Формалізація і візуалізація - студопедія

Природні мови використовуються для створення описових інформаційних моделей. В історії науки відомі численні описові інформаційні моделі, наприклад, геліоцентрична модель світу, яку запропонував Коперник, формулювалася так: "Земля обертається навколо своєї осі і навколо Сонця. Орбіти всіх планет проходять навколо Сонця".

За допомогою формальних мов створюються формальні інформаційні моделі. Одним з найбільш широко використовуваних формальних мов є математика. Моделі, побудовані з використанням математичних понять і формул, називаються математичними моделями. Мова математики є сукупністю формальних мов. З деякими з них (алгебра, геометрія, тригонометрія) ви знайомитеся в школі, з іншими (теорія множин, теорія ймовірностей і ін.) Зможете ознайомитися в процесі подальшого навчання.

Мова алгебри дозволяє формалізувати функціональні залежності між величинами. Так, Ньютон формалізував геліоцентричну систему світу, відкривши закони механіки і закон всесвітнього тяжіння і записавши їх у вигляді алгебраїчних функціональних залежностей. У шкільному курсі фізики розглядається багато різноманітних функціональних залежностей, виражених мовою алгебри, які представляють собою математичні моделі досліджуваних явищ або процесів. Наприклад, процес малих коливань маятника або процес в електричному коливальному контурі описуються звичайним диференціальним рівнянням. В якості незалежної змінної в цих системах виступає час, від якого залежать невідомі значення шуканої функції, що визначають поведінки об'єкта.

Мова алгебри логіки (алгебри висловлювань) дозволяє створювати формальні логічні моделі. За допомогою алгебри висловлювань можна формалізувати (записати у вигляді логічних виразів) прості і складні висловлювання, виражені природною мовою. Побудова логічних моделей дозволяє вирішувати логічні завдання, будувати логічні моделі пристроїв комп'ютера (суматора, тригера) і так далі.

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, тобто виражається з використанням формальних мов (математики, логіки та ін.).

У процесі дослідження формальних моделей часто проводиться їх візуалізація. Для візуалізації алгоритмів використовуються блок-схеми, для просторових співвідношень між об'єктами - креслення, для моделей електричних ланцюгів - електричні схеми, для логічних моделей пристроїв - логічні схеми і так далі.

При візуалізації формальних фізичних моделей за допомогою анімації може відображатися динаміка процесу, проводитися побудова графіків зміни фізичних величин і так далі. Візуальні моделі зазвичай є інтерактивними, тобто дослідник може змінювати початкові умови і параметри протікання процесів і спостерігати зміни в поведінці моделі.

Як приклад можна розглянути модель, яка демонструє вільні коливання математичного маятника. За допомогою анімації показуються рух тіла і діючі сили, будуються графіки залежності від часу кутової координати або швидкості, діаграми потенційної і кінетичної енергій. Дослідник може змінювати довжину нитки l. кут початкового відхилення маятника # 966; 0. тертя b.

Схожі статті