Определение проблемы.
Проблема – различие в желаемом и действительном положении дел. Проблема может быть определена так же как состояние неудовлетворенной потребности. Ситуация становится проблемной, когда действие не дает желаемых результатов. Проблемность существующего положения осознается в несколько стадий – от проблемной ситуации, когда определяется потребность, выявляется и уточняется проблема до формулировки цели. Pt = |At – At0|, где At – действительное состояние в момент времени t; At0 - желаемое состояние в момент времени t0.
Определение цели.
Цель (Z) – заранее мыслимый результат сознательной деятельности человека или группы людей. Цель определяется как субъективный образ (абстрактная модель), несуществующего, но желаемого состояния среды, решающего возникающую проблему. В процессе достижения цели необходимо отобрать из окружающей среды объекты, свойства которых можно для этого использовать и объединить их в систему (S).
Определение объекта.
Объект – это то, на что направлена человеческая деятельность.
Определение модели.
Моделью называют некий объект – заместитель, который в определенных условиях может заменять объект оригинал, воспроизводя интересующие нас свойства и характеристики оригинала.
Понятия о теории моделирования.
Моделирование – метод решения задачи анализа или синтеза сложной системы на основе использования её модели.
Моделирование является эффективным методом познания природы и замещает один объект другим с целью получения знаний о важнейших свойствах объекта оригинала с помощью объекта-модели.
Целью моделирования и общей задачей является разработка методологии, направленной на получение и обработку информации об объекте.
Теория моделирования – это теория этих процессов.
Методологическая база – диалектика материалистических показаний.
Теория о системе можно получить с помощью эксперимента.
На основе теории формируется система знаний, позволяя решать вопрос об их использовании.
Моделирование является эффективным методом познания природы и замещает один объект другим, с целью получения знаний о важнейших свойствах объекта-оригинала с помощью объекта-модели.
При всем многообразии моделей в моделировании процессов необходимо сосредоточиться на основных принципах, что позволяет сделать теория моделирования. Следует помнить, что при развитии понятия модели может быть либо объект заместитель, либо абстракция.
При достижении цели необходимо осуществить деятельность по определенному плану. Алгоритм – это модель достижения цели.
Модель – это целевое отражение, т.е. для разных целей могут использоваться модели необходимых объектов.
Методы и схемы исследования объекта.
В настоящее время формируется новая методология научных исследований, основанная на трех фундаментальных и взаимодополняющих друг друга подходах:
а) Системный подход - совокупность методов и средств, позволяющих исследовать свойства, структуру и функции объектов, явлений или процессов в целом, представив их в качестве систем со всеми сложными межэлементными взаимосвязями, взаимовлиянием элементов на систему и на окружающую среду, а так же влиянием самой системы на ее структурные элементы.
б) Синергетический подход – задачей которого является изучение природных явлений и процессов на основе принципов самоорганизации систем (состоящих из подсистем). «…наука, занимающаяся изучением процессов самоорганизации и возникновения, поддержания, устойчивости и распада структур самой различной природы…»
в) Информационный подход рассматривается как развитие системного подхода, органически дополняющее его, создавая при этом новые возможности для исследования разнообразных явлений в природе и обществе.
Понятие гипотезы.
Гипотеза – определённое предсказание, основанное на небольшом количестве опытных данных, наблюдениях и интуиции. Её подтверждение базируется на экспериментальных исследованиях.
Понятие аналогии.
Аналогия – метод суждения о каком-либо частном сходстве ряда объектов, позволяющий сделать выводы о сходстве этих объектов в других отношениях.
Понятие логической связи.
Для
достижения цели необходимо объединить
определенным образом все элементы
системы и определить их взаимодействия
(связь). Связь (R) – определяют как
ограничение степени свободы элементов
и характеризуются направлением, слоем,
характером (видом) По первому признаку
связи делят на направленные и
ненаправленные. По второму – на сильные
и слабые (возможно выделение количественной
шкалы). По характеру различают связи
подчинения, порождения (генетические
связи), равноправные, связи управления.
Важную роль при управлении системами
имеет понятие обратной связи Обратная
связь является основой саморегулирования,
развития систем, приспособления их к
изменяющимся условиям существования.
Все связи R обладают свойствами
(атрибутами) связей
.
Эволюция понятия модели.
Осветление ящика
В древнем мире философы говорили о невозможности моделирование естественных процессов и предлагали только логические методы отражения явлений.
С течением времени все большее внимание уделялось эксперименту и он стал основой познания мира.
В настоящее время используются как экспериментальные данные, так и модели, т.е. в процессе развития теории моделирования можно определить 3 этапа:
1) модели как объект заместитель;
2) искусственные объекты, воплощающие абстракцию
3) абстрактные идеальные построения
Цели моделирования (прагматические и познавательные)
Познавательная цель – получение форм организации и представления знаний, средствами соединения знаний новых с имеющимися, т.е. приближение модели к реальности.
Прагматическая цель – разработка средств управления и организации практической деятельности путём представления образцово-правильных действий (планы, законы, программы).
Понятие теории подобия.
Теория подобия – это наука об условиях подобия явлений, процессов, объектов, является основой моделирования.
Предметом теории подобия является установление подобия критериев (показатели, характеризующие сходство моделируемых объектов, численно выражаются в коэффициентах подобия) различных явлений и изучение с помощью этих критериев свойств самих явлений. Физические явления, процессы или системы подобны, если в сходственные моменты времени в соответствующих точках пространства значения переменных величин, характеризующих состояние одной системы, пропорциональны соответствующим величинам другой системы.
Коэффициенты пропорциональности для каждой из величин называется коэффициентом подобия.
Понятие полноты модели.
полноты (проблема должна быть рассмотрена максимально всесторонне и подробно);
Принцип полноты заставляет исследовать как можно большее количество элементов системы с построением их частных моделей.
Полнота модели – должна предоставлять пользователю возможность получения необходимого набора характеристик, оценок системы, с требуемой точностью и достоверностью.
Детерминированные и стохастические модели.
Детерминированные модели – это модели с отсутствием неизвестных факторов, описание которых осуществляется с помощь традиционной математики.
Стохастические модели учитывают вероятностные, случайные факторы и описываются с помощью теории вероятности и математической статистики.
Статические и динамические модели.
Различают статистические и динамические модели, которые определяются фактором времени:
статистические модели – это модели, характеризующие модели в какой-то момент времени.
динамические модели описывают систему в процессе её изменения во времени.
Дискретные и непрерывные модели.
Система S функционирует во времени t є T, где Т - множество моментов времени функционирования системы. Если элементы Т – изолированные точки числовой прямой, то считают, что система функционирует в дискретном времени. Если Т – множество точек некоторого интервала числовой прямой, то система функционирует в непрерывном времени.
Мысленное моделирование.
В зависимости от формы представления объекта (системы) можно выделить мысленное и реальное моделирование. Мысленное моделирование часто является единственным способом моделирования объектов, которые существуют вне условий, возможных для их физического создания.
Например, на базе мысленного моделирования могут быть проанализированы многие ситуации микромира, которые не поддаются физическому эксперименту. Мысленное моделирование может быть реализовано в виде наглядного(гипотезы, наглядные аналогии, макеты), символического(упорядоченная, топологическая и графическая записи, условное) и математического(схема замещения, программные решения, экономическое).
Знаковые модели.
Знаковым называется моделирование, использующее в качестве моделей знаковые преобразования какого-либо вида: схемы, графики, чертежи, формулы, наборы символов.
Знаковая модель – совокупность информации, выраженная специальными знаками, т.е. средствами любого формального языка, придуманного человеком. Примером знаковых систем являются язык (русский, белорусский, английский); язык жестов; дорожные знаки.
Математические модели.
Математическая модель – модель объекта, процесса или явления, представляющая собой математические закономерности, с помощью которых описаны основные характеристики моделируемого объекта, процесса или явления.
Материальные модели.
При реальном моделировании используется возможность исследования различных характеристик либо на реальном объекте целиком, либо на его части.
Материальные модели
Общая черта, присущая этим моделям, состоит в том, что они копируют исходный объект. Они, как правило, делаются из совсем иного, зачастую более дешевого, материала, чем исходный объект. Размеры моделей также могут сильно отличаться от исходного объекта в ту или другую сторону. Например, модель атома значительно превосходит сам атом, а размер глобуса, наоборот, на много меньше размеров нашей планеты. Материальные модели используются для демонстрации (например, модели атомного строения веществ на уроках химии, муляжи на уроках биологии), изучения свойств исходного объекта, прогнозирования его поведения в определенных условиях. Любой самолет, прежде чем отправиться в свой первый испытательный полет, пройдет в виде уменьшенной своей копии, т.е. модели, сохраняющей геометрическую форму, через аэродинамическую трубу, чтобы подтвердить свои летные качества.