Формалізація і візуалізація моделей
Протягом своєї історії людство використовувало різні способи і інструменти для створення інформаційних моделей. Ці способи постійно удосконалювалися. Так, перші інформаційні моделі створювалися у формі наскальних малюнків. В даний час інформаційні моделі зазвичай будуються і досліджуються з використанням сучасних комп'ютерних технологій.
Описові інформаційні моделі. Такі моделі відображають об'єкти, процеси і явища якісно. т. е. не використовуючи кількісних характеристик. Описові інформаційні моделі зазвичай будуються з використанням природних мов і малюнків.
В історії науки відомі численні описові інформаційні моделі. Так, геліоцентрична модель світу Коперника природною мовою формулювалася таким чином:
- Земля обертається навколо Сонця, а Місяць обертається навколо Землі;
- всі планети обертаються навколо Сонця.
Однак більш наочний спосіб її подання у вигляді малюнка (рис. 4.12).
Мал. 4.12. Описова модель геліоцентричної системи світу Коперника
У фізиці явище електростатичного взаємодії двох зарядів описується природною мовою так: "Два однойменних заряду відштовхуються, а два різнойменних - притягуються".
Для наочності можна намалювати лінії напруженості електростатичного поля і еквіпотенціальні поверхні (рис. 4.13).
Мал. 4.13. Описова модель взаємодії електричних зарядів
У хімії будова молекули води можна якісно описати природною мовою: "Молекула води складається з атома кисню і двох атомів водню".
Для наочності будова молекули можна намалювати (рис. 4.14).
Мал. 4.14. Описова модель молекули води
Формалізація інформаційних моделей. За допомогою формальних мов будуються формальні інформаційні моделі. Математика є найбільш широко використовуваним формальною мовою. З використанням математичних понять і формул будуються математичні моделі. Математика включає різні формальні мови, з деякими з них (алгебра і геометрія) ви знайомитеся в школі.
У природничих науках (фізиці, хімії та ін.) Будуються формальні моделі явищ і процесів. У більшості випадків для цього застосовується універсальний математичний мову алгебраїчних формул. Однак в деяких випадках використовуються спеціалізовані формальні мови (в хімії - мова хімічних формул, в музиці - нотна грамота і т. Д.).
Ньютон формалізував геліоцентричну систему світу, відкривши закон всесвітнього тяжіння і закони механіки і записавши їх у вигляді формул.
У електростатики взаємодія електричних зарядів описується формулою закону Кулона.
У хімії будова молекули води описується хімічною формулою.
Процес побудови інформаційних моделей за допомогою формальних мов називається формалізацією.
В процесі пізнання навколишнього світу людство постійно використовує моделювання та формалізацію. При вивченні нового об'єкта спочатку зазвичай будується його описова інформаційна модель природною мовою, потім вона формалізується, т. Е. Виражається з використанням формальних мов.
Візуалізація формальних моделей. У процесі дослідження формальних моделей часто проводиться їх візуалізація. Для візуалізації алгоритмів використовуються блок-схеми, просторових співвідношень між об'єктами - креслення, моделей електричних ланцюгів - електричні схеми. При візуалізації формальних моделей за допомогою анімації може відображатися динаміка процесу, проводитися побудова графіків зміни величин і т. Д.
В даний час широкого поширення набули комп'ютерні інтерактивні візуальні моделі. У таких моделях дослідник може змінювати початкові умови і параметри протікання процесів і спостерігати зміни в поведінці моделі.
Як приклад візуалізації формальної моделі можна привести комп'ютерну візуальну інтерактивну модель гідравлічної машини (рис. 4.15).
Мал. 4.15. Комп'ютерна візуальна інтерактивна модель гідравлічної машини
У комп'ютерному експерименті можна змінювати площі поршнів S1 і S2 і маси вантажів m1 і m2 в обох колінах і вивести формулу співвідношення між площами поршнів і діючими на них силами.
1. Які ви знаєте описові інформаційні моделі?
2. Які ви можете назвати формалізовані інформаційні моделі?
Завдання для самостійного виконання