→ → Цп автоматизированные системы управления и промышленная безопасность. Основные свойства моделей Моделирование – есть метод системного анализа

Цп автоматизированные системы управления и промышленная безопасность. Основные свойства моделей Моделирование – есть метод системного анализа

Каждый современный человек ежедневно сталкивается с понятиями «объект» и «модель». Примерами объектов являются как предметы, доступные для осязания (книга, земля, стол, ручка, карандаш), так и недоступные (звезды, небо, метеориты), предметы художественного творчества и умственной деятельности (сочинение, стихотворение, решение задачи, картина, музыка и другие). Причем каждый объект человеком воспринимается только как единое целое.

Объект. Виды. Характеристики

Исходя из вышесказанного, можно сделать вывод, что объект является частью внешнего мира, которая может быть воспринята в качестве единого целого. Каждый предмет восприятия имеет свои индивидуальные характеристики, отличающие его от других (форма, сфера использования, цвет, запах, размер и так далее). Важнейшей характеристикой объекта является название, но для полного качественного его описания одного названия недостаточно. Чем более полно и подробно описан объект, тем легче процесс его распознавания.

Модели. Определение. Классификация

В своей деятельности (образовательной, научной, художественной, технологической) человек ежедневно использует уже существующие и создает новые модели внешнего мира. Они позволяют сформировать впечатление о процессах и объектах, недоступных для непосредственного восприятия (очень маленькие или, наоборот, очень большие, очень медленные или очень быстрые, очень далекие и так далее).

Итак, модель - это некоторый объект, отражающий важнейшие особенности изучаемого явления, объекта либо процесса. Может существовать несколько вариаций моделей одного и того же объекта, также как несколько объектов могут быть описаны одной единственной моделью. Например, подобная ситуация возникает в механике, когда различные тела с материальной оболочкой могут быть выражены то есть одинаковой моделью (человек, автомобиль, поезд, самолет).

Важно помнить, что ни одна модель не способна полноценно заменить изображаемый объект, так как она отображает только некоторые из его свойств. Но порой при решении определенных задач различных научных и промышленных течений описание внешнего вида модели может быть не просто полезным, но единственной возможностью представить и изучить особенности характеристик объекта.

Сфера применения предметов моделирования

Модели играют важную роль в различных сферах жизни человека: в науке, образовании, торговле, проектировании и других. Например, без их применения невозможны проектирование и сборка технических устройств, механизмов, электрических цепей, машин, зданий и так далее, так как без предварительных расчетов и создания чертежа выпуск даже простейшей детали невозможен.

Часто используются модели в образовательных целях. Они носят названия наглядных. Например, из географии представление о Земле как о планете человек получает, изучая глобус. Также актуальными наглядные модели являются и в других науках (химии, физике, математике, биологии и других).

В свою очередь, теоретические модели востребованы при изучении естественных и (биологии, химии, физики, геометрии). Они отражают свойства, поведение и строение объектов, подвергающихся изучению.

Моделирование как процесс

Моделирование - метод познавания, включающий в себя исследование существующих и создание новых моделей. Предметом познания данной науки является модель. ранжируются в зависимости от различных свойств. Как известно, любой объект имеет множество характеристик. При создании определенной модели выделяются лишь наиболее важные для решения поставленной задачи.

Процессом создания моделей является художественное творчество во всем своем разнообразии. В связи с этим фактически каждое художественное или литературное произведение можно рассматривать в качестве модели реального объекта. Например, картины являются моделями реальных пейзажей, натюрмортов, людей, литературные произведения - моделями человеческих жизней и так далее. Например, при создании модели самолета с целью изучения его важно отразить в ней геометрические свойства оригинала, но абсолютно неважен его цвет.

Одни и те же объекты различными науками изучаются с разных точек зрения, а соответственно, их виды моделей для изучения будут также отличаться. Например, физика изучает процессы и результаты взаимодействия объектов, химия - химический состав, биология - поведение и строение организмов.

Модель относительно временного фактора

Относительно времени модели делятся на два вида: статические и динамические. Примером первого вида является единоразовое обследование человека в клинике. Оно отображает картину его состояния здоровья на данный момент, в то время как его медицинская карта будет моделью динамической, отражающей изменения, происходящие в организме на протяжении определенного периода времени.

Модель. Виды моделей относительно формы

Как уже понятно, модели могут различаться по разным характеристикам. Так, все ныне известные виды моделей данных можно условно разделить на два основных класса: материальные (предметные) и информационные.

Первый вид передает физические, геометрические и иные свойства объектов в материальной форме (анатомический муляж, глобус, макет здания и так далее).

Виды разнятся по форме реализации: знаковая и образная. Образные модели (фотографии, рисунки и другое) являются зрительными реализациями объектов, зафиксированными на определенном носителе (фото-, кинопленке, бумажном или цифровом).

Они широко применяются в образовательном процессе (плакаты), при изучении различных наук (ботаника, биология, палеонтология и других). Знаковые модели - это реализации объектов в виде символов одной из известных языковых систем. Они могут быть представлены в виде формул, текста, таблиц, схем и так далее. Существуют случаи, когда, создавая знаковую модель (виды моделей передают конкретно то содержание, которое требуется для изучения определенных характеристик объекта), используют сразу несколько известных языков. Примером в данном случае выступают различные графики, диаграммы, карты и подобное, где используются как графические символы, так и символы одной из языковых систем.

С целью отражения сведений из различных сфер жизни применяются три основных вида информационных моделей: сетевые, иерархические и табличные. Из них наиболее популярным является последний, применяемый для фиксации различных состояний объектов и характерных для них данных.

Табличная реализация модели

Данный вид информационной модели, как уже было сказано выше, является наиболее известным. Выглядит он следующим образом: это обычная, состоящая из строк и столбцов таблица прямоугольной формы, графы которой заполнены символами одного из известных знаковых языков мира. Применяются табличные модели с целью характеристики объектов, обладающих одинаковыми свойствами.

С их помощью в различных научных сферах могут быть созданы как динамические, так и статические модели. Например, таблицы, содержащие математические функции, различные статистические данные, расписания поездов и так далее.

Математическая модель. Виды моделей

Отдельной разновидностью информационных моделей являются математические. Все виды обычно состоят из уравнений, написанных на языке алгебры. Решение данных задач, как правило, основывается на процессе поиска равнозначных преобразований, которые способствуют выражению переменной величины в виде формулы. Существуют также для некоторых уравнений и точные решения (квадратные, линейные, тригонометрические и так далее). Как следствие, для их решения приходится применять методы решения с приближенной заданной точностью, иначе говоря, такие виды математических данных, как числовой (метод половинного деления), графический (построение графиков) и другие. Метод половинного деления целесообразно использовать лишь при условии, что известен отрезок, где функция при определенных значениях принимает полярные значения.

А метод построения графика является унифицированным. Его можно использовать как в вышеописанном случае, так и в ситуации, когда решение может быть только приближенным, а не точным, в случае так называемого "грубого" решения уравнений.

  • II. Основные принципы и правила служебного поведения государственных гражданских служащих Федеральной налоговой службы
  • II. Основные цели и задачи Программы, срок и этапы ее реализации, целевые индикаторы и показатели
  • II. Основные этапы развития физики Становление физики (до 17 в.).
  • II.4. Классификация нефтей и газов по их химическим и физическим свойствам
  • III.2.1) Понятие преступления, его основные характеристики.

    • Тип модели зависит от информационной сущности моделируемой системы, от связей и отношений ее подсистем и элементов, а не от ее физической природы.

    Например, математические описания (модели ) динамики эпидемии инфекционной болезни, радиоактивного распада, усвоения второго иностранного языка, выпуска изделий производственного предприятия и т.д. могут считаться одинаковыми с точки зрения их описания, хотя сами процессы различны.

    Границы между моделями различного вида весьма условны. Можно говорить о различных режимах использования моделей - имитационном, стохастическом и т.д.

    Как правило модель включает в себя: объект О, субъект (не обязательный) А, задачу Z, ресурсы B, среду моделирования С.

    Модель можно представить формально в виде: М = < O, Z, A, B, C >.

    Основные свойства любой модели :

    • целенаправленность - модель всегда отображает некоторую систему, т.е. имеет цель;
    • конечность - модель отображает оригинал лишь в конечном числе его отношений и, кроме того, ресурсы моделирования конечны;
    • упрощенность - модель отображает только существенные стороны объекта и, кроме того, должна быть проста для исследования или воспроизведения;
    • приблизительность - действительность отображается моделью грубо или приблизительно;
    • адекватность - модель должна успешно описывать моделируемую систему;
    • наглядность, обозримость основных ее свойств и отношений;
    • доступность и технологичность для исследования или воспроизведения;
    • информативность - модель должна содержать достаточную информацию о системе (в рамках гипотез, принятых при построении модели) и должна давать возможность получить новую информацию;
    • сохранение информации, содержавшейся в оригинале (с точностью рассматриваемых при построении модели гипотез);
    • полнота - в модели должны быть учтены все основные связи и отношения, необходимые для обеспечения цели моделирования;
    • устойчивость - модель должна описывать и обеспечивать устойчивое поведение системы, если даже она вначале является неустойчивой;
    • целостность - модель реализует некоторую систему, т.е. целое;
    • замкнутость - модель учитывает и отображает замкнутую систему необходимых основных гипотез, связей и отношений;
    • адаптивность - модель может быть приспособлена к различным входным параметрам, воздействиям окружения;
    • управляемость - модель должна иметь хотя бы один параметр, изменениями которого можно имитировать поведение моделируемой системы в различных условиях;
    • возможность развития моделей (предыдущего уровня).

    Жизненный цикл моделируемой системы:

    • сбор информации об объекте, выдвижение гипотез, предварительный модельный анализ;
    • проектирование структуры и состава моделей (подмоделей);
    • построение спецификаций модели, разработка и отладка отдельных подмоделей, сборка модели в целом, идентификация (если это нужно) параметров моделей;
    • исследование модели - выбор метода исследования и разработка алгоритма (программы) моделирования;
    • исследование адекватности, устойчивости, чувствительности модели;
    • оценка средств моделирования (затраченных ресурсов);
    • интерпретация, анализ результатов моделирования и установление некоторых причинно-следственных связей в исследуемой системе;
    • генерация отчетов и проектных (народно-хозяйственных) решений;
    • уточнение, модификация модели, если это необходимо, и возврат к исследуемой системе с новыми знаниями, полученными с помощью модели и моделирования.

    Моделирование – есть метод системного анализа.



    Часто в системном анализе при модельном подходе исследования может совершаться одна методическая ошибка, а именно, - построение корректных и адекватных моделей (подмоделей) подсистем системы и их логически корректная увязка не дает гарантий корректности построенной таким способом модели всей системы.

    Модель, построенная без учета связей системы со средой и ее поведения по отношению к этой среде, может часто лишь служить еще одним подтверждением теоремы Геделя, а точнее, ее следствия, утверждающего, что в сложной изолированной системе могут существовать истины и выводы, корректные в этой системе и некорректные вне ее.

    Наука моделирования состоит в разделении процесса моделирования (системы, модели) на этапы (подсистемы, подмодели), детальном изучении каждого этапа, взаимоотношений, связей, отношений между ними и затем эффективного описания их с максимально возможной степенью формализации и адекватности.

    В случае нарушения этих правил получаем не модель системы, а модель "собственных и неполных знаний".

    Моделирование рассматривается как особая форма эксперимента, эксперимента не над самим оригиналом, т.е. простым или обычным экспериментом, а над копией оригинала. Здесь важен изоморфизм систем оригинальной и модельной. Изоморфизм - равенство, одинаковость, подобие.

    Модели и моделирование применяются по основным направлениям:

    • в обучении (как моделям, моделированию, так и самих моделей);
    • в познании и разработке теории исследуемых систем;
    • в прогнозировании (выходных данных, ситуаций, состояний системы);
    • в управлении (системой в целом, отдельными ее подсистемами), в выработке управленческих решений и стратегий;
    • в автоматизации (системы или ее отдельных подсистем).

    - целенаправленность - модель всегда отображает некоторую систему, т.е. имеет цель;
    - конечность - модель отображает оригинал лишь в конечном числе его отношений и, кроме того, ресурсы моделирования конечны;
    - упрощенность - модель отображает только существенные стороны объекта и, кроме того, должна быть проста для исследования или воспроизведения;
    приблизительность - действительность отображается моделью грубо или приблизительно;
    - адекватность - модель должна успешно описывать моделируемую систему;
    - наглядность, обозримость основных ее свойств и отношений;
    - доступность и технологичность для исследования или воспроизведения;
    - информативность - модель должна содержать достаточную информацию о системе (в рамках гипотез, принятых при построении модели) и должна давать возможность получить новую информацию;
    сохранение информации, содержавшейся в оригинале (с точностью рассматриваемых при построении модели гипотез);
    - полнота - в модели должны быть учтены все основные связи и отношения, необходимые для обеспечения цели моделирования;
    - устойчивость - модель должна описывать и обеспечивать устойчивое поведение системы, если даже она вначале является неустойчивой;
    - целостность - модель реализует некоторую систему (т.е. целое);
    - замкнутость - модель учитывает и отображает замкнутую систему необходимых основных гипотез, связей и отношений;
    - адаптивность - модель может быть приспособлена к различным входным параметрам, воздействиям окружения;
    - управляемость (имитационность) - модель должна иметь хотя бы один параметр, изменениями которого можно имитировать поведение моделируемой системы в различных условиях;
    - эволюционируемость – возможность развития моделей (предыдущего уровня).

    • Основные свойства моделей . - целенаправленность - модель всегда отображает некоторую систему, т.е. имеет цель; - конечность...


    • Основные свойства моделей . - целенаправленность - модель


    • Основные свойства моделей . - целенаправленность - модель всегда отображает некоторую систему, т.е. имеет цель; - конечность - м.


    • Основные свойства средней арифметической. Для снижения трудоемкости расчетов используются основные свойства ср.арифм-кой


    • Основные свойства живых организмов. А) Единство химического состава.
      Оно связано с приобретением организмами новых признаков и свойств .


    • Два свойства общ. благ: 1)неконкурентность, т.е. увеличение числа потребителей блага не влечет за собой снижение полезности, доставляемой каждому из них.


    • Модель скользящих нитей Хаксли и ее основные положения.
      Вода является средой с большим количеством водородных связей, именно они определяют особые свойства воды

    Тип модели зависит от информационной сущности моделируемой системы, от связей и отношений ее подсистем и элементов, а не от ее физической природы.

    Например, математические описания (модели ) динамики эпидемии инфекционной болезни, радиоактивного распада, усвоения второго иностранного языка, выпуска изделий производственного предприятия и т.д. могут считаться одинаковыми с точки зрения их описания, хотя сами процессы различны.

    Границы между моделями различного вида весьма условны. Можно говорить о различных режимах использования моделей - имитационном, стохастическом и т.д.

    Как правило модель включает в себя: объект О, субъект (не обязательный) А, задачу Z, ресурсы B, среду моделирования С.

    Модель можно представить формально в виде: М = < O, Z, A, B, C > .

    Основные свойства любой модели :

      целенаправленность - модель всегда отображает некоторую систему, т.е. имеет цель;

      конечность - модель отображает оригинал лишь в конечном числе его отношений и, кроме того, ресурсы моделирования конечны;

      упрощенность - модель отображает только существенные стороны объекта и, кроме того, должна быть проста для исследования или воспроизведения;

      приблизительность - действительность отображается моделью грубо или приблизительно;

      адекватность - модель должна успешно описывать моделируемую систему;

      наглядность, обозримость основных ее свойств и отношений;

      доступность и технологичность для исследования или воспроизведения;

      информативность - модель должна содержать достаточную информацию о системе (в рамках гипотез, принятых при построении модели ) и должна давать возможность получить новую информацию;

      сохранение информации, содержавшейся в оригинале (с точностью рассматриваемых при построении модели гипотез);

      полнота - в модели должны быть учтены все основные связи и отношения, необходимые для обеспечения цели моделирования ;

      устойчивость - модель должна описывать и обеспечивать устойчивое поведение системы, если даже она вначале является неустойчивой;

      целостность - модель реализует некоторую систему, т.е. целое;

      замкнутость - модель учитывает и отображает замкнутую систему необходимых основных гипотез, связей и отношений;

      адаптивность - модель может быть приспособлена к различным входным параметрам, воздействиям окружения;

      управляемость - модель должна иметь хотя бы один параметр, изменениями которого можно имитировать поведение моделируемой системы в различных условиях;

      возможность развития моделей (предыдущего уровня).

    Жизненный цикл моделируемой системы:

      сбор информации об объекте, выдвижение гипотез, предварительный модельный анализ;

      проектирование структуры и состава моделей (подмоделей);

      построение спецификаций модели , разработка и отладка отдельных подмоделей, сборка модели в целом, идентификация (если это нужно) параметров моделей ;

      исследование модели - выбор метода исследования и разработка алгоритма (программы) моделирования ;

      исследование адекватности, устойчивости, чувствительности модели ;

      оценка средств моделирования (затраченных ресурсов);

      интерпретация, анализ результатов моделирования и установление некоторых причинно-следственных связей в исследуемой системе;

      генерация отчетов и проектных (народно-хозяйственных) решений;

      уточнение, модификация модели , если это необходимо, и возврат к исследуемой системе с новыми знаниями, полученными с помощью модели и моделирования .

    Информация - это абстракция.
    Модель     - это тот объект, та система, которая позволяет облечь эту информацию в конкретное, например компьютерное, представление, содержание.
    Моделирование - тот процесс, метод, который позволяет осуществлять перенос информации от реальной системы к модели и наоборот.

    Модели по их назначению бывают познавательными, прагматическими и инструментальными.

    • Познавательная модель - форма организации и представления знаний, средство соединения новых и старых знаний. Познавательная модель, как правило, подгоняется под реальность и является теоретической моделью.
    • Прагматическая модель - средство организации практических действий, рабочего представления целей системы для ее управления. Реальность подгоняется под некоторую прагматическую модель. Это, как правило, прикладная модель.
    • Инструментальная модель - средство построения, исследования и/или использования прагматических и/или познавательных моделей. Познавательные модели отражают существующие, а прагматические - хоть и не существующие, но желаемые и, возможно, исполнимые отношения и связи.

    По уровню моделирования модели бывают эмпирическими, теоретическими и смешанными.

    • Эмпирическая - на основе эмпирических фактов, зависимостей;
    • Теоретическая - на основе математических описаний;
    • Смешанная или полуэмпирическая - использующая эмпирические зависимости и математические описания.

    Проблема моделирования состоит из трех задач:

    1. построения модели (эта задача менее формализуема и конструктивна, в том смысле, что нет алгоритма для построения моделей);
    2. исследования модели (эта задача более формализуема, имеются методы исследования различных классов моделей);
    3. использования модели (конструктивная и конкретизируемая задача).
    Моделирование - это универсальный метод получения, описания и использования знаний. Оно используется в любой профессиональной деятельности.
    В современной науке и технологии математическое моделирование усиливается, актуализируется проблемами, успехами других наук. Математическое моделирование реальных и нелинейных систем живой и неживой природы позволяет перекидывать мостики между нашими знаниями и реальными системами, процессами, в том числе и мыслительными.

    Моделирование - процесс построения, изучения и применения моделей.

    Т.е. можно сказать, что

    моделировaние - это изучение объектa путем построения и исследования его модели, осуществляемое с определенной целью и состоит в зaмене экспериментa с оригинaлом экспериментом нa модели.

    Приведем наиболее важные типы моделей (моделирования) с краткими определениями, примерами.

    Модель называется статической , если среди параметров, участвующих в описании модели, нет временного параметра. Статическая модель в каждый момент времени дает лишь «фотографию» системы, ее срез.

    Модель динамическая, если среди параметров модели есть временной параметр, т. е. она отображает систему (процессы в системе) во времени.

    Модель дискретная , если она описывает поведение системы только в дискретные моменты времени.

    Модель непрерывная , если она описывает поведение системы для всех моментов времени из некоторого промежутка.

    Модель имитационная , если она предназначена для испытания или изучения, проигрывания возможных путей развития и поведения объекта путем варьирования некоторых или всех параметров модели.

    Модель детерминированная , если каждому входному набору параметров соответствует вполне определенный и однозначно определяемый набор выходных параметров; в противном случае модель недетерминированная , стохастическая (вероятностная).

    Модель теоретико-множественная , если представима с помощью некоторых множеств и отношений принадлежности им и между ними.

    Модель логическая , если она представима предикатами, логическими функциями.

    Модель игровая , если она описывает, реализует некоторую игровую ситуацию Между участниками игры (лицами, коалициями).

    Модель алгоритмическая , если она описана некоторым алгоритмом или комплексом алгоритмов, определяющим ее функционирование, развитие. Введение такого на первый взгляд непривычного типа моделей кажется нам вполне обоснованным, так как не все модели могут быть исследованы или реализованы алгоритмически.

    Модель языковая , лингвистическая , если она представлена некоторым лингвистическим объектом, формализованной языковой системой или структурой. Иногда такие модели называют вербальными, синтаксическими и т. п.

    Модель визуальная , если она позволяет визуализировать отношения и связи моделируемой системы, особенно в динамике.

    Модель натурная , если она есть материальная копия объекта моделирования.

    Модель геометрическая , графическая , если она представима геометрическими образами и объектами.

    Тип модели зависит от информационной сущности моделируемой системы, от связей и отношений ее подсистем и элементов, а не от ее физической природы.

    Границы между моделями различных типов или же отнесение модели к тому или иному типу часто весьма условны. Можно говорить о различных режимах использования моделей - имитационном, стохастическом и т. д.
    Все основные типы моделей, возможно, за исключением некоторых натурных - системно-информационные (инфосистемные) и информационно-логические (инфологические). В узком понимании информационная модель - это модель, описывающая, изучающая, актуализирующая информационные связи и отношения в исследуемой системе. В еще более узком понимании информационная модель - это модель, основанная на данных, структурах данных, их информационно-логическом представлении и обработке. Как широкое, так и узкое понимание информационной модели необходимы, определяются решаемой проблемой и доступными для ее решения ресурсами, в первую очередь информационно-логическими.

    Основные свойства любой модели:

    • конечность - модель отображает оригинал лишь в конечном числе его отношений и, кроме того, ресурсы моделирования конечны;
    • упрощенность - модель отображает только существенные стороны объекта и, кроме того, должна быть проста для исследования или воспроизведения;
    • приблизительность - действительность отображается моделью грубо, или приблизительно;
    • адекватность моделируемой системе - модель должна успешно описывать моделируемую систему;
    • наглядность, обозримость основных свойств и отношений;
    • доступность и технологичность для исследования или воспроизведения;
    • информативность - модель должна содержать достаточную информацию о системе (в рамках гипотез, принятых при построении модели) и давать возможность получить новую информацию;
    • сохранение информации , содержавшейся в оригинале (с точностью рассматриваемых при построении модели гипотез);
    • полнота - в модели должны быть учтены все основные связи и отношения, необходимые для обеспечения цели моделирования;
    • устойчивость - модель должна описывать и обеспечивать устойчивое поведение системы, если даже та вначале является неустойчивой;
    • замкнутость - модель учитывает и отображает замкнутую систему необходимых основных гипотез, связей и отношений.

     

     
    Это интересно: