Изучение компьютерных моделей

Модель - это некий новый объект, который отражает существенные особенности изучаемого объекта, процесса или явления.

Модели играют важную роль в проектировании и создании различных технических устройств, машин и механизмов, зданий , электрических цепей и т.д.
Моделирование - это метод познания, состоящий в создании и исследовании моделей.

Компьютерная модель
В настоящее время под компьютерной
моделью понимают:
условный образ объекта в виде компьютерных диаграмм, таблиц, схем, изображений, анимационных фрагментов, или программу, отображающую структуру и взаимосвязи между элементами объекта.
Существует множество разных видов компьютерных моделей.

Компьютерное моделирование – это моделирование, реализуемое с помощью компьютерной техники. Для компьютерного моделирования важно наличие определенного программного обеспечения: например, обычные текстовые и графические процессоры, и весьма специализированные, предназначенные лишь для определенного вида моделирования.

Компьютерные модели используются людьми различных отраслей народного хозяйства:
Это и метеорологи,
это и дизайнеры (модельеры, архитекторы, web-дизайнеры и т.д.),
это и инженеры-конструкторы,
это и нейрохирурги
и геологи
И т.д.

Графические информационные модели
Карта создается с определенной целью (помогает добраться до нужного населенного пункта, позволяет вычислить расстояние между различными пунктами)
Карта - это графическая информация

Чертеж должен быть точным, на нем указываются необходимые размеры. (Пример: чертеж болта нужен токарю, чтобы сделать его на станке)
Схема – это графическое отображение состава и структуры сложной системы.
Структура – это определенный порядок объединения элементов системы в единое целое.
(Примеры: схема метрополитена, схема электрической цепи, которая позволяет понять принцип работы цепи и рассчитать в ней токи и напряжения, правильно собрать цепь)
Чертежи и схемы

Слайд разделитель

График
График – модель процесса (например, график изменения температуры в течение некоторого периода времени)

Табличные модели

Таблицы типа «объект – свойство»
Самая распространенная форма информационной модели – прямоугольная таблица.
При составлении таблицы используется только необходимая информация для пользователя.
Таблица может отражать процесс, происходящий во времени.

Таблица типа «объект – свойство»

Позиционные системы счисления

Системы счисления
Иерархическая модель систем счисления
представлена в виде дерева или графа.

Пример

Выше представленные таблицы относятся к наиболее часто используемому типу таблиц. Их будем называть таблицами типа «объект – свойство». В одной строке такой таблицы содержится информация об одном объекте (книга или состояние погоды на 12.00 в данный день). Столбцы – отдельные характеристики (свойства) объектов.

Другим распространенным типом таблиц являются таблицы, отражающие взаимосвязи между разными объектами. Назовем их таблицами типа «объект – объект». Например, таблица успеваемости. В ней строки относятся к ученикам – это первый вид объектов; столбцы – к школьным предметам – это второй тип объектов. В каждой клетке оценка ученика по данному предмету.
Таблицы типа «объект – объект»

Следующая таблица так же относится к типу «объект – объект», но в ней строки и столбцы относятся к одному виду объектов. В этой таблице информация о наличии дорог между населенными пунктами с карты.

В математике прямоугольная таблица, составленная из чисел, называется матрицей.
Если матрица содержит только нули и единицы, то она называется двоичной матрицей.
Числовая часть таблицы «Дороги» двоичная матрица.
Двоичные матрицы

Таблица «Факультативы» тоже двоичная матрица. В ней приведены данные о посещении четырех учащихся факультативов. Очевидно, что посещение обозначает единица, нуль – непосещение.
В таблицах , представляющих собой двоичные матрицы, отражается качественный характер связи между объектами (есть дорога – нет дороги, посещает – не посещает и др.)
Заметим, что на практике используются и другие более сложные таблицы.

Компьютерные модели

http://elementy.ru/news/164910
Ученые из Университета Райса создали автомобиль размером с молекулу, передвигающийся по микроскопической «трассе» из золота. Размер наномобиля всего 4 нанометра — в 20 000 раз тоньше человеческого волоса и всего два раза толще спирали ДНК.
Компьютерное изображение
Нано-автомобиля

Компьютерная модель, созданная учёными из Университета штата Колорадо в Боулдере, Брайаном Туном и Майклом Миллсом, показывает, что локальная ядерная война (например, на Ближнем Востоке), повлечёт за собой появление озоновой дыры размером, практически, с земной шар. Это событие будет влиять на человечество и экосистемы планеты в течении десяти лет, как минимум.
http://21region.org/news/world_news/12344-dazhe-lokalnyjj-jadernyjj-konflikt.html

Интерактивные модели по экономике
позволяют проводить полноценные экономические эксперименты:
исследовать рынок;
вести биржевую игру;
демонстрировать продвижения товара на рынке;
изучать факторы, влияющие на цену товаров и др.

Модели в Астрономии
Открытый Колледж
Интерактивные модели помогут разобраться в сложных вопросах практической астрономии и воссоздать реальные астрофизические явления и процессы, наблюдать за результатом виртуальных экспериментов.

Модели по химии
Интерактивные компьютерные модели демонстрируют основные химические законы и интересные химические явления. Интерактивная таблица Менделеева позволяет подробно ознакомиться со свойствами химических элементов.

Анимационные фрагменты используются в моделировании, например для демонстрации как работает защелка замка

Анимации, созданные при помощи различных программ
Программа гиф-аниматор
Adobe Photoshop

Для наглядности строение молекулы можно нарисовать
Формализация и визуализация моделей
Процесс построения информационных моделей называется формализацией
Математика является наиболее широко используемым формальным языком. Однако в некоторых случаях используются специализированные формальные языки (в химии – язык химических формул(например Н2О), в музыке нотная грамота и т.д.)
В процессе исследования формальных моделей часто производится их визуализация.
Для визуализации алгоритмов используются блок-схемы,
пространственных соотношений между объектами – чертежи,
моделей электрических цепей – электрические схемы. С помощью анимации может отображаться динамика процесса, производиться построение графиков изменения величин. В настоящее время широкое распространение получили компьютерные интерактивные визуальные модели.

Основные этапы разработки и исследования моделей на компьютере
1. Описательная информационная модель выделяет существенные, с точки зрения целей проводимого исследования, параметры объекта, а несущественными параметрами пренебрегают.
2. Формализованная модель. С помощью формул, уравнений или неравенств фиксируются формальные соотношения между начальными и конечными значениями свойств объектов, нужные ограничения, или применение приближенных математических методов.
3. Компьютерная модель.
Создание проекта модели на одном из языков программирования
Построение компьютерной модели с использованием ЭТ и других приложений: систем компьютерного черчения, СУБД, ГИС.
4. Компьютерный эксперимент. Ввести исходные данные и получить результат.
5. Анализ полученных результатов и корректировка исследуемой модели. В случае несоответствия полученных результатов измеряемым параметрам реальных объектов, можно сделать вывод, что на предыдущих этапах были допущены ошибки или неточности.

1 Этап. Постановка задачи (описание задачи, выделение существенных параметров объекта, цель моделирования, анализ объекта).
2 Этап. Разработка модели (информационная модель, знаковая модель, компьютерная модель).
3 Этап. Компьютерный эксперимент (план моделирования, технология моделирования).
4 Этап. Анализ результатов моделирования