Что такое модель и какими свойствами она обладает

Что такое модель и какими свойствами она обладает thumbnail

Главная Моделирование

»

Файлы

» Методички »

Моделирование

[ Добавить материал ]

Модель (лат. modulus — мера) — это объект-заместитель объекта-оригинала, обеспечивающий изучение некоторых свойств оригинала.

Модель – создаваемый с целью получения и (или) хранения информации специфический объект (в форме мысленного образа, описания знаковыми средствами либо материальной системы), отражающий свойства, характеристики и связи объекта – оригинала произвольной природы, существенные для задачи, решаемой субъектом.

Моделирование – процесс создания и использования модели.

Цели моделирования

  • Познание действительности
  • Проведение экспериментов
  • Проектирование и управление
  • Прогнозирование поведения объектов
  • Тренировка и обучения специалистов
  • Обработка информации

Классификация по форме представления

  1. Материальные – воспроизводят геометрические и физические свойства оригинала и всегда имеют реальное воплощение (детские игрушки, наглядные учебные пособия, макеты, модели автомобилей и самолетов и прочее).

    • a) геометрически подобные масштабные, воспроизводящие пространственно- геометрические характеристики оригинала безотносительно его субстрату (макеты зданий и сооружений, учебные муляжи и др.);
    • b) основанные на теории подобия субстратно подобные, воспроизводящие с масштабированием в пространстве и времени свойства и характеристики оригинала той же природы, что и модель, (гидродинамические модели судов, продувочные модели летательных аппаратов);
    • c) аналоговые приборные, воспроизводящие исследуемые свойства и характеристики объекта оригинала в моделирующем объекте другой природы на основе некоторой системы прямых аналогий (разновидности электронного аналогового моделирования).
  2. Информационные – совокупность информации, характеризующая свойства и состояния объекта, процесса, явления, а также их взаимосвязь с внешним миром).

    • 2.1. Вербальные – словесное описание на естественном языке).
    • 2.2. Знаковые – информационная модель, выраженная специальными знаками (средствами любого формального языка).
      • 2.2.1. Математические – математическое описание соотношений между количественными характеристиками объекта моделирования.
      • 2.2.2. Графические – карты, чертежи, схемы, графики, диаграммы, графы систем.
      • 2.2.3. Табличные – таблицы: объект-свойство, объект-объект, двоичные матрицы и так далее.
  3. Идеальные – материальная точка, абсолютно твердое тело, математический маятник, идеальный газ, бесконечность, геометрическая точка и прочее…
    • 3.1. Неформализованные модели – системы представлений об объекте оригинале, сложившиеся в человеческом мозгу.
    • 3.2. Частично формализованные.
      • 3.2.1. Вербальные – описание свойств и характеристик оригинала на некотором естественном языке (текстовые материалы проектной документации, словесное описание результатов технического эксперимента).
      • 3.2.2. Графические иконические – черты, свойства и характеристики оригинала, реально или хотя бы теоретически доступные непосредственно зрительному восприятию (художественная графика, технологические карты).
      • 3.2.3. Графические условные – данные наблюдений и экспериментальных исследований в виде графиков, диаграмм, схем.
    • 3.3. Вполне формализованные (математические) модели.

Свойства моделей

  • Конечность: модель отображает оригинал лишь в конечном числе его отношений и, кроме того, ресурсы моделирования конечны;
  • Упрощенность: модель отображает только существенные стороны объекта;
  • Приблизительность: действительность отображается моделью грубо или приблизительно;
  • Адекватность: насколько успешно модель описывает моделируемую систему;
  • Информативность: модель должна содержать достаточную информацию о системе – в рамках гипотез, принятых при построении модел;
  • Потенциальность: предсказуемость модели и её свойств;
  • Сложность: удобство её использования;
  • Полнота: учтены все необходимые свойства;
  • Адаптивность.

Так же необходимо отметить:

  1. Модель представляет собой «четырехместную конструкцию», компонентами которой являются субъект; задача, решаемая субъектом; объект-оригинал и язык описания или способ воспроизведения модели. Особую роль в структуре обобщенной модели играет решаемая субъектом задача. Вне контекста задачи или класса задач понятие модели не имеет смысла.
  2. Каждому материальному объекту, вообще говоря, соответствует бесчисленное множество в равной мере адекватных, но различных по существу моделей, связанных с разными задачами.
  3. Паре задача-объект тоже соответствует множество моделей, содержащих в принципе одну и ту же информацию, но различающихся формами ее представления или воспроизведения.
  4. Модель по определению всегда является лишь относительным, приближенным подобием объекта-оригинала и в информационном отношении принципиально беднее последнего. Это ее фундаментальное свойство.
  5. Произвольная природа объекта-оригинала, фигурирующая в принятом определении, означает, что этот объект может быть материально-вещественным, может носить чисто информационный характер и, наконец, может представлять собой комплекс разнородных материальных и информационных компонентов. Однако независимо от природы объекта, характера решаемой задачи и способа реализации модель представляет собой информационное образование.
  6. Частным, но весьма важным для развитых в теоретическом отношении научных и технических дисциплин является случай, когда роль объекта-моделирования в исследовательской или прикладной задаче играет не фрагмент реального мира, рассматриваемый непосредственно, а некий идеальный конструкт, т.е. по сути дела другая модель, созданная ранее и практически достоверная. Подобное вторичное, а в общем случае n-кратное моделирование может осуществляться теоретическими методами с последующей проверкой получаемых результатов по экспериментальным данным, что характерно для фундаментальных естественных наук. В менее развитых в теоретическом отношении областях знания (биология, некоторые технические дисциплины) вторичная модель обычно включает в себя эмпирическую информацию, которую не охватывают существующие теории.

Добавил: COBA (12.06.2010) | Категория: Моделирование

Просмотров: 77245 | Загрузок: 0
| Рейтинг: 3.9/17 |
Теги: модели, моделирование, свойства, классификация

Источник

Человек стремится познать объекты окружающего мира, он взаимодействует с существующими объектами и создаёт новые объекты.

Одним из методов познания объектов окружающего мира является моделирование, состоящее в создании и исследовании «заместителей» реальных объектов.

«Объект-заместитель» принято называть моделью, а исходный объект — прототипом или оригиналом.

Например, в разговоре мы замещаем реальные объекты их именами, оформители витрин используют манекен — модель человеческой фигуры, конструкторы строят модели самолётов и автомобилей, а архитекторы — макеты зданий, мостов и парков.

Моделью является любое наглядное пособие, используемое на уроках в школе: глобус, муляж, карта, схема, таблица и т. п.

Модель важна не сама по себе, а как инструмент, облегчающий познание или наглядное представление объекта.

Читайте также:  При какой температуре сталь теряет свойства

К созданию моделей прибегают, когда исследуемый объект слишком велик (модель Солнечной системы) или слишком мал (модель атома), когда процесс протекает очень быстро (модель двигателя внутреннего сгорания) или очень медленно (геологическая модель), когда исследование объекта может оказаться опасным для окружающих (модель атомного взрыва), привести к разрушению его самого (модель самолёта) или создание реального объекта очень дорого (архитектурный макет города) и т. д.

Что общего у всех моделей? Какими свойствами они обладают?

Обрати внимание!

Модель не является точной копией объекта-оригинала: она отражает только часть его свойств, отношений и особенностей поведения.

Например, на манекен можно надеть костюм, но с ним нельзя поговорить. Модель автомобиля может быть без мотора, а макет дома — без электропроводки и водопровода.

Поскольку любая модель всегда отражает только часть признаков оригинала, то можно создавать и использовать разные модели одного и того же объекта.

Пример:

мяч может воспроизвести только одно свойство Земли — её форму; обычный глобус отражает, кроме того, расположение материков; а глобус, входящий в состав действующей модели Солнечной системы, — ещё и траекторию движения Земли вокруг Солнца.

Чем больше признаков объекта отражает модель, тем она полнее. Однако отразить в модели все свойства объекта-оригинала невозможно, а чаще всего и не нужно.

Ведь при создании модели человек, как правило, преследует вполне определённую цель и стремится наиболее полно отразить только те признаки объектов, которые кажутся ему важными, существенными для реализации этой цели. Если, например, модель самолета создаётся для коллекции, то в ней воспроизводится внешний вид самолёта, а не его лётные характеристики.

От цели моделирования зависят требования к модели: какие именно признаки объекта-оригинала она должна отражать.

Отразить в модели признаки оригинала можно одним из двух способов.

Признаки можно скопировать, воспроизвести. Такую модель называют натурной (материальной).

Примерами натурных моделей являются муляжи и макеты — уменьшенные или увеличенные копии, воспроизводящие внешний вид объекта моделирования (глобус), его структуру (модель Солнечной системы) или поведение (радиоуправляемая модель автомобиля).

Признаки оригинала можно описать на одном из языков кодирования информации — дать словесное описание, привести формулу, схему или чертёж. Такую модель называют информационной.

Модели используются человеком для:

  • представления материальных предметов (макет застройки жилого района в мастерской архитектора);
  • объяснения известных фактов (макет скелета человека в кабинете биологии);
  • проверки гипотез и получения новых знаний об исследуемых объектах (модель полёта самолета новой конструкции в аэродинамической трубе);
  • прогнозирования (сделанные из космоса фотоснимки движения воздушных масс);
  • управления (расписание движения поездов) и т. д.

Источники:

Босова Л. Л., Информатика и ИКТ: учебник для 7 класса. М.: БИНОМ. Лаборатория знаний, 41 с.

Источник

Содержание урока

Что такое модель?

Какие бывают модели?

Адекватность моделей

Выводы

Вопросы и задания

Практическая работа № 9 «Броуновское движение»

Что такое модель?

Ключевые слова:

• модель
• моделирование
• анализ
• синтез
• материальные модели
• информационные модели
• имитационные модели
• игровые модели
• адекватность

При слове «модель» у многих, наверное, появляется мысль о моделях самолётов, кораблей, танков и другой техники, которые стоят на полках магазинов. Однако слово «модель» имеет более широкое значение. Например, игрушки, в которые играют дети всех возрастов, — это модели реальных объектов, с которыми они сталкиваются в жизни (или столкнутся в будущем).

Говоря о модели, мы всегда указываем на какой-то другой объект (процесс, явление), например: «Глобус — это модель Земли». Здесь другой объект — это Земля, он называется оригиналом. Объект становится моделью только тогда, когда есть оригинал, модели без оригинала не существует.

Зачем вообще нужны модели? Они появляются тогда, когда мы хотим решить какую-то задачу, связанную с оригиналом, а изучать оригинал трудно или даже невозможно:

• оригинал не существует; например, учебники истории — это модели общества, которого уже нет; возможные последствия ядерной войны учёные изучали на моделях, потому что ставить реальный эксперимент было бы безумием;

• исследование оригинала дорого или опасно для жизни, например, при управлении ядерным реактором, испытании скафандра для космонавтов, создании нового самолёта или корабля;

• оригинал сложно или невозможно исследовать непосредственно, например Солнечную систему, молекулы и атомы, очень быстрые процессы в двигателях внутреннего сгорания, очень медленные движения материков;

• нас интересуют только некоторые свойства оригинала; например, чтобы испытать новую краску для самолёта, не нужно строить самолёт.

Итак, модель всегда связана не только с оригиналом, но и с конкретной задачей, которую мы хотим решить с помощью модели.

Для любого оригинала можно построить множество разных моделей. Например, моделью человека может служить его фотография, паспорт, генетический код, манекен, рентгеновский снимок, биография. Зачем столько? Дело в том, что каждая из этих моделей отражает только те свойства, которые важны при решении конкретной задачи. Такие свойства в теории моделирования называют существенными.

Вместе с тем одна и та же модель может описывать множество самых разных оригиналов. Например, в различных задачах атом, муха, человек, автомобиль, высотное здание, даже планета Земля могут быть представлены как материальные точки (если размеры соседних объектов и расстояния между ними значительно больше).

Что такое модель и какими свойствами она обладаетМодель — это объект, который обладает существенными свойствами другого объекта или процесса (оригинала) и используется вместо него.

Читайте также:  Какое общее свойство имеют следующие тела

Назовите свойства самолёта, существенные с точки зрения:

а) конструктора;

б) дизайнера;

в) экономиста;

г) лётчика;

д) бортпроводника;

е) пассажира.

Практически всё, что мы делаем с помощью компьютеров, — это моделирование. Например, база данных библиотеки — это модель реального хранилища книг, компьютерный чертёж — это модель детали и т.д.

Что такое модель и какими свойствами она обладаетМоделирование — это создание и исследование моделей для изучения оригиналов.

С помощью моделирования можно решать задачи четырёх типов:

• изучение оригинала (в научных и учебных целях);

• анализ («что будет, если …») — прогнозирование влияния различных воздействий на оригинал;

• синтез («как сделать, чтобы …») — управление оригиналом;

• оптимизация («как сделать лучше всего …») — выбор наилучшего решения в данных условиях.

Назовите задачи, которые решаются в каждом случае.

а) Даниил считает, как купить новый планшетный компьютер по минимальной цене.

б) Кирилл выясняет, будет ли плавать в воде кусок пластика.

в) Константин проверяет, выдержит ли верёвка вес альпиниста.

г) Василий хочет сделать такой стол, который выдержит нагрузку в 200 кг.

д) Алёна изучает строение молекулы воды.

Следующая страница Что такое модель и какими свойствами она обладаетКакие бывают модели?

Cкачать материалы урока
Что такое модель и какими свойствами она обладает

Источник

Условия реализации свойств моделей

Любая модель создается для того, чтобы ее затем использовать. А для того, чтобы ее можно было использовать, необходимы определенные условия. Если их нет

или недостаточно, модель полностью теряет свою ценность.

Пример 1. Бумажные деньги могут быть моделью стоимости до тех пор, пока существуют правовые нормы и финансовые учреждения, поддерживающие функционирование денег. Царские ассигнации или «керенки» имеют сейчас лишь историческую ценность, но не ценность денег.

Пример 2. Древнеегипетские иероглифы не могли расшифровать до тех пор, пока не был найден знаменитый розеттский камень с одинаковым текстом на забытом древнеегипетском языке и еще сохранившемся в памяти древнегреческом. После этого все другие древнеегипетские тексты расшифровывались просто – был известен код.

Пример 3. В истории известны прекрасные идеи (а это абстрактные модели), «обогнавшие свое время». Общество еще не достигло уровня, чтобы понять и воспринять их (вертолет Леонардо да Винчи, 15 век; кибернетика Трентовского, 19 век, и т.д.). Однако идеи, попавшие в благоприятную общественную среду, как говорил К.Маркс, «овладевают массами» и становятся материальной силой.

Пример 4. Каждый программист знает, что малейшее рассогласование в программе с языком

машины полностью обесценивает программу.

Иначе говоря, чтобы модель стала моделью, она должна быть согласована с окружающей средой, в которой ей предстоит функционировать. Такое свойство согласованности с внешней средой получило название ингерентности (от англ. inherent – внутренний, собственный, существующий как неотъемлемая часть чего-либо).

Для того чтобы обеспечить функционирование модели в окружающей среде, в модели должны быть предусмотрены своего рода «стыковочные узлы» (интерфейсы). Однако этого недостаточно. В самой среде также должны быть предусмотрены подсистемы, обеспечивающие функционирование модели и использование его результатов. Т.е. не только модель должна приспосабливаться к среде, но и среда – к модели (маркетинговые исследования, подготовка общественного мнения и т.д.).

Итак, мы выяснили, для чего создается модель, что она отображает, из чего и как она может быть построена, каковы должны быть внешние условия ее функционирования. Теперь нужно рассмотреть вопрос о том, насколько модель соответствует отображаемой ею действительности, т.к. именно это определяют ценность моделирования.

Между моделью и действительностью есть и сходство, и различия.

Различия модели и действительности. Начнем с различий. Главные различия между моделью и действительностью состоят в том, что модель является конечной, упрощенной и приближенной по сравнению с действительностью.

Конечность модели. Начнем с конечности моделей. Мир, как известно, бесконечен. Так же бесконечен и любой объект этого мира во взаимоотношениях с окружающей средой. Эта бесконечность проявляется в том, что к любому числу взаимосвязей, в которых мы рассматриваем тот или иной объект, всегда можно добавить еще хотя бы один. И мы, как природный объект, тоже бесконечны. Однако если иметь в виду не любые наши свойства (скажем, химический состав тканей, структура глаза, строение эритроцитов и т.д.), а лишь те, которые отличают нас от других живых объектов (а к ним относятся, прежде всего, мышление и труд), то тут, к сожалению, наши возможности далеко не бесконечны. Ограниченными являются как наши собственные ресурсы (число нервных клеток мозга, скорость выполнения каких-либо действий, продолжительность жизни, наконец), так и внешние, которые мы можем вовлечь в нашу практическую деятельность.

Таким образом, во-первых, любая модель будет конечной, т.к. конечны ресурсы моделирования.

Во-вторых, любая модель будет конечной потому, что она по определению должна отображать оригинал в ограниченном числе взаимосвязей. И если конечность абстрактных моделей является заданной, т.к. уже при создании мы наделяем их строго фиксированным числом свойств, то с реальными моделями дело обстоит несколько сложнее. Реальная модель – это некий реальный объект, и, как любой реальный объект, он бесконечен. Но тут-то и проявляется различие между объектом-оригиналом и объектом-моделью. Согласно определению, из бесконечного множе-

ства свойств оригинала мы сознательно отбираем лишь интересующие нас свойства.

Ярким примером конечности реальной модели является цветок на окне явочной квартиры Штирлица, который означал провал явки. Для того чтобы это понять, не нужно было знать физио-

Читайте также:  Какими свойствами обладает масло расторопши

логии растений, цветоводства, правил икебаны и т.д. Достаточно, чтобы цветок стоял на окне.

В-третьих, казалось бы, реальные модели, обладающие свойствами непрерывности, уж точно не являются конечными, поскольку непрерывность, как известно, – одно из проявлений бесконечности. Однако и здесь можно говорить о конечности, так как:

– непрерывность – это свойство природы, а не модели, поэтому в модели непрерывность объекта всегда можно представить как совокупность его дискретных состояний;

– после открытия атомарности вещества и пространства (а сейчас исследуется вопрос о дискретности и времени) можно вообще усомниться в том, что непрерывность реально существует.

Рассмотрим теперь те факторы, которые позволяют с помощью конечных моделей отображать бесконечную действительность, и не просто отображать, а отображать правильно.

Упрощенность моделей. Первый фактор – это упрощенность моделей. Модель всегда упрощенно отображает оригинал и причины этого следующие.

Первая причина – это конечность моделей. Т.к. модель конечна, она неизбежно является и упрощенной.

Вторая причина состоит в том, что модельпо определению является упрощенной, т.к. отражает только наиболее существенные свойства оригинала. Отсюда следует, что упрощенность моделей является не только допустимой, но во многих случаях и необходимой.

Часто бывает, что объект, явление или процесс просто невозможно изучить, не упростив его. Упрощая явление, мы получаем возможность выявить главные его закономерности. Именно поэтому в физике, например, существуют и широко используются такие модели, как идеальный газ, абсолютно черное тело, математический маятник, пружина без массы, и т.п., которых в природе быть не может.

Следующая причина вынужденного упрощения модели связана с ограниченностью ресурсов моделирования. За неимением методов решения нелинейных уравнений мы их сводим к линейному виду; в тех случаях, когда переменных много – мы искусственно уменьшаем их число; переменные величины заменяем постоянными, случайные – детерминированными и т.д.

Есть и еще один, довольно загадочный, аспект упрощенности моделей. Почему-то оказывается, что из двух моделей, одинаково хорошо описывающих явление, та,

которая проще, оказывается более близкой к истине.

Пример. При помощи геоцентрической модели Птолемея тоже можно правильно описать движение планет, однако зависимости для этого описания очень сложны. Описание же движения планет с использованием гелиоцентрической модели Коперника дает гораздо более простые зависи-

мости.

У ученых есть даже неформальный критерий истинности модели: если описывающее явление уравнение простое и «красивое», то, скорее всего, модель истинная.

Приближенность моделей. Второй фактор, позволяющий преодолевать бесконечность мира в конечном познании – это приблизительность отображения действительности с помощью моделей. В принципе, конечность и упрощенность моделей тоже можно интерпретировать как приближенность, однако конечность и упрощенность характеризуют качественные различия между моделью и оригиналом, а приближенность – количественные («больше» – «меньше») или ранговые («лучше» – «хуже»).

Различие само по себе не может быть ни большим, ни малым: оно либо есть, либо его нет. А вот мера приемлемости этих различий для нас может быть количественной и устанавливается в каждом конкретном случае в зависимости от цели моделиро

вания.

Пример. Точность наручных часов вполне достаточна для бытовых целей, но абсолютно не до-

статочна при регистрации спортивных рекордов или в астрономии.

Сходство моделей и действительности. Теперь перейдем к рассмотрению вопроса о сходстве модели и действительности. Этот вопрос сложнее, чем вопрос различий, и сложность эта заключается в следующем.

Поскольку различия между моделью и реальностью принципиально неизбежны, и устранить их невозможно, значит, есть предел правильности знаний, заложенных в тех или иных моделях. Отсюда вопрос: является ли этот предел вечным, или, уточняя эти знания, можно неограниченно увеличивать сходство модели и действительности? На этот извечный вопрос об истинности наших знаний о мире, которые мы можем получить не иначе, как через моделирование, современная философия отвечает так. Существует две истины: абсолютная и относительная. Относительная истина – это объективное, но неполное содержание знания. Она может пополняться и тем самым приближаться к абсолютной истине, причем принципиального предела этому приближению не существует. Степень же истинности приобретаемых знаний при этом проверяется практикой.

Истинность моделей. Казалось бы, все достаточно просто. Однако и в самой проверке истинности тоже есть сложности, и главная из них состоит в том, что в од-

них условиях модель может соответствовать действительности, а в других – нет.

Пример. Свет, как известно из курса физики, имеет две модели – волновую и корпускулярную.

Эти модели не просто различны, они противоположны, однако обе в своих условиях истинны.

Поэтому при моделировании нужно всегда четко ограничивать условия, при которых модель будет истинной. Несоблюдение этого правила – одна из наибольших опасностей моделирования, поскольку необоснованное расширение условий применения модели приводит к тому, что она становится ложной.

Адекватность моделей. Итак, истинность модели показывает, насколько знания, полученные с ее использованием, соответствуют действительности. Однако бывает и так, что даже заведомо неправильная модель может быть достаточной для достижения цели моделирования. В этом случае говорят уже не об истинности, а об адекватности модели. Модель, с помощью которой успешно достигается поставленная цель, называется адекватной этой цели. Причем в большинстве случаев адекватность модели можно оценить количественно, т.е. указать, насколько данная модель

соответствует цели моделирования.

Пример. Геоцентрическая модель Птолемея была неверной, но с точки зрения описания движе-

ния планет – адекватной.

Источник