за 10 лет, алгоритмы)

Непрерывные (измерение атмосферного давления в течение дня)

Типы информационных моделей

Табличные

Иерархические

Сетевые

Табличные информационные модели

В табличной информационной модели перечень однотипных объектов или свойств размещен в первом столбце (или строке) таблицы, а значения их свойств размещаются в следующих столбцах (или строках) таблицы

Иерархические информационные модели

В иерархической информационной модели объекты распределены по уровням.

Каждый элемент

более высокого уровня может состоять из элементов нижнего уровня, а элемент нижнего уровня может входить в состав только одного элемента более высокого уровня.

Сетевые информационные модели применяются для отражения систем со сложной структурой, в которых связи между элементами имеют произвольный характер.

Статическая

Динамическая

Выполнила:

Ашурова О.А.

преподаватель информатики

Цели:

дать учащимся общее представление о формализации объекта;

сформировать понятие формализации;

развить исследовательскую компетентность учащихся при формализации модели, логическое мышление, расширить кругозор;

развить познавательный интерес, воспитать информационную культуру.

Программно-дидактическое обеспечение

ЭВМ типа IBM , операционная система Windows , ППП MS Office XP и выше,

Презентация Формализация . pps .

Теоретический материал

Формализация как важнейший этап моделирования

Слайд №1

В своей деятельности - художественной, научной, практической - человек очень часто создает некоторый образ того объекта (процесса или явления), с которым ему приходится или придется иметь дело, - модель этого объекта. Создание этого образа всегда преследует некую цель. Модель важна не сама по себе, а как инструмент, облегчающий познание или наглядное представление.

В процессе познания окружающего мира и общения мы сталкиваемся с формализацией почти на каждом шагу: формулируем мысли, оформляем отчеты, заполняем всевозможные формуляры и формы, преобразуем формулы. 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.).

Таким образом, прежде чем построить модель объекта (явления, процесса), необходимо выделить составляющие его элементы и связи между ними (провести системный анализ) и «перевести» (отобразить) полученную структуру в какую-либо заранее определенную форму - формализовать информацию.

Слайд №2

Формализация - это процесс выделения и перевода внутренней структуры предмета, явления или процесса в определенную информационную структуру - форму. Моделирование любой системы невозможно без предварительной формализации. По сути, формализация - это первый и очень важный этап процесса моделирования.

Формализация - это замена реального объекта или процесса его формальным описанием, т. е. его информационной моделью.

Слайд №3

Построив информационную модель, человек использует ее вместо объекта-оригинала для изучения свойств этого объекта, прогнозирования его поведения и пр. Прежде чем строить какое-то сложное сооружение, например мост, конструкторы делают его чертежи, проводят расчеты прочности, допустимых нагрузок. Таким образом, вместо реального моста они имеют дело с его модельным описанием в виде чертежей, математических формул. Если же конструкторы пожелают воспроизвести мост в уменьшенном размере, то это уже будет натурная модель - макет моста.

Слайд №4

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.

Слайд №5

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.

Слайды №6-8

Язык алгебры (алгебры высказываний) 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 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.

В энциклопедическом словаре приведена следующая трактовка этого понятия: «Формализация - это представление и изучение какой-либо содержательной области знаний (научной теории, рассуждения, процедур поиска и т. п.) в виде формальной системы или исчисления.

Слайд №9

В контексте моделирования под формализацией будем понимать процесс перевода описания задачи в общем виде (общей формулировки задачи) на язык формального представления, с тем чтобы создать компьютерную модель и исследовать ее. С точки зрения обработки информации следует определить исходные данные (что необходимо обрабатывать) и описать правила обработки (как обрабатывать).

Слайд №10

Формализация - один из главных инструментов математики. Т.к. математика оперирует реально несуществующими сущностями, абстрактными понятиями, описывает законы, теоремы, правила, гипотезы и прочее, то без соглашений о представлении всего этого здесь невозможно обойтись.

Слайд 2

Модель – упрощенное представление о реальном объекте, процессе или явлении.

2 Модель сохраняет наиболее важные характеристики и свойства оригинала. Модель– любой аналог, образ (мысленный или условный: изображение, описание, схема, символ, формула, чертеж, план, таблица, карта и т.п.) какого-либо объекта исследования.

Слайд 3

3 Модель необходима для того, чтобы: понять, как устроен реальный объект: какова его структура, основные свойства, законы развития и взаимодействия с окружающим миром; научиться управлять объектом или процессом: определить наилучшие способы управления при заданных целях и критериях (оптимизация); прогнозировать прямые или косвенные последствия реализации заданных способов и форм воздействия на объект.

Слайд 4

Моделирование:

4 построение и изучение моделей с целью получения новых знаний и дальнейшего совершенствования характеристик объектов исследования; метод научного познанияобъективного мира с помощью моделей.

Слайд 5

Классификация моделей

5 По области использования

Слайд 6

6 С УЧЕТОМ ФАКТОРА ВРЕМЕНИ МОДЕЛИ ДИНАМИЧЕСКИЕ СТАТИЧЕСКИЕ ДИСКРЕТНЫЕ НЕПРЕРЫВНЫЕ РОСТ УЧЕНИКОВ КЛАССА В ДЕНЬ ИССЛЕДОВАНИЯ РОСТ УЧЕНИКОВ ДАННОГО КЛАССА ЗА 10 ЛЕТ АЛГОРИТМЫ ИЗМЕНЕНИЕ АТМОСФЕРНОГО ДАВЛЕНИЯ В ТЕЧЕНИЕ ДНЯ

Слайд 7

Задание №1

7 Приведите примеры статистических и динамических моделей.

Слайд 8

Классификация моделей

8 ПО ОБЛАСТИ ЗНАНИЙ МОДЕЛИ БИОЛОГИЧЕСКИЕ СОЦИОЛОГИЧЕСКИЕ ИСТОРИЧЕСКИЕ МАТЕМАТИЧЕСКИЕ Задание №2. Приведите примеры моделей из разных областей знаний.

Слайд 9

9 ПО СПОСОБУ ПРЕДСТАВЛЕНИЯ МОДЕЛИ МАТЕРИАЛЬНЫЕ ИНФОРМАЦИОННЫЕ ВЕРБАЛЬНЫЕ ЗНАКОВЫЕ МЫСЛЕННО УСТНО НА ЛЮБОМ ЯЗЫКЕ ИГРУШКИ ГЛОБУС ЧУЧЕЛО ПТИЦЫ ФИЗИЧЕСКИЕ ИЛИ ХИМИЧЕСКИЕ ОПЫТЫ

Слайд 10

ИНФОРМАЦИОННЫЕ МОДЕЛИ

10 Информационная модель – описание реального объекта (процесса, явления) на одном из языков (разговорном или формальном).

Слайд 11

11 ПО ФОРМЕ ПРЕДСТАВЛЕНИЯ ИНФОРМАЦИОННЫЕ МОДЕЛИ ГЕОМЕТРИЧЕСКИЕ КОМПЬЮТЕРНЫЕ СТРУКТУРНЫЕ СПЕЦИАЛЬНЫЕ СЛОВЕСНЫЕ ЛОГИЧЕСКИЕ МАТЕМАТИЧЕСКИЕ

Слайд 12

12 Геометрические модели – графические формы и объемные конструкции. Словесные модели – устные и письменные описания с использованием иллюстраций. Математические модели – математические формулы, неравенства, системы и т.п. Структурные модели – схемы, графики, таблицы и т.п. Логические модели – модели, в которых на основе анализа различных условий принимаются решения. Специальные модели – ноты, химические формулы и т.п.

Слайд 13

13 Любая информационная модель является системой. Система – это целое, состоящее из элементов взаимосвязанных между собой. Система = элементы + связи между ними Системы бывают: материальные (человек, самолет, дерево); нематериальные (человеческий язык, математика); смешанные (школьная система).

Слайд 14

Главное свойство любой системы – возникновение «системного эффекта», или «принцип эмерджентности»: при объединении элементов в систему у системы появляются новые свойства, которыми не обладал ни один из элементов системы.

14 Пример – самолет. Главное его свойство – способность к полёту. Ни одна из составляющих его частей в отдельности этим свойством не обладает. Но если собрать их все вместе и соединить строго определенным образом, самолет полетит.

Слайд 15

15 Задание №3. Приведите примеры: биологических систем ___________ технических систем _____________ систем в информатике ___________ Задание №4. Перечислите элементы системы «компьютер».

Слайд 16

Систематизация (классификация) – процесс превращения множества объектов в систему.

16 Структура системы – определенный порядок объединения элементов системы. Структурные информационные модели АЛГОРИТМЫ ТАБЛИЧНЫЕ СХЕМЫ (ГРАФЫ) ИЕРАРХИЧЕСКИЕ СЕТЕВЫЕ

Слайд 17

Задание №5

17 Составьте сетевую модель. В первом ряду укажите имена друзей, во втором – их увлечения. Изобразите дугами связи: имя – увлечение.

Слайд 18

18 Строение информационной модели: характеристики (параметры) объекта связи между ними Пример: модель равномерного прямолинейного движения. Параметры: скоростьv, времяt, путь S. Связь между ними:S=v·t. Задание №6. Укажите параметры и связи для модели «Треугольник». Параметры: _________________________ Связи: ______________________________

Слайд 19

Задание №7

19 Моделью химической реакции является уравнение этой реакции: 2КОН + Н2SO4 = K2SO4 +2H2O Является ли эта модель информа-ционной? _________________ Почему? ___________________ Укажите параметры этой модели. ___________________________ Укажите связи. _______________

Слайд 23

Основные этапы моделирования на компьютере

23 Построение модели(обычно описание информационной модели). Формализация модели(запись на каком – либо формальном языке). Построение компьютерной модели(на языке программирования или с использованием прикладной программы). Проведение компьютерного эксперимента. Анализ результатов моделирования.

Посмотреть все слайды

«Свойства объекта» - Способность тканей изменять свой цвет в зависимости от состояния. ... Полностью или частично электропроводная структура Объекта. Новые функции Объекта. Новые возможности Объекта. 5. А.В. Кислов, А.Б. Ильичев, И.А. Новиков. Измерение импеданса тканей.

«Объект-модель» - Заключение. Технические характеристики. Автоматическое построение связей между объектами и замена формальных соседей фактическими. Простое использование формата METIS для такого описания. Счет на основе “рабочего множества” объектов. Результаты счета, оценка эффективности. Стандарты для достаточно широкого класса случаев отсутствуют.

«Этапы моделирования» - III Этап Компьютерный эксперимент. II этап. Компьютерный эксперимент. IV этап. II этап Разработка модели. Описание задачи. Цель моделирования. Разработка модели. III этап. Этапы моделирования. 1этап постановка задачи. I Этап. Информационная модель. Анализ результатов моделирования. Компьютерная модель.

«Моделирование и формализация» - Взаимодействие. Среда. Виды моделей: 1.субъект-объект- сущность. Соответствие (подобие). Модель ограниченного роста. Виды моделей: 2.субъект-объект- степень формализации. Словесное описание. Внешний вид. (Системы и структуры данных). Формализованные. Цель. ОБЪЕКТ моделирования. Частично формализованные.

«Типы информационных моделей» - Графические модели. Чертеж. ToC. Примеры графических информационных моделей: График изменения температуры. Пример таблицы «объект-свойство». Время. Граф. График. ?. Пример таблицы «объект-объект». Диаграмма. Табличные модели. Математические модели. Карта. Вербальные модели. Схема. Типы информационных моделей.

«Этапы разработки модели» - Описательные информационные модели обычно строятся с использованием естественных языков и рисунков. 3 этап. 5 этап. Построение описательной информационной модели. Основные этапы разработки и исследования моделей на компьютере. Практическое задание. 1 этап. Модель солнечной системы. 4 этап. 2 этап.

Всего в теме 18 презентаций