Інформаційне моделювання та формалізація

Людство у своїй діяльності (науковій, освітній, технологічній, художній) постійно створює та використовує моделі навколишнього світу. Суворі правила побудови моделей сформулювати неможливо, проте людство накопичило багатий досвід моделювання різних об'єктів та процесів.

Термін "модель" у реальному житті має безліч значень [1, с. 110-113].

деяка спрощена подоба реального об'єкта;
відтворення предмета у зменшеному чи збільшеному вигляді (макет);
схема, зображення чи опис будь-якого явища чи процесу у природі та суспільстві;
фізичний або інформаційний аналог об'єкта, функціонування якого за певними параметрами подібне до функціонування реального об'єкта;
якийсь об'єкт-заступник, який у певних умовах може замінювати об'єкт-оригінал, відтворюючи цікаві для нас його властивості та характеристики, причому має суттєві переваги чи зручності;
новий об'єкт, який відображає деякі сторони об'єкта, що вивчається, або явища, суттєві з точки зору мети моделювання;
новий об'єкт (реальний, інформаційний чи уявний), відмінний від вихідного, який має суттєвими для цілей моделювання властивостями і в рамках цих цілей повністю замінює вихідний об'єкт.

Все різноманіття моделей ділиться на три класи:

матеріальні (натурні) моделі(деякі реальні предмети - макети, муляжі, еталони) - зменшені або збільшені копії, що відтворюють зовнішній вигляд об'єкта, що моделюється, його структуру або поведінку;
уявні моделі(геометрична точка, математичний маятник, ідеальний газ, нескінченність);
інформаційні моделі– опис модельованого об'єкта на одномуз мов кодування інформації (словесний опис, схеми, креслення, карти, малюнки, наукові формули, програми та ін.).

Наведемо повну класифікацію інформаційних моделей.

Інформаційна (абстрактна) модель– опис об'єкта якоюсь мовою. Абстрактність моделі проявляється в тому, що її компонентами є сигнали та знаки (вірніше, закладений у них зміст), а не фізичні тіла.

Дескриптивна модель- словесний опис об'єкта, виражений засобами тієї чи іншої мови.

Математична модель– 1) сукупність записаних мовою математики співвідношень (формул, нерівностей, рівнянь, логічних співвідношень), що визначають характеристики стану об'єкта залежно від його елементів, властивостей, параметрів, зовнішніх впливів, 2) наближений опис об'єкта , що виражена за допомогою математичної символіки.

Статичні моделівідображають об'єкт у якийсь момент часу без урахування змін, що відбуваються з ним, як перебуває в стані спокою або рівноваги (відсутня параметр часу).

Динамічні моделіописують поведінку об'єкта у часі.

Детерміновані моделівідображають процеси, в яких відсутні випадкові дії.

Вірогіднісні (стохастичні) моделі- опис об'єктів, поведінка яких визначається випадковими впливами (зовнішніми або внутрішніми); описи ймовірнісних процесів та подій, характер зміни яких у часі точно передбачити неможливо.

Імітаційна комп'ютерна модель– окрема програма, сукупність програм, програмний комплекс, що дозволяє за допомогою послідовності обчислень та графічного відображення їх результатів відтворювати (імітувати) процеси функціонування об'єкта,системи об'єктів за умови на об'єкт різних чинників.

Імітаційна алгоритмічна модель -змістовний опис об'єкта у формі алгоритму, що відображає структуру та процеси функціонування об'єкта в часі, що враховує вплив випадкових факторів.

Гносеологічна модель- Опис об'єктивних законів природи.

Концептуальна модельописує виявлені причинно-наслідкові зв'язки та закономірності, властиві досліджуваному об'єкту та суттєві в рамках певного дослідження.

Сенсуальні моделі– моделі почуттів, емоцій, чи моделі, надають впливом геть почуття людини (музика, поезія, живопис, танець).

Аналогова модель- аналог об'єкта, який веде себе як реальний об'єкт, але не виглядає як такий.

побудова моделей реально існуючих об'єктів (предметів, явищ, процесів);
заміна реального об'єкта його підходящою копією;
вивчення об'єктів пізнання з їхньої моделях.

Потреба у моделюванні виникає у таких сферах людської діяльності як пізнання, спілкування, практична діяльність. Аспекти моделювання характеризуються властивостями:

зовнішній вигляд – набором ознак;
структура – переліком елементів та зазначенням відносин між ними;
поведінка – зміною зовнішнього вигляду та структури з часом.

Визначимо етапи моделювання:

1. Постановка цілей моделювання.

2. Аналіз моделювання об'єкта та виділення всіх його відомих властивостей.

3. Аналіз виділених властивостей та визначення суттєвих з них.

4. Вибір форми представлення моделі.

6. Аналіз отриманої моделі на суперечливість.

7. Аналіз адекватності отриманої моделіоб'єкт та цілі моделювання.

Формалізація- це приведення істотних властивостей та ознак об'єкта моделювання до обраної форми.

Щоб побудувати модель, необхідно надати об'єкту форму. Сутьформалізаціїполягає у принциповій можливості поділу об'єкта та його позначення. Щоб позначити об'єкт, потрібно ввести певний набір знаків.Знак- це елемент кінцевої множини відмінних один від одного елементів. Слід звернути увагу, що поняття знака одна із базисних понять науки. Точного визначення дати неможливо. Тому варто обмежитися вказівкою основних рис знака:

1. Здатність знака виступати як заступник денотату (об'єкта).

2. Нетотожність знака і денотату - знак ніколи не може повністю замінити позначається.

3. Багатозначність відповідності "знак - денотат".

Мова- знакова система, що використовується з метою пізнання та комунікації. Слід розглянути характеристики мови та вказати, що мови можуть бути природними та штучними. Правила штучної мови є строго та однозначно визначеними, тому така мова називається формалізованою.

Процес формалізації текстової інформації (подання інформації у формі графа, креслення, схеми тощо) здійснюється з метою її однозначного розуміння, полегшення та прискорення її обробки. Формалізувати можна оформлення тексту. Цей процес полягає у використанні бланків, формулярів, шаблонів наперед визначеної та часто законодавчо затвердженої форми.

Таблиці- форма подання інформації у зручному для аналізу та обробки вигляді. Таблиці бувають типу "об'єкт - об'єкт", "об'єкт - властивість", "об'єкти - властивості - об'єкти". Таблиця характеризуєтьсяназвою, кількістю стовпців та їх назвами, кількістю рядків та їх назвами, вмістом осередків.

Граф- сукупність точок, з'єднаних між собою лініями. Ці крапки називаються вершинами графа. Лінії, що з'єднують вершини, називаються дугами, якщо заданий напрямок від однієї вершини до іншої, або ребрами, якщо двостороння спрямованість.