Роль цели при разработке информационной модели объекта

Определения и обозначения

Информационная модель — представление объекта, процесса или явления в виде сведений о его существенных свойствах и связях. Она не заменяет сам объект, а оставляет только нужную для работы информацию. Такое представление позволяет изучать объект, сравнивать его с другими и решать задачи без непосредственного обращения к реальному предмету.

Цель моделирования — задача или вопрос, ради которого создаётся информационная модель. Например, целью может быть расчёт времени поездки или поиск книги в библиотеке. Именно цель задаёт направление работы и помогает не собирать случайные сведения.

Существенное свойство — характеристика объекта, важная для достижения поставленной цели моделирования. Для расчёта расхода топлива важны объём двигателя и расстояние, а цвет автомобиля может оказаться ненужным. Выделение существенных свойств делает модель полезной и не перегруженной.

Адекватность модели — соответствие модели цели моделирования и тем свойствам объекта, которые для неё значимы. Если расписание позволяет найти свободный кабинет, оно адекватно этой задаче, но для анализа успеваемости не подходит. Поэтому адекватность проверяют не сама по себе, а относительно конкретной цели.

Как это устроено

Реальный объект обладает множеством свойств, потому что он существует независимо от того, какую задачу решает человек. Полностью перенести все эти сведения в модель трудно: описание получится слишком большим и потребует много времени для создания и обработки. Кроме того, несущественные данные могут скрыть главное, поэтому модель должна быть не максимально подробной, а подходящей для выбранной задачи.

Цель моделирования определяет, какие свойства отбирать, потому что разные задачи требуют разных сведений. Если нужно рассчитать время поездки, понадобятся маршрут, расстояние и скорость, а сведения о цвете автобуса не помогут вычислению. Так цель превращается в критерий отбора данных: свойство включают, если оно влияет на получение нужного результата.

Один и тот же объект может иметь несколько информационных моделей, поскольку его используют для разных целей. Ученик может быть представлен таблицей оценок для анализа успеваемости, расписанием для планирования дня и анкетой для участия в конкурсе. Объект остаётся тем же, но набор существенных свойств и связи между ними меняются.

Форму модели выбирают по тому, как с информацией будут работать. Таблица удобна для хранения и сравнения чисел, схема показывает связи и порядок, чертёж передаёт размеры и расположение, а база данных помогает быстро находить записи. Неподходящая форма может сделать даже правильно отобранные сведения неудобными для анализа или передачи.

Модель считают адекватной не вообще, а по отношению к конкретной цели, потому что одна и та же модель может хорошо решать одну задачу и быть бесполезной для другой. Если цель изменилась, нужно заново проверить состав свойств и способ представления. Иногда достаточно добавить поля, а иногда требуется полностью изменить модель и её форму.

Зависимость информационной модели от цели моделирования

Чтобы пользоваться таблицей, сначала найдите нужную цель в первом столбце. Затем определите, какие свойства следует включить, и выберите форму, в которой с ними будет удобнее работать.

Один объект может встречаться в разных строках, если его рассматривают с разных сторон. Таблица показывает, что содержание модели меняется вместе с задачей, а не определяется объектом раз и навсегда.

Разбор задач

Задача 1

Условие. Для автомобиля нужно создать модель для расчёта расхода топлива и модель для выбора автомобиля по внешнему виду. Укажите свойства каждой модели.

1. Разделим условие на две цели: технический расчёт и оценку внешности.
2. Для расхода топлива отберём объём двигателя, тип топлива, средний расход, массу автомобиля и расстояние поездки. Цвет кузова и форма фар в вычислении не участвуют.
3. Для выбора по внешнему виду включим цвет, тип кузова, форму и размер, дизайн салона. Мощность двигателя и расход топлива можно не учитывать, если покупатель оценивает только внешний облик.
4. Проверим результат: каждое выбранное свойство должно помогать именно своей цели, а не просто быть известным свойством автомобиля.

Ответ. Техническая модель содержит характеристики, связанные с движением и расходом топлива; модель для внешнего вида — признаки дизайна и оформления. Один автомобиль получает две разные информационные модели.

Задача 2

Условие. Составьте модель школьного кабинета для ремонта и представьте её таблицей.

1. Цель ремонта требует узнать, что находится в кабинете, где это расположено и в каком состоянии.
2. Отберём номер кабинета, площадь, размеры помещения, расположение окон и дверей, перечень мебели, состояние стен, пола, освещения и электропроводки.
3. Запишем сведения в таблицу, чтобы сравнивать помещения и планировать необходимые работы.

Ответ. Табличная модель содержит свойства, связанные с объёмом ремонта и его организацией. Личные предпочтения учеников или история кабинета здесь несущественны.

Задача 3

Условие. Расписание уроков содержит только названия предметов. Нужно определить, пригодно ли оно для поиска свободного кабинета и какие данные добавить.

1. Сформулируем требуемый результат: для выбранного времени нужно узнать кабинет, который не занят.
2. Сравним цель с имеющимися данными. Названия предметов сообщают содержание уроков, но не показывают время, класс и место проведения.
3. Добавим день недели, номер или время урока, класс, номер кабинета и, при необходимости, учителя.
4. Проверим модель: по новой записи должно быть возможно определить занятость каждого кабинета в конкретный момент.

Ответ. Исходная модель неадекватна для поиска свободного кабинета. Её нужно дополнить временем, классом и номером кабинета, после чего проверить отсутствие противоречивых записей.

Типичные ошибки

Включают все известные свойства. Так поступают, потому что считают подробность безусловным достоинством. Проверьте каждый элемент вопросом: помогает ли он достигать цели; если нет, его можно исключить.

Создают одну модель для любых задач. Ошибка возникает, когда объект принимают за готовое описание объекта. Сначала сформулируйте новую цель и сравните её с имеющимися полями: нужные свойства могут не совпадать.

Путают объект и его модель. В модели автомобиля может быть указан цвет, но сама модель не является окрашенным автомобилем. Проверьте, говорите ли вы о реальном объекте или только о записанных в модели сведениях.

Считают модель адекватной независимо от задачи. Причина ошибки — оценка модели без указания результата, который она должна обеспечить. Назовите цель и попробуйте решить задачу по модели: недостающие данные покажут её несоответствие.

Связь с другими темами

До этой темы нужны понятия объекта, его свойств, информации и способов представления данных. Без них трудно определить, что именно описывается и в каком виде это можно записать.

Дальше принцип отбора свойств используется при создании таблиц и баз данных, разработке алгоритмов, построении схем и компьютерном моделировании. В каждой такой работе сначала решают, какие данные понадобятся программе или пользователю.

Тема связана с проектированием: постановка цели определяет, какие сведения собирать и каким должен быть результат. Это помогает не тратить ресурсы на ненужные данные и заранее проверять пригодность решения.

Что запомнить

• Информационная модель описывает объект не полностью, а с нужной для задачи стороны.
• Цель моделирования определяет состав существенных свойств.
• Один объект может иметь несколько разных информационных моделей.
• Форма модели выбирается в соответствии с целью и способом использования информации.
• Модель адекватна только относительно определённой цели.
• Изменение цели может потребовать изменения состава и формы модели.