Сандық және символдық ақпараттарды компьютерлік модельдеу

Пән: Информатика, Программалау, Мәліметтер қоры
Жұмыс түрі: Реферат
Тегін: Антиплагиат
Көлемі: 14 бет
Таңдаулыға:

Жоспары:

І. Кіріспе .

Сандық және символдық ақпараттарды компьютерлік модельдеу.

ІІ. Негізгі бөлім:

Компьютерлік модельдеу түсінігі.
Компьютерлік модельдеу мақсаты.
Модельдеу принциптері.
Компьютерлік модельдеудің тарихы.
Компьютерлік модельдеудің артықшылықтары мен кемшіліктері.

ІІІ. Қорытынды.

Пайдаланылған әдебиеттер.

Бағалау критерий.

І. Кіріспе

Модель -объект, процесс, құбылыстардың жағдайы қасиеттерін және де олардың сыртқы ортамен байланысын сипаттайтын ақпараттардың жиынтығы. Барлық моделдердің көп бейнелігі негізінен үш топқа бөлінеді: - материалдық (табиғи) модельдеуші объектінің сыртқы түрін, құрылымын (кристал торлардың модельдері, глобус), жағдайын (самолеттің радио басқарылымды моделі) бейнелейтін кішіріейтілген үлғайылтылған көшірмелері; -бейнеленуші модельдер (геометриялық нүктелер, математикалық маятник, идеал газ, шексіздік) ; -ақпараттық модельдер -модельденуші объектінің ақпаратты кодтау тілдерінің бірінде жазылған сипаттамасы (сөздік сипаттау, схемалар, сызбалар, картиналар, суреттер, ғылыми формулалар, бағдарламалар) . Информатика курсында негізінен ақпараттық модельдер қарастырылады. Ақпараттық модель (Информационная модель; information model) 1) басқару жүйесінде - автоматтандырылған өңдеуге жататын ақпарат
айналымының процесін параметрлік ұсыну; 2) мәліметтер базасында - тұтастық шектеулер жиынтығы; мәліметтер
құрылымын тудыратын ережелердің, олармен жүргізілетін операциялардың,
сондай - ақ рұқсат етілетін байланыстар мен мәліметтердің мәнін, олардың
өзгерістерінің тізбегін анықтайды; мәліметтер мен олардың арасындағы
қатынастарды матемаетикалық және программалық тәсілдермен ұсыну;
ақпараттық құрылымдар мен олармен жүргізілетін операцияларды
формалдық баяндау. Ақпараттық модельдердің басқа да ақпарат түрлері сияқты өзіндік тасымалдаушысы болуы керек. Олар қағаз, сынып тақтасы, қабырға - яғни, бір нәрсе жазуға, бейнелеуге болатындай кез-келген бет болуы мүмкін. Бұл тасымалдушыларда модельдер түрлі "физикалық" тәсілдермен: қалам, бор, бояу, диапроектторлық жарық бейнесі көмегімен жазылады. Біздер жалпы жағдайда ақпараттық модель түсінігінің аясында берілетін мазмұнда түсінеміз. Мысалы, квадраттық теңдеу формуласы қалай және қайда жазылғандығына қарамастан квадраттық теңдеу формуласы болып қала береді. Модель (фр. modе1е, ит. modе11о, лат. modulus - өлшем, үлгі) - бұл:- нақты объектінің қарапайымдандырылған ұқсасы; - заттың кішірейтілген үлғайтылған түрдегі макеті; - табиғат пен қоғамдағы қандай да бір процесстің құбылыстың бейнесі, сипаттамасы және схемасы; - жұмыс істеуі анықталған параметрлер бойынша нақты объектінің жұмыс істеуіне ұқсас физикалық ақпараттық аналогы. «Модель» термині кӛп мағыналы. Модель деп қандай да бір заттың кішірейтілген кӛшірмесін (самолет моделі, тұрғын үйлер макеті), математикалық формулалары, бұрыштан горизонтқа лақтырылған дененің ұшу моделін, іштен жану двигателі жұмысының моделін, бұйымдарды жинау моделін, құрамы бойынша сөйлем талдау моделін, қандай да бір нәрсенің эталонын (метр эталоны, килограмм эталоны) айтамыз. Модель - модельдеу мақсаты тұрғысынан оқып үйренетін объектінің/құбылыстың кейбір жақтарын ұқсастырып бейнелейтін жаңа объект. Модель - объектінің нақты жұмыс істеуіне сәйкестетнетін анықталған параметрлер бойынша жұмыс істейтін физикалық/ақпараттық алмастырушысы. Модульдеудегі ең бастысы модельдеуші объекті мен оның моделі арасындағы өзара ұқсас қатысы болып табылады. Барлық модельдердің көпбейнелілігі негізінен үш топқа бөлінеді: Материалдық (табиғи) модельдеуші объектінің сыртқы түрін, құрылымын (кристал торлардың модельдері, глобус), жағдайын (самолеттің радиобасқаралымды моделі) бейнелейтін кішірейтілген/ұлғайтылған көшірмелері; Бейнелеуші модельдер (геометриялық нүктелер, математикалық маятник, идеал газ, шексіздік) ; Ақпараттық модельдер - модельденуші объектінің ақпаратты кодтау тілдерінің бірінде жазылған сипаттамасы (сөздік сипаттау, схемалар, сызбалар, картиналар, суреттер, ғылыми формулалар, бағдарламалар) .

ІІ. Негізгі бөлім

Компьютерлік модельдеу түсінігі.

Бастапқыда модель деп анықталған жағдайда обьектіні алмастыратын қандай да бір көмекші обьекті аталған. Сондықтан табиғат заңдарының əмбебаптығы, модельдеудің жaлпылығы, жəне біздің білімдерімізді модель түрінде бейнелеудің мүмкіндіктері сəйкессіз болады. Мысалы, ертедегі философтар табиғи процестерді модельдеу мүмкін емес, табиғи жəне жасанды процестер түрлі заңдылықтарға бағынады деп санады. Олар табиғатты тек қана логиканың, талқылау əдістерінің, пікір алмасулардың, яғни замандық терминологияның, тілдік модельдеудің көмегімен бейнелеуге болады деп жобалады. Ұзақ уақыттар бойына «модель» түсінігі арнайы типтегі материалдық обьектілерге ғана, мысалы, манекен (адам денесінің моделі), плотинаның кішірейтілген гидродинамикалық моделі, кемелер мен самолеттердің, жануарлардың модельдері ретінде қалыптасты. Уақыт өте келе нақты обьектілер жасанды сызбалардың, суреттердің, карталардың модельдік ерекшеліктері aрқылы сипаттaла бастaды. Келесі қaдамда модель ретінде нaқты обьект ғана емес aбстрактылы, идеaлдық құрылымдардың да жұмыс істеу мүмкіндіктері белгілі болды. Мұның мысалы математикалық модельдер бола алады. Математика негіздерін зерттеумен айналысатын математиктер мен филосфтардың еңбектерінің нəтижесінде модельдер теориясы жасалды. Онда модель бір aбстрактылы математикалық құрылымның басқасына бейнелену, түрлендіру нəтижесі болып анықталады. XX ғасырда модель түсінігі нaқты жəне идеaлдық модельдерді қaтар қамтитындай болып жалпыланады. Сондықтан, абстрактылы модель түсінігі математикалық модельдер шеңберінен шығып, əлем туралы білімдер мен танымдардың барлығына қатысты болды. Модель түсінігінің айналасындағы кең талқылаудың қазіргі кезде де жалғасып отырғандығын естен шығармау қажет. Бастапқыда ақпараттық, кибернетикалық бағыттардағы ғылыми пəндер аясында, содан соң ғылымның басқа да салаларында түрлі тəсілдермен іске асырылатын модель ретінде танылды. Негізінде модель білімнің мəнін нақтылау тəсілі ретінде қарастырылады.

Модель (Model, simulator ) - 1) қасиеттері белгілі бір мағынадағы жүйенің немесе процестің қасиеттеріне ұқсас обьектілер немесе процестер жүйесі; 2) сериялы бұйымдарды жаппай өндіруге арналған үлгі, эталон; кез-келген бір обьекті жұмысы, мысaлы, процессордың жұмыс істеуін модельдейтін программа немесе құрылғы. Ол материалдық обьект түрінде, математикалық байланыстар жүйесі ретінде немесе құрылымды имитациялайтын программа күйінде құрастырылады да, қарастырылатын обьектінің жұмыс істеуін зерттеу үшін қолданылады. Модельге қойылатын негізгі талап - оның қасиеттерінің негізгі обьектіге сəйкес келуі, яғни, барабарлығы.

Модельдеу (Моделирование; simulation) - кез-келген құбылыстардың, процестердің немесе обьект жүйелерінің қасиеттері мен сипаттамаларын зерттеу үшін олардың үлгісін құру (жасау) жəне талдау; бар немесе жаңадан құрастырылған обьектілердің сипатын анықтау немесе айқындау үшін олардың аналогтарында (моделінде) обьектілердің əр түрлі табиғатын зерттеу əдісі. Модель төрт деңгейде түпнұсқаның геосеологиялық орынбасары бола алады: 1-элементтер деңгейінде, 2-құрылым деңгейінде, 3-қалып-күй немесе қызметтік деңгейін, 4-нəтижелер деңгейінде. Сипаты бойынша модельдеу материалдық жəне идеалдық болып бөлінеді. Материалдық модельдеу обьектінің геометриялық, физикалық, динамикалық жəне қызметтік сипатын нақты дəл береді.

Идеалдық модельдеуге обьектінің ойдағы бейнесі жатады. Ойша модельдеу тіл көмегімен іске асырылады.

«Модель» түсінігі кибернетикада бақыланатын обьектілер класын сипаттайтын теорияның моделін белгілеуде жиі қолданылады. Демек, кибернетикада берілген нақты

обьектінің моделі осы обьект туралы теорияның моделі болып табылады. Компьютерлік модельдеу - бұл да оқып үйренетін обьекті теориясының модельденуі.

Модельдеуші (модель субьектісі) тек адам бола алады. Модельдеу обьектісі табиғи (өсімдік, күн системасы) жəне адамның ықпалымен құрылып жасанды болуы мүмкін.

Модельдеу жүйесі (modeling system) - зерттелетін жүйенің немесе оның

элементтерінің математикалық жəне физикалық аналогтарын құру жəне талдау. Бар немесе жаңадан құрастырылған обьектілердің сипатын анықтау немесе айқындау үшін олардың аналогтарында (моделінде) обьектілердің əр түрлі табиғатын зерттеу əдісі. Модель төрт деңгейде түпнұсқаның гносеологиялық орынбасары бола алады: 1-элементтер деңгейінде, 2-құрылым деңгейінде, 3-қалып-күй немесе қызметтік деңгейін, 4-нəтижелер деңгейінде. Сипаты бойынша модельдеуматериалдық жəне идеалдық болып бөлінеді. Материалдық модельдеу обьектінің геометриялық, физикалық, динамикалық жəне қызметтік сипатын нақты дəл береді.

Идеалдық модельдеуге обьектінің ойдағы бейнесі жатады. Ойша модельдеу тіл көмегімен іске асырылады.

«Модель» түсінігі кибернетикада бақыланатын обьектілер класын сипаттайтын теорияның моделін белгілеуде жиі қолданылады. Демек, кибернетикада берілген нақты обьектінің моделі осы обьект туралы теорияның моделі болып табылады. Компьютерлік модельдеу - бұл да оқып үйренетін обьекті теориясының модельденуі.

Модельдеу жүйесі (modeling system) - зерттелетін жүйеніңнемесе оның элементтерінің математикалық жəне физикалық аналогтарын құру жəне талдау. Модельдік тəжірибе зерттеу тəсілі ретінде жүйені жаңғыртуға жəне зерттеуге мүмкіндік береді, ал зерттелетін жүйеге тікелей тəжірибе жүргізу қиын, немесе экономикалық тұрғыдан тиімсіз болуы мүмкін.

Модель (фр. modele, ит. modello, лат. modulus-өлшем, үлгі) - бұл:

- нақты обьектінің қарапайымдандырылған ұқсасы;

- заттың кішірейтілген/ұлғайтылған түрдегі макеті;

- табиғат пен қоғамдағы қандай да бір процестің/құбылыстың бейнесі,

сипаттамасы жəне схемасы;

- жұмыс істеуі анықталған параметрлер бойынша нақты обьектінің жұмыс

істеуіне ұқсас физикалық/ақпараттық аналогі;

- анықталған шарттарда түпнұсқа обьектінің бізді қызықтыратын қасиеттері мен сипаттамасын алмастыра алатын алмастырушы-обьектісі;

- модельдеу мақсаты тұрғысынан оқып үйренетін обьектінің/құбылыстың кейбір нақты жақтарын бейнелейтін жаңа обьект.

Компьютерлік модельдеу мақсаты.

Компьютерлік модельдеу мақсаты экономикалық, әлеуметтік, сипатта шешім дайындап, қабылдауға пайдалануы мүмкін мәліметтер алу. Модельдерде обьектінің барлық қасиеттері емес, тек қана модельдеу мақсаты тұрғысынан қажетті қасиеттері ғана бейнелейді. Модельдеудің əрбір аспектісі (түр, құрылым, үлгі) өзіндік қасиеттер құрамымен сипатталады. Обьектінің белгілері сыртқы түрінің сипаттамасы ретінде көрсетіледі. Тілде бұл белгілер қызыл, сары, дөңгелек, ұзын сияқты сын есімдермен өрнектеледі. Обьектінің сыртқы түрі оны тану, ұзақ сақтау (фотография, портрет) үшін модельденеді. Обьект құрылымы деп оның элементтері мен олардың арасындағы байланыстар: электрон, протон, күш, (атом сипаттауларындағы) энергетикалық деңгей сияқты зат есімдермен өрнектеледі.

Обьект құрылымын модельдеу :

- оның көрнекі бейнесі;

- обьект қасиеттерін оқып үйрену;

- байланыстық белгілерді айқындау;

- обьектінің тиянақтылығын оқып үйренуге қажет.

Уақыт ағымына байланысты шығатын өзгерістер обьект күйі деп аталады. Обьект күйінің сипаттамасы оның сыртқы түрі мен құрылымының басқа обьектілермен өзара əсерлерінің уақытқа байланысты нəтижесінің сипаттамасына келтірілді. Тілде бұл сақтау, даму, айналу сияқты етістіктермен өрнектеледі.

Обьект күйін модельдеу :

- болжауға;

- басқа обьектілермен байланыс орнатуға;

- басқаруға;

- техникалық құрылғыларды құрастыруға қажет.

Обьектілердің кейбір қасиеттерін сандық мəн қабылдайтын шамалармен сипаттауға болады. Мысалы, масса, ұзындық, өлшемдері бұл жағдайдағы қасиеттердің параметрлері деп аталады. Компьютерлік модельдеудің мақсаты - экономикалық, әлеуметтік, ұйымдастырушылық/техникалық сипатта шешім дайындап, қабылдауға пайдаланылуы мүмкін мәліметтер алу. Компьютерлік математикалық модельдеу информатика пәнімен технологиялық жағынан байланысады. Компьютерлер мен ақпаратты өңдеудің сәйкес технологияларын пайдалану экологтардың, экономистердің, физиктердің және т. б. қызметтерінің ажырамас бөлігі. Төменде келтірілген анықтамалар модельдер мен олардың айырмашылық ерекшеліктерін нақтылай түсінуге кӛмектеседі. Табиғи (физикалық, заттық энергетикалық) модельдеу - модель мен модельдеуші объект өзара нақты объектілерді немес бірдей/түрлі физикалық процесстерінің табиғатын бейнелейтін модельдеу. Программалық модельдеу (Program document modification) - 1) құрылғының немесе жүйенің іс-әрекетін программаның көмегімен модельдеу; 2) программалық жасақтаманың жұмысын модельдеу. Ақпараттық модель - бұл объектінің қандай да бір тілдегі сипаттамасы. Модельдің абстракциялық компаненттері физикалық дене емес сигналдар мен белгілер болды. Түрлі белгілер жүйелерінде ақпараттық процестерді сипаттайтын белгілік модельдер класы.

Модельдеу принциптері

Модельдер адам қызметінің таным, қатынас, Зертханалық қызмет сияқты сфераларында қолданылады.

Адамды (модельдеу субьектісін) :

- модельдеу обьектісінің сыртқы түрі;

- модельдеу обьектісінің құрылымы;

- модельдеу обьектісінің үлгісі қызықтыруы мүмкін.

Модельдің мақсаты мен шешуге тиісті мəселесі осы үш аспектінің бірін таңдауға ықпал етеді.

Модельдің əрбір аспектісі қасиеттерінің жиынтығы арқылы обьектінің барлық қасиеттері емес, тек қана модельдеу мақсаты тұрғысынан қажетті қасиеттері ғана бейнелейді.

Модельдеудің əрбір аспектісі (түр, құрылым, үлгі) өзіндік қасиеттер құрамымен сипатталады.

Обьектінің белгілері сыртқы түрінің сипаттамасы ретінде көрсетіледі. Тілде бұл белгілер қызыл, сары, дөңгелек, ұзын сияқты сын есімдермен өрнектеледі.

Обьектінің сыртқы түрі оны тану, ұзақ сақтау (фотография, портрет) үшін модельденеді.

Субъектінің практикалық қызметінің сферасы модельдеу объектісін басқару процесіндегі модельдің қатысына байланысты нақтылануы мүмкін. Бұл жағдайда модельдің келесі түрлері: тіркелуші, эталондық, болжамдық, оңтайланған, имитациялық деп бөлінеді. Модельдеу құбылысының қосымша мүмкіндіктерін ашуға мүмкіндік беретін модельдер кластарының басқалай да бөліну түрлерін таңдауға болады. Информатика курсында компьтер көмегімен құруға, зерттеуге болатын модельдер қарастырылады. Ақпараттық модельдерді компьютерлік деп ерекше класқа бөлуге бола ма? Компьютер көмегімен мәтіндер, графикалар, кестелер, диаграммалар сияқты көптеген объектілерді құруға, зерттеуге болады. Бірақ бұл объектілердің басқа да орталардың көмегімен құруға, зерттеуге болады. Демек, компьютер көмегімен жасалатын жұмыстардың барлығын компьтерсіз де жасауға болады. Мұндағы негізгі мәселе жұмсалатын ресурстарға, уақытқа, пайдаланылатын технологияларға байланысты. Компьютерлік модельдердің ақпараттық модельдерден сапалаық айырмашылығы жоқ. Компьютерлік модельдеуді өзіндік ерекшеліктеріне орай ақпараттық модельдеудің ерекше түрі деп айтуға болады. Компьютерлік модель (computer model ) 1) таңдалынған программалық ортаға бейімделінген ақпараттық модельді ұсыну формасы; 2) программалық ортаның құралдарымен жасалынған модель Компьютерлік модельдерге байланысты бастапқы жұмыстар гидравлика, жылу алмасу, қатты дененің механикасы т. с. с. есептер тобын шешуде жүргізіледі. Модельдеу ЭЕМ мүмкіндіктері, жұмыс істеу принциптері мен математикалық модельдердің адаптациясы болатын күрделі теңдеулер жүйесінің сандық шешімін бейнелейді. Физикадағы компьютерлік модельдердің табыстары химия, электроэнергетика, биология есептерін шешуде де кең таралады. Компьтерлік модельдеу негізінде шешілетін есептердің күрделілігі ЭЕМ-нің мүмкіндіктеріне байланысты шектеледі.

Модельдеудің компьютерлік түрлері қазіргі кезде де кеңінен қолданыс табуда. Компьютерлік модельдеудің мүмкіндіктерін кеңейтіп, қолдану тәсілдерін жеңілдететін ішкі бағдарламалар мен сандық математика тәсілдерінің формаларымен толықтырылған функциялардың кітапханалары бар. Сондай-ақ «компьютерлік модельдеу» түсінігі ХХ ғасырдың 50-ші жылдары биологиядағы күрделі жүйелерді автоматтандырылған экономикалық-ұйымдастырылған басқару жүйесін құруда жүйелік талдаумен жиі қоладнған. Күрделі жүйелерді талдаудағы компьютерлік модельдеу зерттелетін объектінің математикалық-логикалық күйін модельдеу, объектінің қызметтік алгоритміне айналатын, компьютерлерге арналған бағдарламаларды комплексті түрде дайындайтын имитациялық модельдеу болып табылады. Кез-келген объект күйін имитациялауға болады, бірақ имитациялық модельдеу бәрінен бұрын таңдалған басқару стратегиясына тәуелді күрделі жүйелердің алдыңғы уақыттағы күйін болжаудың зерттелуін қарастырады. Графикалық интерфейстер мен қолданбалы бағдарламалардың графикалық пакеттерінің дамуының негізінде объектінің сыртқы түрі мен құрылымын компьютерлік модельдеу кең таралды. Қазіргі кезде компьютерлік модельдеу ретінде;

өзара байланысты компьютерлік суреттердің, кестелердің, схемалардың, диаграммалардың, графиканың, анимациялық фрагменттердің, гипертексттердің көмегімен сипатталған объектінің шартты бейнесі айтылады. Бұл түрдегі компьютерлік модельдер құрылымдық-функционалдық деп аталады;
түрлі факторлардағы объектіге әсер ету шарттарының функциялану процесін имитациядауды реттелген есептер мен графикалық бейнелеулер нәтижесін шығаруға мүмкіндік беретін жеке бағдарламалар комплекстері аталады.

Компьютерлік модельдеудің артықшылықтары мен кемшіліктері.

Артылықшылықтары:

Еркін және әркімге қол жетімді. Шынайы өмірде мүмкін емес заттарды есептеуге және жасауға болады. Комп. модельдеу арқылы эксперименттерді бақылауға ғана емес, сонымен қатар нәтижесін болжауға да мүмкіндік береді.

Адам ағзасына, денсаулығына қауіп төндірмейді. Компьютерлік модельдеу барысында жасалатын тәжірбиелердің өзі де табиғатқа зияндығын тигізбейді.

Кемшіліктері:

Модельдеудің жаңа құбылыстарды сапалы түрде анықтауы мүмкін деген қате тұжырым. Өйткені нақты жағдайдағы және нақты экспериментіде растау болуы керек. Модельдеу объектісінен тек модель шеңберіне еңгізілген нәрсені ғана «сығуғa» болады.

... жалғасы

Сіз бұл жұмысты біздің қосымшамыз арқылы толығымен тегін көре аласыз.