Моделювання і його різновиди

Моделювання за допомогою комп’ютерів відкриває величезні можливості для дослідження явищ і процесів у природі і суспільстві. Моделювання, будучи потужним засобом пізнання світу, стало в наш час ведучою інформаційної технологією для багатьох наук і областей практичної діяльності.

З курсу інформатики 8 класу ви вже знайомі з поняттями «модель», «моделювання», познайомилися з деякими прикладами реалізації моделей на комп’ютері. У даній главі вам належить глибше вивчити методи і технології моделювання. Але спочатку повторимо основні поняття.

Модель – це спрощене подобу об’єкта моделювання. В якості об’єкта моделювання може виступати будь-який об’єкт або процес реального світу (реальна система). Модель відображає лише деякі властивості об’єкта моделювання, істотні з точки зору поставленої мети. Модель використовується як замінник реальної системи для відтворення її окремих функцій. Все розмаїття моделей можна розділити на два великі класи: натурні моделі та інформаційні моделі.

Наведемо простий приклад. Згадаймо класичну задачу зі шкільної математики: через трубу А в басейн вода втікає, а з труби Б втекти. Витрати рідини в трубах різні, потрібно знайти кількість води, яка залишиться в басейні через певний проміжок часу. Вирішити це завдання можна кількома способами, розглянемо три з них.

1. Орендуємо справжній басейн, наймемо робітників, перекриємо всі труби, крім двох, навчимося управляти витратою води і зробимо заміри. Якщо у вас багато зайвих коштів і недостатньо фантазії, то можна піти цим шляхом.

2. Побудуємо маленький «басейн» з найпростіших підручних матеріалів (наприклад, використовуємо невеликий домашній акваріум), підіб’ємо до нього дві трубки, приєднаємо одну до крана, а іншу виведемо в раковину. Зменшимо в однакове число раз витрата впадає до «басейн» і що з нього води (по відношенню до реального басейну) і виміряємо, скільки її залишилося через вказане в умові задачі час.

3. Не будемо нічого орендувати і будувати. Складемо нескладне математичне вираз, що визначає різницю між обсягом впадає до басейн води і що з нього, підставимо задані значення параметрів (витрати води і час) і обчислимо відповідь.

Другий і третій підходи є модельними. Модель з акваріума називається натурної, вона виконана з фізичних матеріалів, її можна «помацати руками». Друга модель – інформаційна, вона являє собою опис об’єкта моделювання. У даному прикладі інформаційна модель є математичною, моделлю, оскільки описує досліджуваний процес у вигляді математичних формул.

Обидва прийоми, і натурне, і інформаційне моделювання, реально використовуються в наукових дослідженнях і в практичних додатках. Натурне моделювання є досить ефективним способом дослідження, оскільки на зменшеній та спрощеної копії складного об’єкта експериментувати набагато простіше, дешевше і безпечніше, ніж на реальному об’єкті. Так, при проектуванні греблі ГЕС її обов’язково моделюють в спеціальному басейні, будуючи багаторазово зменшену, але подібну копію з метою вивчення міцності та інших характеристик греблі. При створенні нового літака його модель відчувають в аеродинамічній трубі; подібних прикладів в науці і техніці існує безліч. Однак більше повертатися до натурному моделюванню ми не будемо, оскільки предметом вивчення в нашому курсі є комп’ютерне інформаційне моделювання.

У 9 класі ви дізналися, що існують різні види інформаційних моделей: графічні (карти, креслення, схеми, графіки), табличні, математичні, імітаційні та ін. Предметом вивчення інформатики є методи і технології інформаційного моделювання за допомогою комп’ютера – комп’ютерного моделювання.

Основна увага в цьому розділі буде приділено математичним і імітаційним моделям. Ці види моделей широко використовуються в наукових і прикладних дослідженнях.

Математична модель – це опис об’єкта моделювання мовою математики, а комп’ютерна математична модель – це програма, що реалізує розрахунки стану модельованої системи по її математичної моделі.

Посилання на основну публікацію