"Информатика (углублённый уровень)", Калинин И.А., Самылкина Н.Н.
Модель — замена реального объекта, процесса или явления, которая сохраняет важные для конкретной задачи свойства. Она помогает изучать то, что трудно, долго или опасно исследовать напрямую: например, устройство Земли или движение тела. Модели бывают материальными и информационными; последние можно представить словами, рисунком, таблицей или формулой. Чтобы результат исследования модели оказался полезным, нужно ясно поставить цель и учитывать ограничения выбранного описания.
Текст подготовлен нейронной сетью по теме параграфа и не заменяет учебник — важные факты и формулировки сверяйте с ним.
Модель — материальный или мысленный объект, который замещает исходный объект и сохраняет важные для поставленной цели свойства. Например, схема маршрута заменяет реальную дорогу, но не передаёт её запахи и шум. Понятие модели нужно, чтобы изучать объект не напрямую, а через подходящее для задачи представление.
Моделирование — процесс создания и исследования моделей объектов, процессов или явлений. Сначала выбирают, что именно хотят узнать, затем строят подходящую модель и получают с её помощью сведения. Моделирование позволяет проводить исследования, которые на самом объекте были бы слишком дорогими, длительными или рискованными.
Информационная модель — описание объекта, процесса или явления с помощью сведений о его свойствах, связях и поведении. Такое описание может быть записано словами, изображено схемой, собрано в таблицу или выражено формулами. Оно нужно, чтобы упорядочить информацию и сделать её удобной для анализа или передачи другим людям.
Компьютерная модель — информационная модель, реализованная и исследуемая с помощью компьютера. Компьютер может хранить исходные данные, выполнять вычисления и показывать результаты в удобной форме. Такая модель особенно полезна, когда требуется быстро сравнить много вариантов или исследовать изменение системы при разных условиях.
Модель заменяет исходный объект только в рамках конкретной цели, потому что ни одно описание не обязано передавать всё о реальной вещи. Если изучают расположение материков, важны форма Земли и взаимное положение суши, а если рассчитывают массу груза — важны другие данные. Поэтому одна и та же вещь получает разные модели для разных вопросов: пригодность определяется не сходством вообще, а тем, помогает ли модель решить поставленную задачу.
Содержание модели зависит от того, какие свойства объекта существенны для исследования. Существенным называют такое свойство, без которого нельзя правильно ответить на вопрос задачи; остальные сведения могут только усложнить описание. Например, в расписании уроков важны день, номер урока и предмет, а цвет стен класса на поиск занятия не влияет. Если включить ненужные подробности, модель станет громоздкой, а если исключить важные — может привести к неверному выводу.
Материальная модель существует как предмет: её можно увидеть, потрогать или испытать, например макет здания или глобус. Информационная модель существует в виде описания и данных, поэтому её можно записать, нарисовать или обработать программой. Материальный макет помогает изучать форму и расположение деталей, а информационная схема — быстро передавать связи между ними. Различие связано не с тем, что одна модель «настоящая», а другая нет, а с формой представления и доступными способами исследования.
Информационные модели бывают словесными, графическими, табличными, математическими и компьютерными. Словесное описание удобно для объяснения, рисунок показывает форму и размещение частей, таблица помогает находить и сопоставлять значения. Формулы выражают количественные зависимости, а компьютерная модель позволяет выполнять расчёты и наблюдать результаты для разных исходных данных. Одну ситуацию можно представить несколькими способами, и выбирают тот, который яснее отвечает на вопрос.
Моделирование начинается с постановки цели и задачи: нужно определить, что требуется узнать и при каких условиях. Затем выбирают существенные свойства и строят модель в подходящей форме, после чего исследуют её — например, проводят расчёт или сравнивают варианты. Полученные результаты анализируют и проверяют, отвечают ли они на исходный вопрос. Если модель не учитывает важное условие или выводы не подходят для задачи, её уточняют и исследуют снова.
| Признак | Материальная модель | Информационная модель |
|---|---|---|
| В какой форме представлена | В виде предмета или устройства | В виде слов, изображений, таблиц, формул или данных |
| Как связана с исходным объектом | Имеет сходство с ним по форме, устройству или отдельным свойствам | Описывает его свойства, связи и поведение с помощью информации |
| Пример | Глобус, макет здания | Карта, расписание, формула зависимости |
| Какие свойства позволяет исследовать | Форму, расположение частей, некоторые физические свойства | Связи, значения, последовательности, количественные зависимости |
| Ограничения модели | Не передаёт все свойства объекта; может быть уменьшена или упрощена | Зависит от полноты данных и выбранного способа описания |
Пользуйтесь таблицей, чтобы соотнести форму модели с тем, что нужно изучить: предмет удобно воспринимать непосредственно, а информацию — анализировать и сравнивать. Примеры показывают типичные варианты, но не ограничивают выбор. Одна задача может допускать и материальное, и информационное представление.
Условие. Для изучения расположения материков предложите модель Земли и укажите, какие свойства исходного объекта она передаёт. Нужно выбрать не просто похожий предмет, а такую модель, по которой удобно рассматривать расположение суши на поверхности планеты. Для этой цели подходит глобус.
Ответ. Модель — глобус. Он передаёт шарообразную форму Земли и расположение материков, но не показывает все особенности поверхности и не заменяет подробную карту.
Условие. Нужно описать расписание класса так, чтобы быстро находить предмет в определённый день и на определённом уроке. Для ответа требуются две координаты поиска: день недели и номер урока. Значит, форма представления должна помогать быстро сопоставить эти данные с названием предмета.
Ответ. Подходит табличная информационная модель. Её структура помогает быстро находить предмет по двум признакам — дню и номеру урока.
Условие. Требуется исследовать, как меняется скорость тела при разных значениях времени, не проводя многократные реальные опыты. Цель — получить значения скорости для ряда моментов времени и увидеть закономерность. Для этого можно использовать математическую модель зависимости скорости от времени, а расчёты поручить компьютеру.
Ответ. Используется математическая модель, исследуемая вручную или на компьютере. Она позволяет сравнить значения скорости без повторения реальных опытов, но её выводы нужно оценивать с учётом принятых условий.
Считать модель точной копией объекта — ошибка, потому что модель передаёт лишь выбранные свойства. Её допускают, когда обращают внимание на внешнее сходство и забывают о цели исследования. Проверьте себя вопросом: какие свойства модель показывает, а какие оставляет за пределами описания?
Называть модель хорошей или плохой без указания задачи неверно: один и тот же вариант может быть полезен для одного исследования и неудобен для другого. Так происходит, когда качество оценивают само по себе, а не по результату. Чтобы проверить оценку, сформулируйте цель и спросите, помогает ли модель её достичь.
Информационную модель нельзя отождествлять с компьютерной: компьютерная — только один из видов информационной модели. Путаница возникает потому, что с цифровыми моделями часто работают на компьютере. Проверьте себя: если описание представлено словами, таблицей или схемой без компьютера, оно всё равно может быть информационной моделью.
Неверно считать, что для одного объекта существует только одна модель. Разные задачи требуют разных свойств и форм представления, поэтому для одной вещи строят несколько описаний. Чтобы проверить свой выбор, сравните цель исследования: если вопросы различаются, может понадобиться другая модель.
Для работы с моделями нужно понимать, что такое объект, его свойства и связи, а также уметь формулировать цель и задачу исследования. Эти умения помогают решить, какие сведения включить в описание и как оценивать результат. При изучении алгоритмизации моделирование помогает заранее продумать действия и обработку данных. Оно также пригодится в электронных таблицах, базах данных и компьютерном моделировании, где информацию хранят, упорядочивают и исследуют.
Чем модель отличается от самого объекта?
Модель замещает объект и сохраняет только некоторые его свойства — те, которые нужны для поставленной задачи. Поэтому она не является полной копией: например, глобус передаёт форму Земли и расположение материков, но не показывает погоду.
Почему одну и ту же вещь можно представить разными моделями?
Разные задачи требуют изучать разные свойства объекта. Землю можно представить глобусом, картой или набором числовых данных: каждый вариант удобен для своего исследования.
Как понять, какие свойства объекта нужно включить в модель?
Сначала сформулируйте цель и вопрос, на который нужно ответить. Затем включите свойства, от которых зависит решение задачи, а те, что не влияют на ответ, можно не учитывать.
Чем компьютерная модель отличается от информационной?
Информационная модель — это описание объекта, процесса или явления с помощью сведений о нём. Компьютерная модель является её частным случаем: она создана и исследуется с помощью компьютера.
Можно ли считать результат исследования модели точным для реального объекта?
Не всегда: результат зависит от того, какие свойства и ограничения заложены в модель. Он применим к реальному объекту лишь настолько, насколько модель подходит для задачи и учитывает важные условия.
§ 11. Модель и моделирование
