mozok.click » Інформатика » Этапы компьютерного моделирования
Інформація про новину
  • Переглядів: 1874
  • Автор: admin
  • Дата: 2-10-2017, 17:11
2-10-2017, 17:11

Этапы компьютерного моделирования

Категорія: Інформатика

Совершенствование вычислительной техники открыло перед моделированием огромные перспективы для исследования процессов и явлений окружающего мира.

Инструментом компьютерного моделирования является программное обеспечение как универсального назначения (текстовые и графические редакторы), так и специализированное, предназначенное только для определенного вида моделирования. В ходе компьютерного моделирования для большей наглядности создают графические и имитационные модели.

основные этапы компьютерного моделирования

Исследование процессов и явлений путем компьютерного моделирования включает этапы, приведенные в таблице.

Название этапа

Содержание действий

1. Постановка задачи и ее анализ

1. Выяснить цель моделирования.

2. Определить исходные данные, необходимые для создания модели, и ограничения на эти данные.

3. Уточнить, какие результаты нужно получить.

II. Построение информационной модели

1. Определить параметры модели, существенные для данной задачи.

2. Описать зависимость между параметрами модели в виде математических соотношений.

III. Разработка метода и алгоритма реализации компьютерной модели

1. Подобрать или разработать метод решения задачи.

2. Составить алгоритм получения результатов в соответствии с выбранным методом.

IV. Разработка компьютерной модели

1. Выбрать средства программной реализации алгоритма на компьютере.

2. Создать компьютерную модель.

3. Проверить правильность созданной компьютерной модели.

V. Проведение компьютерного эксперимента

1. Разработать план исследования.

2. Провести эксперимент на базе созданной компьютерной модели.

3. Проанализировать полученные результаты.

4. Сделать выводы о свойствах прототипа модели.



I этап. Постановка задачи и ее анализ

Важным моментом на этом этапе является определение цели моделирования. От выбранной цели зависит, какие характеристики исследуемого

объекта считать существенными, а какими можно пренебречь. Согласно поставленной цели должен быть подобран инструментарий, определены методы решения задачи и формы отображения результатов.

Постановка задачи требует внимательного анализа формулировки с целью четкого выделения исходных данных и необходимых результатов; при этом устанавливаются ограничения на допустимые значения величин, используемых в задаче:

• Что дано (какие данные есть в условии задачи)?

• Что надо найти (какие данные должны быть получены)?

• Какие ограничения накладываются на данные (какие данные допустимы)?

Исследовать, как изменяется скорость автомобиля при равноускоренном движении через заданные интервалы времени.

Что моделируется? Процесс движения объекта «автомобиль».

Какова цель моделирования? Исследовать процесс равноускоренного движения.

Что дано? Начальная скорость (v0), ускорение движения (а), максимальная скорость движения (v ), которую развивает автомобиль, интервалы изменения времени (dt).


Что надо найти? Значение скорости движения (и.) в заданные моменты времени (t.).

Каковы ограничения на данные? 0 < v. < v .

i max

II этап. Построение информационной модели

На этом этапе определяются параметры модели, существенные для данной задачи, и математические соотношения между ними.

Информационная модель задачи о движении автомобиля:

Иногда целесообразно дополнить информационную модель объекта схемой, чертежом, формулами, если это будет способствовать лучшему пониманию задачи.

Задача о движении автомобиля становится более понятной, если добавить рисунок с указанием введенных обозначений (рис. 28.1).

Для задач, в которых требуется рассчитать значения параметров объекта, необходимо составить математическую модель.

Математическая модель движения автомобиля имеет вид:

Ill этап. Разработка метода и алгоритма реализации компьютерной модели

Для расчетной задачи необходимо выбрать метод ее решения, определяющий последовательность арифметических и логических операций. Метод — это определенный способ решения задачи в рамках построенной модели.

Выбор метода обусловлен анализом исходных данных задачи. Например, вы выбираете метод определения неизвестных элементов прямоугольного треугольника в зависимости от того, величины каких элементов даны в условии задачи.

В прикладных задачах найти точное решение обычно невозможно или слишком сложно. Для таких задач разработаны методы приближенных вычислений значений функций, корней уравнений и т. п.

Алгоритм — это последовательность указаний выполнения действий, направленная на решение задачи.

Алгоритм решения задачи составляют в соответствии с выбранным методом.

Блок-схема алгоритма решения задачи о движении автомобиля приведена на рис. 28.2.


IV этап. Разработка компьютерной модели

Строить и исследовать модели можно с помощью различных программ. Каждая программная среда имеет свой инструментарий и позволяет работать с определенными видами информационных моделей. Одну и ту же задачу можно решать, используя различные среды.

В среде программирования можно создать программу для реализации математической модели. Также, используя графические средства языка, можно создать графическую или имитационную модель.

Для создания информационной модели в словесном виде может быть использован текстовый процессор. Для расчетных задач удобно использовать среду электронных таблиц.

В среде табличного процессора модель можно представить в виде таблицы, содержащей три области: исходные данные (столбцы А-С), промежуточные расчеты (столбец D) и результаты (столбец Е) (рис. 28.3).

V этап. Проведение компьютерного эксперимента

План исследования должен четко отражать последовательность работы с моделью. После создания модели необходимо проверить правильность модели с помощью тестов. Тест — это набор специально подобранных исходных данных и ожидаемых результатов. Тестирование заключается в сравнении результатов тестового примера с результатами, полученными после выполнения расчетов для созданной модели.

Если результаты расчетов не совпадают с результатами тестового примера, это означает, что на предыдущих этапах были допущены ошибки: неправильная постановка задачи, неучтенность важных свойств прототипа при построении информационной модели, неудачный выбор метода или неправильный алгоритм решения задачи. Возвращение к предыдущим этапам моделирования и корректировка модели повторяется до тех пор, пока не будут получены успешные результаты тестирования.

После успешного тестирования модели можно переходить непосредственно к проведению исследования. Эксперимент должен сопровождаться анализом результатов для принятия решения.

На основе анализа результатов эксперимента можно сделать выводы о свойствах прототипа модели, принять решение об управлении прототипом.

Вопросы для самопроверки

1. Назовите преимущества компьютерного моделирования.

2. Назовите известные вам инструменты компьютерного моделирования.

3. Опишите содержание основных этапов компьютерного моделирования.

4. Решите задачу: «На какую высоту можно подняться по лестнице длиной l, если нижний ее конец расположен на расстоянии b от стены?». Какой метод вы выберете для решения этой задачи?

Упражнение 28

На основании этапов I—III компьютерного моделирования построить и исследовать в табличном процессоре Excel компьютерную модель движения автомобиля.

1) Запустите программу Excel. Для ввода значения начальной скорости используем ячейку B1, для ввода значения ускорения движения — ячейку B2 (рис. 1).

Введите в ячейки B5 и C5 формулы для вычисления значений скорости движения и пройденного пути через время t:

Введите в ячейки A5:A7 значения времени с интервалом в 1 с. Скопируйте формулы в диапазоны В6:В7 и С6:С7 соответственно.

2) Введите в ячейку D5 формулу для перевода значения скорости движения в км/ч. Скопируйте формулу в диапазон D6:D7.

Установите условное форматирование данных в диапазоне D5:D7 так, чтобы значения скорости движения, большие, чем допустимая максимальная скорость движения, отображались красным цветом.

3) Постройте диаграмму типа График, в которой как категории используются данные из диапазона ячеек A5:A7, а как значения — данные из диапазона ячеек В5:В7.

4) Протестируйте модель: сравните полученные значения параметров движения автомобиля со значениями на рис. 2.

5) Проведите компьютерный эксперимент: определите, на какой секунде автомобиль достигает максимальной скорости движения; внесите такие изменения в исходные значения модели, чтобы вычислить время, необходимое автомобилю для торможения до полной остановки.

6) Сохраните файл с именем Упражнение 28 в соответствующей папке. Завершите работу за компьютером.

Компьютерное тестирование

Выполните тестовое задание 28 с автоматической проверкой на сайте interactive.ranok.com.ua.

 

Это материал из учебника Информатика 9 класс Бондаренко

 






^