Информационное моделирование

В процессе изучения внешнего мира реальные объекты заменяются их моделями, имеющими только те свойства, которые интересуют исследователя. Процесс замены физического объекта моделью называется моделированием. Дисциплина информатика занимается изучением средств моделирования, где отдельные элементы рассматриваются в курсе 11 класса.

Информационное моделирование

При изучении процессов и явлений внешнего мира прибегают к замене реальных объектов их абстрактными моделями, обладающими свойствами, существенными для конкретного исследования.

Метод познания окружающей действительности посредством построения моделей объектов и их исследования называется моделированием.

Модели могут быть полномасштабными; это фактически существующие модели, показывающие свойства, структуру или поведение реальных объектов. Полномасштабные модели намного больше или меньше оригиналов.

Существуют также информационные модели, описывающие объекты с помощью языков моделирования. Информационное моделирование позволяет описывать не только структуру и свойства изучаемого объекта, но и прогнозировать его поведение.

Процесс реализации информационной модели с помощью специализированного программного обеспечения с использованием компьютерных средств называется компьютерным моделированием.

Компьютерное моделирование используется для решения задач самой разной формы и сложности. Например, компьютерные модели используются при проектировании транспортных средств, для прогнозирования прочности конструкций и механизмов, при проектировании производственных процессов.

Особенности информационного моделирования

Концепция информационного моделирования основана на следующих принципах:

• информационное моделирование заключается в выявлении сущностей — группы объектов, схожих по своим свойствам — в изучаемой предметной области;
• сущности состоят из объектов, называемых экземплярами сущностей;
• объекты имеют свои свойства – атрибуты;
• между объектами существуют связи.

Связи между объектами информационной модели определяют структуру данных.
Различают следующие структуры данных:

• линейный;
• нелинейный.

Линейные структуры данных:

• односвязный список — структура, в которой каждый элемент имеет только один предыдущий и последующий элемент; доступ к элементам структуры осуществляется по адресу элемента в списке;
• стек – структура, имеющая один предыдущий и один последующий элемент и организованная таким образом, что первым удаляется последний элемент, прикрепленный к структуре;
• очередь — это структура, имеющая соседа до и после элемента; элементы удаляются из очереди по принципу — первым пришел, первым вышел.

Нелинейные структуры данных:

• граф – многосвязная структура данных, имеющая одного или несколько предков и потомков;
• дерево — частный случай графа, каждый элемент, за исключением корня, имеет не более одного предка;
• таблица — универсальная форма отображения структуры данных, распределенных по строкам и столбцам одного типа.

Графы — это базовые структуры, используемые для описания сложных объектов. Элементы графа, соединенные линиями, называются вершинами графа. Сами линии называются ребрами, если они не имеют направлений. Если вершины соединены линиями со стрелками, их называют дугами, а граф – ориентированным.

Виды информационных моделей

Информационные модели принято разделять на:

• статический;
• динамичный.

Основное назначение статических моделей — выполнение классификаций при решении задач анализа и диагностики.

Примерами статических моделей являются известные из курса биологии классификации животного мира или классификации неорганических веществ по химии.

Динамические модели создаются для прогнозирования и решения задач управления. Примером модели динамического управления можно считать модель автоматизированной системы управления производством химического волокна. А, например, чтобы спрогнозировать численность населения в будущем, можно построить модель на основе временных рядов, содержащих известные данные за предыдущие годы.