В ходе проведения расчетов и эспериментов возникает необходимость строить материальные или информационные модели реальных объектов — прототипов модели.
Моделирование — это процесс создания модели для дальнейшего исследования объекта (процесса, явления).
Материальные модели воспроизводят физические, геометрические и другие свойства объектов моделирования (глобус, модель молекулы, макет самолета, здания и т. д.).
Информационная модель — это описание важных для определенного исследования свойств объекта (явления, процесса). Информационные модели можно разделить на следующие типы (рис. 27.1):
В модели должны учитываться только те свойства объекта, которые важны для решения определенной задачи.
Если решают задачу на нахождение пути, пройденного за определенное время автомобилем, движущимся с постоянной скоростью, то учитывают только физические характеристики движения автомобиля — скорость движения и время, а такими данными, как цвет, марка или цена автомобиля, пренебрегают как несущественными.
Одним из типов информационных моделей являются математические модели. Математическая модель — это описание прототипа с помощью математических соотношений, формул, уравнений. Математические модели используют в задачах, требующих вычислений.
Компьютерные модели
Компьютерная модель — это информационная модель, реализованная с помощью программной среды (текстового или графического редактора, редактора презентаций, среды программирования и т. д.).
Необходимость в моделировании объектов (явлений, процессов) с помощью компьютера возникает в таких ситуациях, когда провести эксперимент с реальным объектом сложно или невозможно. Это позволяет экономить материальные ресурсы и избегать возможных вредных последствий проведения испытаний. С помощью компьютера можно моделировать явления или процессы, которые не происходили в реальности (например, взрыв на химическом предприятии), быстротечные (взрыв сверхновой звезды) или долговременные процессы (в частности, геологические) и др.
Графическая компьютерная модель — это описание объекта (явления, процесса) в виде схем, диаграмм, рисунков, созданное с помощью компьютерных технологий (рис. 27.2-27.4).
Структурно-функциональная модель — это описание объекта (явления, процесса) в виде схем и таблиц. Результаты исследования модели позволяют выявить самые существенные свойства объекта, влияющие на его поведение, выбрать оптимальные способы управления объектом (например, космической станцией).
Расчетные модели (рис. 27.5) позволяют определить числовые значения свойств объекта по разным исходным данным. Анализ этих значений помогает прогнозировать состояние объекта в будущем: модель земной атмосферы позволяет предсказать погоду, модель экосистемы — определить границы пользования природными ресурсами.
Расчетная модель равноускоренного прямолинейного движения
Имитационная модель — программа (комплекс программ), реализующая алгоритм функционирования объекта в различных условиях.
К имитационным моделям относят:
• учебные модели, применяемые для обучения и тренировки (рис. 27.6);
• игровые модели, позволяющие воспроизводить поведение объекта в игровых ситуациях с учетом реакции со стороны соперника (рис. 27.7).
Понятие компьютерного эксперимента
После построения, в частности, математической модели оценивается ее соответствие реальному объекту. По одним параметрам модели вычисляют другие ее параметры и сравнивают с реальными параметрами объекта. В случае несоответствия параметров модели и ее прототипа говорят о несоответствии математической модели прототипу. После проверки правильности модели ее дальнейшее исследование предоставляет новую информацию о реальном объекте. Исследование математической модели с помощью компьютера — компьютерный эксперимент — является мощным средством изучения реального объекта. Но нужно помнить, что результаты проведенного эксперимента характеризуют модель, а не прототип. Если на этапе проведения эксперимента результаты оказались недостоверными, возникает необходимость выбора другого метода исследования, уточнения модели или даже внесения изменений в постановку задачи.
Вопросы для самопроверки
1. Что представляет собой модель? Приведите примеры моделей.
2. В чем проявляется сходство модели и ее прототипа? В чем различие?
3. Приведите примеры исследований, которые можно провести на глобусе как на модели земного шара.
4. Почему при решении различных задач для одного объекта могут быть составлены различные модели?
5. Составьте информационную модель объекта «Фортепиано» для решения задач, стоящих перед: а) грузчиком; б) директором магазина;
в) пианистом.
6. Найдите в Интернете модель вулкана. Какие свойства прототипа (реального вулкана) учтены при построении модели?
Упражнение 27
Составить программу для исследования цветовой модели RGB.
Как вы уже знаете, в цветовой RGB-модели каждый цвет определяется значениями параметров R, G, В. Каждый параметр может принимать значения от 0 до 255, поэтому различных комбинаций содержания базовых цветов может быть 2563 = 16 777 216.
1) Откройте среду программирования Lazarus и создайте новый проект.
2) Разработайте интерфейс проекта согласно рис. 1. Три компонента Edit предназначены для ввода значений параметров R, G, В, три компонента Shape — для отражения степени насыщенности цветов,
четвертый компонент Shape — для отображения цвета, образующегося в результате выполнения функции RGBToColor (R, G, B). В окне Инспектор объектов задайте для элементов Shape1-Shape3 значение свойства Width 5 пикселей. Для свойства Brush.Color фигур выберите соответствующие цвета.
3) Создайте процедуру обработки события onclick для кнопки Воспроизвести цвет.
Запишите операторы, реализующие изменение элементов управления Shape1-Shape3 в зависимости от значений, введенных в текстовые поля, и заливку элемента Shape4 образующимся цветом.
4) Проверьте работу программы для различных значений параметров (рис. 2).
5) Проведите компьютерный эксперимент: найдите значения цветовых компонент для воспроизведения белого, черного, розового цветов; для воспроизведения цветов радуги.
6) Сохраните проект в папке Упражнение 27. Завершите работу за компьютером.
Компьютерное тестирование
Выполните тестовое задание 27 с автоматической проверкой на сайте interactive.ranok.com.ua.
Это материал из учебника Информатика 9 класс Бондаренко