из электронной библиотеки / 887484694831074.pdf

Вышеперечисленные тэги являются обязательными и должны присутствовать в любом

HTML-документе.

Файлы HTML-документов обычно имеют расширения *.html или *.htm. Встречаются также файлы с расширениями shtml, phtml, php, cgi и т. д. Файлы с такими расширениями динамически формируются web-сервером. Кириллица в именах web-документов не используется, поскольку кодировка кириллических символов различается в операционных системах Windows, где web-страницы обычно создаются и просматриваются, и в ОС семейства

UNIX (Free BSD, Linux), под управлением которых работает более 70 % web-серверов. Кроме того, использование кириллических символов в адресах URL может затруднить формирование

HTTP-запроса к web-серверу.

Изучение языка гипертекстовой разметки HTML не входит в задачи данного курса,

поскольку данный язык изучается в курсе «Программное обеспечение компьютерных сетей».

Тем не менее современные редакторы позволяют создавать полноценные HTML-страницы и целые web-узлы и без знания HTML. Наиболее популярными из них являются Microsoft FrontPage, входящий в расширенные выпуски пакетов Microsoft Office, и Macromedia Dreamweaver.

7.3Программное обеспечение работы с гипертекстовой информацией

Macromedia Dreamweaver — это профессиональный HTML-редактор, предназначенный для проектирования, написания кода и поддержки сайтов, web-страниц и приложений сети.

Dreamweaver поддерживает ручное написание HTML-кода, а также предоставляет возможности работы в визуальной среде создания и редактирования web-страниц и сайтов.

Macromedia Dreamweaver позволяет создавать как простые web-страницы, так и сайты с профессиональным web-дизайном и предоставляет разработчикам следующие основные возможности:

•разработка гипертекстовых web-страниц;

•внедрение графических, аудио и видеофрагментов в web-страницы;

•создание таблиц в HTML-формате;

•настройка прокси-сервера и брандмауэра;

•регистрация и публикация сайта;

•разработка сайтов на основе фреймов, сайтов с табличным дизайном, использование шаблонов и таблиц стилей;

•включение свободно позиционируемых элементов;

•разработка анимационных роликов на web-страницах;

•использование сценариев;

•разработка метатэгов и серверных директив;

Помимо перечисленных элементов, в Dreamweaver существует целый спектр инструментов (панелей и окон), предназначенных для выполнения разнообразных операций с документом в целом или отдельными его частями, просмотра кода и дизайна документа,

вставки графических объектов и т. п.

8Основы моделирования

В этой главе дано определение понятию моделирования, описаны способы построения,

назначение и области применения различных моделей. Особое внимание уделено компьютерному моделированию: описаны основные этапы создания и использования моделей на компьютере, а также современные программные средства, позволяющие осуществлять компьютерное моделирование в различных отраслях науки и техники.

8.1 Представление о назначении и особенностях моделирования

Понятия модели и моделирования

Моделирование в научных исследованиях стало применяться еще в глубокой древности и постепенно захватывало все новые области научных знаний: техническое конструирование,

строительство и архитектуру, астрономию, физику, химию, биологию и, наконец, общественные науки. Постепенно стала осознаваться роль моделирования как универсального метода научного познания. Большие успехи и признание практически во всех отраслях современной науки получило моделирование в 20 веке. Термин «модель» широко используется в различных сферах человеческой деятельности и имеет множество смысловых значений.

Модель – это описание или объект-заместитель объекта-оригинала, обеспечивающий изучение выбранных свойств оригинала в условиях, когда использование оригинала по тем или иным причинам невозможно.

Под моделированием понимается процесс построения, изучения и применения моделей.

Моделирование является одной из форм отражения действительности. Моделирование тесно связано с такими категориями, как абстракция, аналогия, гипотеза и др. Процесс моделирования обязательно включает в себя и построение абстракций, и умозаключения по аналогии, и разработку научных гипотез. Главная особенность моделирования состоит в опосредованном познании с помощью объектов-заместителей. Модель выступает как своеобразный инструмент познания,

который исследователь ставит между собой и объектом и с помощью которого изучает интересующий его объект. Понятие модели широко используется не только в науке и технике, но и в искусстве, и в повседневной жизни.

Возможности моделирования, то есть переноса результатов, полученных в ходе построения и исследования модели, на оригинал, основаны на том, что модель в определенном смысле

отображает (воспроизводит, моделирует, описывает, имитирует) некоторые интересующие исследователя свойства объекта. Применительно к естественным и техническим наукам принято различать следующие виды моделирования:

□Концептуальное моделирование. При таком моделировании совокупность уже известных фактов или представлений относительно исследуемого объекта или системы истолковывается с помощью некоторых специальных знаков, символов, операций над ними или с помощью естественного или искусственного языка.

□Физическое моделирование. В этом случае модель и моделируемый объект представляют собой реальные объекты или процессы единой или различной физической природы,

причем между процессами в объекте-оригинале и модели имеют место некоторые соотношения подобия, вытекающие из схожести физических явлений.

□ Структурно-функциональное моделирование. Моделями являются схемы (блок-схемы),

графики, чертежи, диаграммы, таблицы, рисунки, дополненные специальными правилами их объединения и преобразования.

□Математическое (логико-математическое) моделирование. Моделирование, включая построение модели, осуществляется средствами математики и логики.

□Имитационное (программное) моделирование. Логико-математическая модель исследуемого объекта представляет собой алгоритм функционирования системы, реализованный в виде программного комплекса.

Перечисленные виды моделирования не являются взаимоисключающими и могут применяться при исследовании сложных объектов либо одновременно, либо в некоторой комбинации. Кроме того, в определенном смысле концептуальное и структурно-функциональное моделирование неразличимы, так как блок-схемы, конечно же, вполне можно считать специальными знаками с установленными операциями над ними.

Компьютерное моделирование

Традиционно под моделированием на компьютере понималось лишь имитационное моделирование. К настоящему времени компьютер используется практически для всех видов моделей за исключением физического моделирования. Например, при математическом моделировании выполнение одного из основных этапов — построения математических моделей по экспериментальным данным — в настоящее время просто немыслимо без компьютера. В последние годы, благодаря развитию графического интерфейса и графических пакетов, широкое развитие получило компьютерное, структурно-функциональное моделирование. Положено начало использованию компьютера даже при концептуальном моделировании, например, с целью построения систем искусственного интеллекта.

Таким образом, понятие «компьютерное моделирование» значительно шире традиционного понятия «моделирование на ЭВМ» и нуждается в уточнении, учитывающем сегодняшние реалии.

В настоящее время под компьютерной моделью чаще всего понимают следующее:

□ условный образ объекта или некоторой системы объектов (или процессов), описанный с помощью взаимосвязанных компьютерных таблиц, блок-схем, диаграмм, графиков, рисунков,

анимационных фрагментов, гипертекстов и т. д. и отображающий структуру и взаимосвязи между элементами объекта. Компьютерные модели такого вида мы будем называть структурно-

функциональными; □ отдельную программу, совокупность программ, программный комплекс, позволяющий с

помощью последовательности вычислений и графического отображения их результатов воспроизводить (имитировать) процессы функционирования объекта, системы объектов при условии воздействия на объект различных факторов. Такие модели определяют как имитационные.

Компьютерное моделирование является методом решения задачи анализа или синтеза сложной системы на основе использования ее компьютерной модели.

Суть компьютерного моделирования заключена в получении количественных и качественных результатов по имеющейся модели. Качественные выводы, получаемые по результатам анализа, позволяют обнаружить неизвестные ранее свойства сложной системы: ее структуру,

динамику развития, устойчивость, целостность и др. Количественные выводы используются для прогноза будущих или объяснения прошлых значений переменных исследуемого объекта.

Основные области применения компьютера при моделировании:

□вспомогательное средство для решения задач;

□постановка и решение новых задач, не решаемых традиционными методами,

алгоритмами, технологиями;

□разработка компьютерных обучающих и моделирующих сред;

□получение новых знаний в ходе моделирования;

□«обучение» разработанных моделей (самообучающиеся модели).

Компьютерное моделирование становится новым инструментом, методом научного познания,

новой технологией еще и из-за возрастающей потребности в переходе от исследования линейных математических моделей систем к более сложным и плохо формализуемым системам.

Предметом компьютерного моделирования могут быть любые сложные системы, например,

экономическое подразделение фирмы или банка, промышленное предприятие, информационно-

вычислительная сеть, технологический процесс, любой реальный объект или процесс и т. д. Цели компьютерного моделирования могут быть различными. Наиболее часто моделирование является центральной процедурой системного анализа, причем под системным анализом мы далее понимаем

совокупность методологических средств, используемых для подготовки и принятия решений экономического, организационного, социального, технического и иного характера.

Компьютерная модель сложной системы должна по возможности отображать все основные факторы и взаимосвязи, характеризующие реальные ситуации, критерии и ограничения. Модель должна быть достаточно универсальной, чтобы описывать близкие по назначению объекты, и в то же время достаточно простой, чтобы обеспечивать выполнение необходимых исследований с разумными затратами.

Параметры модели

Основные параметры, на основе которых оценивается модель, представлены на рисунке68.

Рисунок 68 - Параметры модели

Универсальность модели характеризует полноту отражения в ней свойств реального объекта,

поскольку модель отражают не все, а лишь некоторые его свойства.

Точность модели оценивается степенью совпадения (погрешностью) значений выходных параметров реального объекта и значений тех же параметров, рассчитанных с помощью модели.

Пусть отражаемые в математической модели свойства объекта представлены вектором выходных параметров

Здесь уi — истинное значение i-го параметра. Обозначим через yim i-й параметр, рассчитанный с помощью модели. Тогда относительная погрешность математической модели по i-му параметру будет:

По этой формуле рассчитываются погрешности для каждого выходного параметра, в

результате получается вектор погрешностей

Адекватность модели является мерой совпадения функциональных характеристик модели с функциональными характеристиками моделируемого объекта.

Экономичность модели характеризуется затратами вычислительных ресурсов на ее реализацию. Если работа с моделью осуществляется вручную, то ее экономичность определяется затратами времени разработчика. При автоматизированном проектировании модели — затратами машинного времени и памяти компьютера, а также затратами времени разработчика. Часто для оценки экономичности непосредственно компьютерной модели используют другие величины:

□среднее количество операций, выполняемых при одном обращении к модели;

□размерность системы уравнений в математической модели;

□количество используемых в модели внутренних параметров и т. д.

Вычислимость определяется как возможность ручного или компьютерного исследования качественных и количественных закономерностей функционирования объекта (системы).

Модульность показывает соответствие конструкций модели структурным составляющим объекта (системы).

Алгоритмизируемость характеризует возможность разработки соответствующих алгоритма и программы, реализующей математическую модель на ЭВМ.

Наглядность отражает удобство визуального восприятия модели.

Конечность показывает отображение оригинала лишь в конечном числе его отношений.

Упрощенность (приблизительность) говорит об отражение только существенных сторон объекта (системы).

Следует отметить, что одна группа параметров модели (упрощенность, конечность,

экономичность) обычно вступает в противоречие с такими параметрами, как наглядность,

адекватность и точность. Разрешение этого противоречия с целью получения оптимальной модели является одной из задач моделирования.

8.2Классификация моделей

Существует множество способов классифицировать модели. Большой выбор способов классификации обусловлен тем, что моделирование применяется практически во всех областях деятельности человека. Под понятие моделирования попадает широкий диапазон человеческих действий и артефактов. Само человеческое мышление представляет собой непрерывное моделирование окружающего мира.

В этом разделе представлены разнообразные подходы к классификации моделей с разных точек зрения.

Классификация моделей по назначению

Классификацию моделей по назначению иллюстрирует рисунок 69.

Рисунок 69 - Классификация моделей по назначению

Познавательная модель является формой организации и представления знаний,

средством объединения новых и старых знаний. Познавательная модель, как правило, с

максимально возможной точностью отображает реальность и изменяется в соответствии с изменением реальности. Является теоретической моделью.

Пример. Математическое моделирование мирового океана с целью изучения изменения течений и рельефа океанского дна. Разрабатывается теория, согласно этой теории строится модель.

Если поведение модели плохо согласуется с процессами в реальном объекте, уточнению подлежат теория и построенная на ее основе модель.

Прагматическая модель является средством организации практических действий,

рабочего представления целей системы для ее управления. Реальность подстраивается под некоторую прагматическую модель (как правило, прикладную).

Пример. Выбор модели финансового регулирования в стране. Если выбрана монетаристская модель, то все процессы финансово-валютного регулирования стараются согласовать с этой моделью. Если процессы, происходящие в финансовой сфере страны, не отвечают параметрам модели, то производятся действия, изменяющие процессы таким образом, чтобы они соответствовали с выбранной модели.

Инструментальная модель является средством построения, исследования и (или)

использования прагматических к (или) познавательных моделей.

Пример. После построения теоретической математической модели мирового океана она оформляется в виде компьютерной модели на языке программирования. Таким образом,

инструментальная модель оказывается моделью модели, средством инструментальной реализации познавательной или прагматической модели.

Классификация моделей по уровню моделирования

Классификацию моделей по уровню моделирования иллюстрирует рисунок 70.

Рисунок 70 - Классификация моделей по уровню моделирования

Эмпирическая модель построена на основе установленных опытным путем зависимостей между входными и выходными параметрами модели. Эмпирические модели создаются в тех случаях, когда явление или процесс невозможно описать при помощи математических формул,

поскольку о внутреннем устройстве объекта или механизме процесса ничего не известно либо внутренние зависимости являются слишком сложными для построения математического описания.

Пример. Все модели процессов, происходящих в человеческом обществе — социальных,

экономических, финансовых, политических, — строятся эмпирически.

Теоретическая модель построена на основе математически описанных зависимостей между входными и выходными параметрами модели. В этом случае все внутренние механизмы явления известны настолько, чтобы можно было с достаточной точностью описать их с помощью математического аппарата.

Пример. Компьютерная модель простого физического процесса: растягивания идеальной пружины под действием груза (идеальный маятник).

Полуэмпирическая модель построена на основе аппроксимаций эмпирических зависимостей при помощи математических функций с удовлетворяющей задачам моделирования точностью. В случае полуэмпирической модели объект моделирования

(прототип) достаточно сложен, и внутренние механизмы его функционирования не могут быть в точности описаны при помощи математических функций. Однако опыт наблюдения за объектом позволяет установить закономерности между входными и выходными параметрами,

которые можно с достаточной точностью описать (аппроксимировать) при помощи математиче-

ских функций.

Пример. Компьютерная модель процесса обмена веществ в биологической клетке.

Классификация моделей по принадлежности к иерархическому уровню

Классификацию моделей по принадлежности к иерархическому уровню иллюстрирует

рисунок 71.

Рисунок 71 - Классификация по иерархическим уровням моделирования

Модель микроуровня отображает объекты или процессы самого нижнего, неделимого на составные части уровня в иерархической структуре. Модели микроуровня создаются как составные части модели макроуровня с целью более точного воспроизведения моделируемого прототипа.

Пример. Модель технологического процесса на предприятии.

Модель макроуровня отображает объекты или процессы среднего или высшего звена в иерархической структуре.

Пример. Модель работы сборочного цеха или предприятия.

Модель метауровня отображает процессы или объекты, взаимодействующие с прототипом модели макроуровня. Цель моделирования на метауровне — более точное воспроизведение среды (входных параметров) модели макроуровня.

Пример. Модель функционирования предприятия во взаимосвязи с государственными органами, поставщиками, потребителями, общественностью и окружающей средой.

Классификация моделей по характеру взаимоотношений со средой

Классификацию моделей по характеру взаимоотношений со средой иллюстрирует рисунок 72.

Рисунок 72 - Классификация по характеру отношения к внешней среде

Открытая модель осуществляет непрерывный энергоинформационный и вещественный обмен со средой.

Пример. Действующая модель водяной мельницы в уменьшенном масштабе.

Закрытая модель имеет слабую связь с внешней средой или вовсе ее не имеет.

Пример. Компьютерная модель движения колеса по наклонной поверхности в отсутствие силы трения.

Классификация моделей по способу представления свойств объекта