Примеры компьютерных моделей различных процессов

Введение

Обычно модель отображает не все свойства объекта, а только те из них, которые необходимы для изучения объекта. К примеру, модель самолёта может отличаться от реального её прототипа габаритами, а также уровнем детализации.

Моделированием является формирование модели предмета, явления или процесса. При моделировании модель может выступать в виде цели, или в виде средства, или же как исследуемый объект. Создание модели преследует следующие цели:

1. Отобразить объект, представить его внешний облик и набор характерных особенностей.
2. Изучить устройство конкретного объекта, его структуры, установить его базовые свойства, правила развития и взаимодействия с окружающей действительностью.
3. Освоить методы управления объектом.
4. Выполнить прогноз последствий определённых воздействий на объект и так далее.

Отталкиваясь от намеченных целей, итогом моделирования может стать более простой аналог реального объекта, его воспроизводство в других габаритах, а именно, меньше или больше, то есть макет объекта.

Примеры компьютерного моделирования

Информатика занимается изучением как реальных, так и абстрактных объектов. Информация реального мира способна овеществляться в виде разных физических процессов. С целью их исследования и отображения при помощи компьютеров применяются специальные формализованные модели, то есть реальные объекты замещаются их моделями.

Информационной моделью является совокупность величин и (или) изображений, которые содержат требуемые информационные данные об изучаемых объектах или процессах. Форматы реализации информационных моделей могут быть следующие:

1. Формат словесного описания, включая описание алгоритма.
2. Табличный формат.
3. Формат рисунков, схем, чертежей.
4. Математический, то есть формульный, формат.
5. Формат компьютерной программы и так далее.

В качестве распространённых и понятных всем информационных моделей можно привести следующие:

1. Библиотечные каталоги.
2. Географические карты.
3. Схемы метрополитенов.
4. Схемы автобусных маршрутов.
5. Формулы различных веществ.

В информационных моделях следует выделить следующие виды:

1. Математические модели.
2. Графические модели.
3. Табличные модели.
4. Словесные описательные модели.

Одним из самых важных видов моделирования считается математическое моделирование, в котором изучаемый объект представляется моделью, выраженной на математическом языке, и с применением математических методов. Математическая модель является математическим соотношением или системой математических соотношений, которые отражают основные свойства объекта.

При создании математической модели с целью решения определённой задачи, следует выполнить следующие процедуры:

1. Осуществить выделение предположений, на которых станет базироваться математическая модель.
2. Выполнить определение исходных данных и желаемых результатов.
3. Осуществить запись математических соотношений, которые связывают итоговые результаты с начальными (исходными) данными.

Классическим примером математического моделирования можно считать описание и изучение базовых законом механики Исаака Ньютона. К примеру, известна математическая модель перемещения шарика, висящего на пружине:

ma = –kx, где:

• a является ускорением, с которым перемещается шарик.
• m является массой шарика.
• x является величиной деформации пружины.
• k является коэффициентом упругости пружины.

При помощи математической модели может быть описан всем известный процесс тестирования. Выполнив запись его математической модели, то есть, соотношений, позволяющих оценивать соответствие ответов тестируемого пользователя верным ответам, можно сформировать компьютерную модель данного процесса и это будет означать автоматизацию процесса тестирования.

Когда выполняется управление определённым процессом или явлением, то является важным определить, какие действия приведут к наилучшим итоговым результатам, а какие могут ухудшить ситуацию, с количественной оценкой результатов всех действий. Математические модели, которые описывают данные процессы и реализуют их алгоритмы, именуются оптимизационными.

К примеру, модели оптимальных раскроек материалов при изготовлении одежды, мебели и так далее. Существуют и экологические оптимизационные модели, при помощи которых возможно вычислить, какая численность определённой популяции рыбы является оптимальной для разрешения или запрещения её отлова.

К оптимизационному типу задач также следует отнести, к примеру, задачу определения в К-мерном пространстве точки с самым маленьким общим отклонением от набора из N задаваемых точек. Чтобы решить такую задачу, можно применить методику простых итераций. То есть, в первом приближении выбрать точку с координатами, равными среднему арифметическому координат заданных точек. Приближение будет окончено, когда весь набор координат точки последнего приближения будет находиться по отношению к координатам точки предыдущего приближения менее чем на величину заданной точности.

Для исследования и отображения объектов при помощи компьютерного оборудования применяются специальные формализованные модели, то есть, в компьютере исследуются не реальные объекты, а их модельное отображение. Компьютерным моделированием является моделирование объектов, процессов, явлений при помощи специализированных компьютерных программных приложений, таких как, графические редакторы, анимационные редакторы, табличные процессоры, программы для формирования баз данных, специализированные компьютерные симуляторы, виртуальные лаборатории.