Моделирование функциональных и вычислительных задач

Основные понятия
Вычислительные задачи, цель – определение некоторой величины
Функциональные задачи, цель – создание некого аппарата, выполняющего определенные действия – функции
Этапы решения задачи:
Реальный объект
Модель
Алгоритм
Программа
Результат

Основные понятия
Объект – всё то, что противостоит субъекту в его практической и познавательной деятельности, всё то, на что направлена эта деятельность.
Направление деятельности человека:
◦Исследование свойств объекта
◦Создание новых объектов

Основные понятия
Аналогия – суждение о каком-либо сходстве известного и проектируемого объекта.
Модель – аналог (образ) объекта, процесса и явления, используемый в качестве заменителя (представителя) оригинала.

Основные понятия
Моделирование – исследование объектов, процессов или явлений путем построения и изучения их моделей для определения и уточнения характеристик оригинала.
Теория моделирования – теория замещения объектов-оригиналов объектом-моделью

Основные понятия
Адекватность – соответствие свойств модели свойствам объекта в той или иной степени
Аналитическое моделирование – построение модели в виде формул
Имитационное моделирование – построение модели с характеристиками, адекватными оригиналу, на основе его какого-либо физического или информационного принципа

Системный подход
Классический (индуктивный) подход – переход от частного к общему
Системный подход – переход от общего к частному
Система S – целенаправленное множество взаимосвязанных элементов любой природы
Внешняя среда E – множество существующих вне системы элементов любой природы, оказывающих влияние на систему или находящиеся под ее воздействием.

Системный подход
Структурный подход к исследованию системы – при нём выявляется состав элементов системы и связей между ними.
Функциональный подход – при нём рассматриваются функции поведения системы, каждая функция описывает одно свойство.

Классификация моделей
По возможности реализации:
- Мысленные (наглядные, символические, математические).
- Реальные (натурные, физические).
- Информационные
- Универсальные.
- Специализированные

Информационные модели Информационные объекты и связи
Информационный объект (и.о.) – описание реального объекта, процесса и явления в виде совокупности его характеристик – реквизитов.
И.о. образует тип (класс), которому присваивают уникальное имя.
Экземпляр – и.о. с конкретными характеристиками, каждый из них идентифицируется заданием ключевого реквизита.

Информационные модели Информационные объекты и связи
Связи – отношения между реальными объектами в информационных системах:
◦один к одному (1:1);
◦один ко многим (1:∞);
◦многие ко многим (∞ : ∞ ).

Примеры информационных моделей
Базы данных (БД) – связанная совокупность структурированных данных, относящихся к определенному процессу или явлению, в конкретной предметной области.
Система управления БД (СУБД) – ПО для создания, организации необходимой обработки хранения и передачи баз данных.

Примеры информационных моделей
Иерархическая модель – связи между объектами представлены в виде дерева
Основные понятия иерархической модели:
◦Узел – набор атрибутов данных, описывающих объект
◦Связь – линия, связывающая узлы нижнего уровня (потомки) с узлами верхнего уровня (предки)
◦Уровень – номер слоя узлов, отсчитанный от корня.

Примеры информационных моделей
Реляционная модель данных
◦Данные о сущности хранятся в двумерных таблицах, которые называют реляционными.
◦Отношение – фундаментальное математическое понятие, применяемое в реляционной БД.

Примеры информационных моделей
Искусственный интеллект – научное направление, связанное с машинным моделированием человеческих интеллектуальных функций

Примеры информационных моделей
Искусственный интеллект
Направления:
◦Нейрокибернетика - создание элементов, аналогичным нейронам головного мозга, и их объединению в системы – нейросети.
◦Кибернетика «черного ящика» - разработка интеллектуальных задач для вычислительных систем.

Примеры информационных моделей
Базы знаний используют для хранения знаний.
Виды знаний:
◦факты (известные обстоятельства)
◦эвристика (практический опыт специалиста-эксперта).

Примеры информационных моделей
Базы знаний
Декларативные знания (данные) – совокупность сведений о характеристиках свойств конкретных объектов, явлений или процессов, представленных в виде фактов и эвристик.

Примеры информационных моделей
Базы знаний
Процедурные знания (методы, алгоритмы, программы и др.) – хранятся в памяти информационных систем в виде процедур, с помощью которых их можно получить.