§ 7. Понятие и назначение информационной модели

Определения и обозначения

Модель — упрощённое представление объекта, процесса или явления, созданное для изучения или решения определённой задачи. Например, макет здания показывает его форму, но не воспроизводит все материалы и внутренние процессы. Модель помогает сосредоточиться на том, что нужно исследовать.

Информационная модель — модель, в которой существенные свойства объекта и связи между ними представлены в виде информации. Такой моделью могут быть описание словами, таблица или схема. Она нужна, чтобы упорядочить сведения и использовать их для ответа на вопрос.

Моделирование — процесс создания и использования моделей для изучения объектов, процессов или явлений. Сначала определяют, что хотят узнать, затем выбирают подходящее описание и исследуют его. Так можно получить сведения, не проверяя каждый вариант непосредственно на объекте.

Компьютерная модель — информационная модель, созданная или исследуемая с помощью компьютера. Компьютер помогает хранить данные, выполнять расчёты и проверять разные условия. Такая модель полезна, если вручную обработать сведения трудно или нужно быстро сравнить несколько вариантов.

Как это устроено

Модель не копирует объект целиком, потому что в каждой задаче важны лишь некоторые его свойства. Если описывать всё без отбора, в модель попадут лишние сведения, и с ней будет сложнее работать. Поэтому сначала решают, для чего создаётся модель, а затем оставляют свойства, от которых зависит ответ. Например, для оценки времени пути важны расстояние и скорость, но не цвет обуви путешественника.

Цель исследования определяет содержание модели: один и тот же объект можно описать по-разному. Чтобы изучить состав класса, понадобятся сведения об учениках, а для планирования поездки класса — маршрут и время отправления. Это происходит потому, что разные вопросы требуют разных данных. Модель полезна только тогда, когда в ней есть сведения, связанные с поставленной целью.

Информационные модели представляют словами, таблицами, схемами, чертежами, формулами и другими знаковыми формами. Форму выбирают не случайно: она должна помогать увидеть нужные свойства и связи. Таблица удобна для сравнения значений, схема — для показа устройства или пути, а формула — для записи зависимости величин. Один объект можно представить и несколькими формами, если это делает описание понятнее.

Моделирование начинается с постановки цели, потому что без неё нельзя определить, какие сведения считать существенными. Затем выбирают свойства и связи, строят модель и используют её для получения нужной информации. Если результат не отвечает на вопрос, модель уточняют: например, добавляют важный параметр или меняют форму представления. Так моделирование становится последовательной работой, а не простым перечислением характеристик.

Информационные модели применяют, чтобы описывать объекты, объяснять процессы, прогнозировать результаты и проверять решения. Модель позволяет рассмотреть возможный исход, не вмешиваясь в реальный процесс: это особенно полезно, если проверка дорогая, опасная или занимает много времени. С её помощью сравнивают варианты и находят наиболее подходящий. Однако выводы будут надёжными лишь настолько, насколько важные для задачи свойства отражены в модели.

Объект и его информационная модель

Сравнивайте строки по очереди: так заметно, чем описание отличается от самого объекта. Особенно полезны строки о полноте и назначении — они показывают, почему модель упрощает объект и для чего это делает. При разборе примера проверьте, какие свойства сохранены и помогают ли они решить задачу.

Разбор задач

Расписание уроков

Условие. Определите, является ли расписание уроков информационной моделью школьного дня, и укажите, какую информацию оно сохраняет. Нужно понять не только, содержит ли расписание сведения, но и как они помогают представить день. Для этого соотнесём его содержание с определением модели.

1. Определим объект: это школьный день с уроками и переменами.
2. Выясним, какие сведения показывает расписание: порядок уроков, время их начала и окончания, а также перерывы.
3. Проверим, помогает ли описание изучать объект: по расписанию можно узнать, когда и какой урок проходит, но нельзя увидеть все события школьного дня.

Ответ. Расписание — информационная модель школьного дня. Оно сохраняет порядок занятий и их время, но не описывает все происходящее в школе.

Модель маршрута

Условие. Для планирования поездки предложите информационную модель маршрута: укажите, какие сведения о пути включить и в какой форме их представить. Сначала определим, что нужно узнать при планировании: направление движения, длительность пути и возможные пересадки. Затем подберём представление, которое позволит быстро сравнить участки маршрута.

1. Зададим цель: выбрать удобный путь до места назначения.
2. Включим существенные сведения: начальную и конечную точки, промежуточные пункты, расстояние или время в пути, пересадки.
3. Представим маршрут таблицей с этапами и временем, а направление движения при необходимости покажем схемой.

Ответ. Подойдёт таблица этапов маршрута, дополненная схемой. Она сохраняет данные, нужные для сравнения вариантов, а лишние сведения о поездке не включаются.

Успеет ли учащийся в школу?

Условие. Нужно оценить, успеет ли учащийся добраться от дома до школы к определённому времени. Для прогноза составим план модели и выберем данные, которые влияют на длительность поездки. Модель позволит рассчитать путь заранее, не проверяя его пробной поездкой.

1. Уточним цель и время, к которому нужно прибыть, а также точку отправления и адрес школы.
2. Соберём данные о расстоянии, доступном транспорте, его расписании и обычной длительности участков пути.
3. Добавим запас на переходы и возможные задержки, затем сравним расчётное время прибытия с нужным.

Ответ. Если расчётное время с учётом запаса не позже установленного срока, учащийся, вероятно, успеет. Прогноз будет точнее, если исходные данные реалистичны и учтены существенные задержки.

Типичные ошибки

Считать модель точной копией объекта. Ошибка возникает, когда слово «модель» понимают как уменьшенную копию, хотя информационное описание сохраняет лишь выбранные свойства. Проверьте себя: есть ли в модели детали, не нужные для поставленной задачи? Если описание не воспроизводит объект полностью, это не делает его бесполезным.

Думать, что одному объекту соответствует только одна модель. Так считают, если забывают, что модель создают для конкретной цели. Для одного объекта могут понадобиться разные сведения и формы представления. Проверьте себя: изменится ли набор нужных данных, если задать другой вопрос об объекте?

Называть информационной моделью любую информацию об объекте. Отдельный факт ещё не становится полезной моделью, если он не организован и не помогает решать задачу. Ошибку допускают, смешивая простое сообщение и описание, построенное для изучения. Проверьте, связаны ли сведения с целью и можно ли по ним получить нужный ответ.

Выбирать форму модели без учёта цели. Красивое или привычное представление не всегда показывает нужные свойства. Таблица, схема и формула подходят для разных задач, поэтому форма должна раскрывать важные связи или значения. Перед выбором спросите себя, что именно нужно увидеть или сравнить.

Связь с другими темами

Для работы с информационными моделями нужны знания о том, что такое информация и как её представляют словами, числами, таблицами и знаками. Тема связана с изучением объектов и систем: чтобы построить описание, нужно выделять свойства объектов и связи между ними. Эти умения пригодятся при изучении компьютерного моделирования, баз данных, алгоритмов и обработки информации. В каждой из этих областей сведения организуют так, чтобы решать конкретную задачу.

Что запомнить

• Модель представляет объект, процесс или явление.
• Информационная модель описывает объект с помощью информации.
• Модель упрощает объект, а не копирует его целиком.
• Содержание модели зависит от цели её создания.
• Информационные модели могут иметь разные формы представления.
• Моделирование помогает изучать объект и получать сведения о нём.