1.2. Системный подход в моделировании

Практически каждый объект окружающего нас мира состоит из других объектов, взаимодействующих между собой, то есть представляет собой систему.

Система является совокупностью взаимосвязанных элементов.

Признаком системы является ее целостное функционирование.

Например, компьютер является системой, состоящей из различных устройств, при этом устройства связаны между собой и аппаратно (физически подключены друг к другу) и функционально (между устройствами происходит обмен информацией).

Состояние системы характеризуется ее структурой, то есть составом и свойствами элементов, их отношениями и связями между собой. Система сохраняет свою целостность под воздействием различных внешних воздействий и внутренних изменений до тех пор, пока она сохраняет неизменной свою структуру. Если структура системы меняется (например, удаляется один из элементов), то система может перестать функционировать как целое. Так, если удалить одно из устройств компьютера (например, процессор), он выйдет из строя, то есть прекратит свое существования как система.

Построению информационной модели, осуществляемому с точки зрения системного подхода, предшествует системный анализ – процесс исследования объекта и описание его в виде системы. Задача системного анализа: выделить существенные части и свойства объекта, связи между ними.

Любая система существует в пространстве и во времени. В каждый момент времени система находится в определенном состоянии, которое характеризуется составом элементов, значениями их свойств, величиной и характером взаимодействия между элементами и т.д.

1.3. Информационная технология решения задач

Решение задачи с помощью компьютера представляет собой разработку и исследование моделей на компьютере. Использование компьютера для исследования информационных моделей различных объектов и систем позволяет изучить их изменение в зависимости от значения тех или иных параметров.

Этапы разработки моделей и их исследования на компьютере:

• построение описательной информационной модели. Когда задача только возникает, цели и средства, необходимые для ее решения, обычно еще не ясны. Задачу сначала описывают на естественном языке. Первый шаг к ее решению состоит в том, чтобы дать задаче четкую формулировку, определить существенные и несущественные для данной задачи факторы. Этот этап еще называют постановкой задачи. Необходимо четко выделить исходные данные, конкретизировать искомый результат.

• создание формализованной информационной модели. Чтобы подготовить задачу к решению при помощи компьютера, ее представляют в формальном виде, то есть описательную информационную модель записывают с помощью какого-либо формального языка. В зависимости от профиля задачи выбирают способ формального описания. В такой модели с помощью формул, уравнений, неравенств фиксирует формальные соотношения между начальными и конечными значениями свойств объектов, а также накладывают ограничения на допустимые значения этих свойств;

• преобразование формализованной информационной модели в компьютерную модель. На этом этапе модель необходимо выразить на понятном для компьютера языке.

Пути построения компьютерной модели:

• построение алгоритма решение задачи и последующее его кодирование на одном из языков программирования

• построение алгоритма решение задачи и построение компьютерной модели с использованием одного из приложений (электронных таблиц, СУБД и пр.).

Как правило, каждому типу информационных моделей соответствуют определенные программные средства, с помощью которых эти модели могут быть реализованы на компьютере.

Соответствие моделей программными средствами

Типы информационной модели	Компьютерная программа
Словесные (вербальные)	Текстовые редакторы
Графические	Графические редакторы; Специализированные прикладные программы обработки фотоизображений; Системы автоматизированного проектирования (САПР) и т.п.
Табличные	Электронные таблицы (если требуется вычислительная обработка модели); Системы управления базами данных.
Математические	Специализированные пакеты прикладных программ (типа MathCAD); Электронные таблицы.

• проведение компьютерного эксперимента. Если компьютерная модель существует в виде программы на одном из языков программирования, ее нужно запустить на выполнение и получить результаты.

Если компьютерная модель исследуется в приложении, например в электронных таблицах, можно провести сортировку или поиск данных, построить диаграмму или график и т.д.;

• анализ полученных результатов и корректировка исследуемой модели.

На основании анализа все предыдущие этапы решения задачи (включая и первый этап) могут потребовать изменений – в случае различия результатов, полученных при исследовании информационной модели, с измеряемыми параметрами реальных объектов. Причем утончение модели может проводиться многократно, пока анализ результатов не покажет их соответствие изучаемому объекту.