Lekce informatiky "Hlavní fáze vývoje a výzkumu modelů na počítači"
Účel lekce: uspořádat společný vzdělávací aktivity pro formování a rozvoj výzkumných dovedností studentů; vytvářet podmínky pro rozvoj modelovací techniky.
Musíš vědět: hlavní etapy vývoje a výzkumu modelů na počítači.
Měl by být schopen: postavit model objektu nebo procesu podle cíle.
Pracovní plán
Org moment
Ověřovací práce Příloha 2 (test)
Vysvětlení nového tématu. (prezentace + omc)
Použití počítače ke studiu informačních modelů různých objektů a systémů umožňuje studovat jejich změny v závislosti na hodnotě určitých parametrů. Proces vývoje modelů a jejich zkoumání na počítači lze rozdělit do několika hlavních fází.
V první fázi studia objektu nebo procesu je obvykle postaven popisný informační model . Takový model vyčleňuje parametry objektu významné z hlediska cílů prováděného výzkumu a nepodstatné parametry zanedbává.
Druhá fáze vytváří formalizovaný model, to znamená, že model popisných informací je napsán pomocí nějakého formálního jazyka. V takovém modelu se pomocí vzorců, rovnic, nerovností atd. fixují formální vztahy mezi počátečními a konečnými hodnotami vlastností objektů a ukládají se omezení přípustné hodnoty tyto vlastnosti.
Zdaleka ne vždy je však možné najít vzorce, které explicitně vyjadřují požadované veličiny z hlediska výchozích údajů. V takových případech se k získání výsledků s danou přesností používají přibližné matematické metody.
Ve třetí fázi je nutné transformovat formalizovaný informační model do počítačový model , to znamená vyjádřit jej počítačově srozumitelným jazykem. Existují dva zásadně odlišné způsoby, jak vytvořit počítačový model:
1) konstrukce algoritmu pro řešení problému a jeho kódování v některém z programovacích jazyků;
2) sestavení počítačového modelu pomocí některé z aplikací (tabulkové procesory, DBMS atd.).
V procesu vytváření počítačového modelu je užitečné vyvinout pohodlné grafické rozhraní, které vám umožní vizualizovat formální model a také implementovat interaktivní dialog mezi osobou a počítačem ve fázi modelového výzkumu.
Čtvrtá etapa studia informační model spočívá v držení počítačový experiment. Pokud počítačový model existuje jako program v některém z programovacích jazyků, je nutné jej spustit a získat výsledky.
Pokud je počítačový model zkoumán v aplikaci, například v tabulky můžete data třídit nebo prohledávat, sestavovat tabulku nebo graf a tak dále.
Pátá fáze je analýza získaných výsledků a korekce zkoumaného modelu. Pokud se výsledky získané studiem informačního modelu liší od naměřených parametrů reálných objektů, lze usoudit, že v předchozích fázích budování modelu došlo k chybám nebo nepřesnostem. Například při konstrukci deskriptivního kvalitativního modelu mohou být nesprávně vybrány podstatné vlastnosti objektů, v procesu formalizace může docházet k chybám ve vzorcích a podobně. V těchto případech je nutné model korigovat a zpřesňování modelu lze provádět opakovaně, dokud analýza výsledků neukáže jejich shodu se studovaným objektem.
Otázky k zamyšlení
1. V jakých případech lze vynechat jednotlivé fáze stavby a zkoumání modelu? Uveďte příklady tvorby modelů v procesu učení.
4. Tělesná výchova. minutu
5. Praktická práce (dopis)
V dnešní lekci vám navrhuji sestavit počítačový model objektového modelu se zadanými geometrickými vlastnostmi.
Shrnutí lekce
"Laboratorní simulace"
“Modelování v grafickém editoru "
Cílová: upevnit práci studentů s fragmentem obrázku (kopírování, vkládání, otáčení, mazání).
Cvičení 1. Nakreslete rovnostranný trojúhelník s danou stranou
Tento algoritmus navrhl Euklides ve 4. století před naším letopočtem. NS.
Sestrojte trojúhelník podle algoritmu znázorněného na obrázku a dokažte.
Obr. 1
Úkol 2. Tvorba geometrických kompozic z hotových mozaikových tvarů.
Na obrázku jsou ukázky ozdob a elementárních figurek, ze kterých je vyroben.Nasimulujte tuto ozdobu podle ukázky.
Obr
Obr
Úkoly pro samostatná práce
Úkol 3. Otevřete soubor picture4.jpg, použijte operace s fragmenty pro vytvoření vzoru a barvy, jak chcete. Nezapomeňte soubor uložit!
"Lekce 59"
Lekce 59. Stavba a výzkum fyzikálních modelů
Uvažujme proces stavby a zkoumání modelu na konkrétním příkladu pohybu tělesa vrženého pod úhlem k horizontu.
Projekt "Házení míče do kurtu"
Při tréninku tenisté využívají stroje na vrhání míčků. Stroji je nutné nastavit program, podle kterého bude míč vstupovat na plošinu. K tomu je potřeba nastavit požadovanou rychlost a úhel házení míčku.
obrázek z učebnice strana 155
Ze stavu problému vyplývá:
koule je ve srovnání se Zemí malá, lze ji tedy považovat za hmotný bod;
změna výšky míče je malá, proto lze gravitační zrychlení považovat za konstantní (g = 9,8), pohyb po ose Y lze považovat za rovnoměrně zrychlený;
rychlost vrhu je malá, takže odpor vzduchu lze zanedbat, pohyb po ose X lze považovat za rovnoměrný.
Pro formalizaci modelu používáme vzorce známé z fyziky
x = v0 * cos a * t,
y = v0 * sin a * t - (g * t ^ 2) / 2
Z druhého vzorce vyjádříme čas t za předpokladu y = 0, protože míč spadne na zem:
v0 * sin a * t - (g * t ^ 2) / 2 = 0;
t* (v0 * sin a- (g * t) / 2) = 0;
t = 0 nebo v0 * sin a- (g * t) / 2 = 0,
to znamená, že míč bude na povrchu Země dvakrát - na začátku pohybu a na konci.
Zajímá nás druhý případ, takže jsme dostali
t = (2 * v0 * sin a) / g
Dosazením nalezeného t do vzorce pro výpočet x dostaneme:
x = (v0 * cos a * 2 * v0 * sina) / g = (v0 ^ 2 * sin2a) / g
Nechť je místo umístěno ve vzdálenosti s a má délku l. Pak dojde k zásahu, pokud ss + l, pak k letu
Pojďme vyřešit problémv tabulkách
Označme sloupce tabulky
Pojďme si představit vzorce
Jak vidíte, výsledek se zobrazí v textové podobě. Můžete zakreslit pohyb míče. Přemýšlejte sami, jak to udělat.
Vyřešme problém v objektově orientovaném programovacím prostředí Gambas
Snímek obrazovky grafické rozhraní
Pro zadání počátečních údajů: počáteční rychlost v0, úhel vrhu míče a, délka plošiny l a její vzdálenost s - umístíme 4 číselná okna ValueBox. Pro zobrazení proměnné x je zde další číselné okno ValueBox. Chcete-li zobrazit výsledek: Nedostřel, přelet, zásah- umístěte na formulář štítek Label. Pojďme podepsat každé číselné okno tak, že vedle něj zobrazíme Label a změníme parametr Text na Počáteční rychlost, Úhel vrhání, Vzdálenost k plošině, Délka plošiny resp. Ke spuštění programu potřebujeme Button, na který píšeme Start.
Dvojitým kliknutím na tlačítko vytvořte událost Button1_Click.
Programový kód
Public Sub Button1_Click
„Proměnné g a pi deklarujeme jako konstanty a zbytek jako desetinná místa
Const g As Single = 9,81
Const pi As Single = 3,14
Dim v0, a, s, l, x Jako Single
„Čtení hodnoty proměnných zadaných uživatelem z číselných oken
v0 = ValueBox1.Value
a = ValueBox2.Value
s = ValueBox3.Value
l = ValueBox4.Value
"Vypočítejte hodnotu x a zobrazte ji v číselném okně
x = v0 ^ 2 * Math.Sin (2 * a * pí / 180) / g
ValueBox5.Value = x
"Iterujeme přes varianty hodnot x a zobrazíme výsledek hodu
Label1.Text = "Podstřelení"
Label1.Text = "Let"
Label1.Text = "Hit"
Domácí práce
Přečtěte si str. 5.4. Odpovězte slovně na Kontrolní otázky.
Doplňte své tabulkové řešení pomocí kuličkového grafu
Zobrazit obsah prezentace
"Prez"
Fáze I. Formulace problému
1. Popis problému (v běžném jazyce, v nejběžnějších frázích)
2. Cíl modelování (zvolený cíl určuje, které charakteristiky zkoumaného objektu jsou považovány za podstatné a které je třeba vyřadit).
"Co se stane, když? .." - určení následků dopadu na objekt a správné rozhodnutí.
"Jak na to? .." - vytváření objektů se zadanými vlastnostmi.
3. Formalizace problému (formalismus je přísný řád).
Formalizace se provádí formou hledání odpovědí na otázky, které objasňují obecný popisúkoly.
Etapa II. Vývoj modelu
1. Informační model
Výběr nejdůležitějších dat při tvorbě informačního modelu a jeho složitost jsou dány účelem modelování.
Textový informační model...
2. Počítačový model (model implementovaný pomocí softwarového prostředí)
Příklady: psaní na stroji, pohyb v autě, uspořádání nábytku...
Stupeň III. Počítačový experiment
1. Plán experimentu (měl by jasně odrážet posloupnost práce s modelem)
Testování je proces ověřování správnosti stavby modelu.
Test je sada počátečních dat, která umožňuje určit správnost sestavení modelu.
2. Provádění výzkumu
Pokud jste si jisti správností sestrojeného modelu, můžete přistoupit ke studiu.
Etapa IV. Analýza výsledků simulace
Tato fáze je klíčová – buď budete ve výzkumu pokračovat, nebo skončíte.
Pokud výsledky neodpovídají cílům úkolu, došlo v předchozích fázích k chybám.
Pokud jsou takové chyby identifikovány, je třeba model upravit, tedy vrátit se do jedné z předchozích fází.
Proces se opakuje, dokud výsledky experimentu nesplní cíle simulace.
"Modely a modelování" - Hlavní fáze modelování. Předvídat přímé a nepřímé důsledky implementace daných metod. Předmět - (objeectum - předmět z latinského objicio - házím dopředu) - předmět diskuse. Cíle modelování jsou určeny zadáním problému: Verbální model - informační model v mentální nebo mluvené podobě.
"Mat. Modelování" - 9. Korekce modelu. Algoritmus. (Dodatečné kapitoly matematiky). 4. Sestavení fyzického modelu výzkumného objektu. Matematické modelování. Rozklad. Test. Matematický model. Sběr dat. 7. Implementace algoritmu ve formě programu. Oprava. Skutečná situace. Obsah mat. modelování.
"Počítačové informační modelování" - Modely. Dynamický. Informační modely. Nerovnice rovnice matematického vzorce. WordPad. Počítačový model. Tabelární rozvrh lekcí Tabulka násobení. Malovat. Verbální (slovní) Píseň Příběh Báseň. Všechny informační modely lze vytvořit pomocí počítače. Chemie je chemický jev.
"Počítačové modelování" - Příklad programu vyvinutého v rámci magisterské a doktorské práce "Výzkum a vývoj metod pro počítačové modelování a zpracování interferogramů." 200400.68.06 Počítačová optika. Ukázka programu vyvinutého v rámci diplomové práce "Počítačové modelování tvorby barevného obrazu na maticových CCD přijímačích".
"Informační modelování na počítači" - 2x + 3y> = 0. Bylo možné provádět složité výpočty matematické modely na přiměřenou dobu. Účel modelování: vytváření objektů se zadanými vlastnostmi. Studium vlastností objektu. Fáze 3 modelování. Informační modelování na počítači. Simulační modelování. Informační modelování.
"Matematické modelování" - 7. 2. 6. 1. Cíle a obsah předmětu. Matematické modelování a design. 2. Metodika výuky. Plán. 4. Svetlov Nikolay Michajlovič E-mail [e-mail chráněný] http://svetlov.timacad.ru. Literatura. 3. Frans J., Thornley J.
Celkem je 18 prezentací
Snímek 2
Prohlášení o problému: Popis problému; Účel simulace; Analýza objektu Vývoj informačního modelu Vývoj počítačového modelu Výzkum modelu Analýza výsledků Jsou výsledky v souladu s cílem? Závěry Ano Ne
Snímek 3
Snímek 4
Etapa II. Vývoj informačního modelu
Popisný informační model Formalizovaný informační model Popisuje vlastnosti, stavy a akce jednotlivých objektů a systému jako celku Formalizace je proces budování informačních modelů pomocí formálních jazyků To znamená, že se vytvářejí modely znaků Matematický model (vzorce) Tabulky Schémata Kresby Bloková schémata
Snímek 5
Stupeň III. Vývoj počítačového modelu: Výběr nástrojů pro modelování Vytvoření modelu Testování modelu
Počítačový model je model implementovaný pomocí softwarového prostředí: Grafické editory Textové editory Programovací prostředí Tabulkové procesory Matematické balíčky HTML editory DBMS Ostatní Algoritmus pro konstrukci modelu a forma jeho prezentace závisí na volbě softwarového prostředí
Snímek 6
Počítačový model je implementován podle zákonitostí zvoleného modelu.Model je testován nebo laděn na počítači.Testování je proces kontroly správnosti modelu. Vybere se několik variant počátečních hodnot a předem se vypočítá očekávaný výsledek Test - sada počátečních dat, u kterých je výsledek předem znám Ladění programu - překlad programu a kontrola správnosti softwarové prostředí
Snímek 7
Etapa IV. Průzkum modelu: Provádění série experimentů Shromažďování výsledků
Experiment je zkušenost, která se provádí s předmětem nebo modelem. Spočívá v provedení některých akcí, které určí, jak experimentální vzorek na tyto akce reaguje.
Snímek 8
Fáze V. Analýza výsledků simulace
Rozhodující fáze: "Pokračovat ve výzkumu nebo dokončit?" Pokud výsledky neodpovídají cílům úkolu, došlo v předchozích fázích k chybám. Může se jednat o: nesprávně zvolené podstatné vlastnosti objektu; chyby ve vzorcích; neúspěšně zvolené prostředí pro modelování, porušení technologických metod při sestavování modelu. Pokud jsou zjištěny chyby, je třeba model opravit, vrátit se do jedné z předchozích fází a proces se opakuje, dokud výsledky experimentu nesplňují cíle modelování.
Zobrazit všechny snímky
KONCEPCE MODELU
Každý objekt má velký počet různé vlastnosti. Během
konstrukce modelu vyzdvihuje to hlavní, nejpodstatnější pro
provedl průzkum nemovitostí.
Různé vědy studují předměty a procesy z různých úhlů a
stavět Různé typy modely.
Modelka je jistota nový objekt což odráží významné
rysy studovaného objektu, jevu nebo procesu.
Stejný objekt může mít mnoho modelů, ale různé objekty
lze popsat jedním modelem.
Žádný model nemůže nahradit samotný objekt. Ale při oslovování konkrétního
úkoly, kdy nás zajímají určité vlastnosti studovaného objektu,
model se ukazuje jako užitečný a někdy i jediný nástroj
výzkum.
podle oblasti použití:
Výukové modely - používané ve výuce;
Zkušený - jedná se o zmenšené nebo zvětšené kopie navrženého
objekt. Používá se k výzkumu a předpovídání jeho budoucnosti
vlastnosti
Vědecké a technické – jsou vytvořeny pro studium procesů a jevů
Hra - nácvik chování předmětu v různých podmínkách
Imitativní - odraz reality do té či oné míry (toto
metoda pokus omyl)
podle časového faktoru:
Statické - modely popisující stav systému v
určitý okamžik v čase (jednorázový výsek informací o
tento objekt). Příklady modelů: klasifikace zvířat, struktura
molekuly, seznam vysázených stromů, zpráva o průzkumu stavu
zuby ve škole atd.
Dynamické - modely popisující procesy změn a vývoje
systémy (změny objektu v čase). Příklady: popis pohybu
těles, vývoj organismů, proces chemických reakcí. Klasifikace modelů podle odvětví je klasifikace podle
obory lidské činnosti: matematické, biologické,
chemické, sociální, ekonomické, historické atd.
formou prezentace:
Materiálem jsou předmětové (fyzikální) modely. Vždy mají
skutečné ztělesnění. Odrážejí vnější vlastnosti a vnitřní
zařízení původních předmětů, podstata procesů a jevů původního předmětu. Jedná se o experimentální metodu poznávání životního prostředí.
Středa. Příklady: dětské hračky, lidská kostra, vycpané zvíře, figurína
sluneční soustava, školní pomůcky, fyzikální a chemické pokusy
Abstraktní (nehmotné) - nemají skutečné ztělesnění. Jejich
informace jsou základ. je to teoretická metoda poznání
životní prostředí. Na základě implementace jsou to:
Následkem toho se ve fantazii člověka formují myšlenkové modely
myšlenky, závěry, někdy v podobě nějakého obrazu. Toto je model
doprovází vědomou lidskou činnost.
Verbálně - mentální modely vyjádřené mluvenou formou.
Používá se k předávání myšlenek
Informační modely - účelově vybrané informace o
objekt, který odráží to nejpodstatnější pro výzkumníka
vlastnosti tohoto objektu. ETAPA VÝVOJE A VÝZKUMU
MODELY NA POČÍTAČI
Použití počítače k výzkumu informačních modelů
různé objekty a systémy vám umožní studovat jejich změny v
v závislosti na hodnotě určitých parametrů. Vývojový proces
modely a jejich studium na počítači lze rozdělit do několika
hlavní etapy.
Popisný informační model. V první fázi studia
objekt nebo proces je obvykle vytvořen jako popisná informace
Modelka. Takový model zdůrazňuje významné z hlediska cílů
provedený výzkum, parametry objektu, ale nevýznamné
parametry jsou zanedbané.
Formalizovaný model. Ve druhé fázi, formalizovaná
model, tj. model popisné informace je napsán pomocí
pomocí nějakého formálního jazyka. V takovém modelu pomocí
vzorce, rovnice nebo nerovnice, formální vztahy jsou pevné
mezi počáteční a konečnou hodnotou vlastností objektů a
na povolené hodnoty těchto vlastností jsou uvalena omezení. Počítačový model. Ve třetí fázi, formalizovaná
transformovat informační model na počítačový model, tzn.
vyjádřit jej počítačově srozumitelným jazykem. Existují různé
způsoby vytváření počítačových modelů, včetně:
- vytvoření počítačového modelu ve formě projektu v jednom z jazyků
programování;
- sestavení počítačového modelu pomocí tabulek
nebo jiné aplikace.
Počítačový experiment. Pokud existuje počítačový model v
ve formě projektu v některém z programovacích jazyků, musí být spuštěn
provedení, zadejte počáteční data a získejte výsledky.
Pokud je v aplikaci zkoumán počítačový model, můžete stavět
tabulku nebo graf, třídit a vyhledávat data, popř
používat jiné specializované metody zpracování dat.
Analýza získaných výsledků a korekce zkoumaného modelu.
Pátá fáze spočívá v analýze získaných výsledků a úpravách
zkoumaný model. V případě nesouladu získaných výsledků s
výzkum informačního modelu, měřitelné parametry reál
objektů, můžeme konstatovat, že v předchozích fázích výstavby
v modelu došlo k chybám nebo nepřesnostem. TYPY INFORMAČNÍCH MODELŮ
Tabulkové - objekty a jejich vlastnosti jsou prezentovány jako seznam a jejich
hodnoty jsou umístěny v obdélníkových buňkách. Svitek
objekty stejného typu jsou umístěny v prvním sloupci (nebo řádku) a hodnoty
jejich vlastnosti jsou umístěny v následujících sloupcích (nebo řádcích)
Hierarchické - objekty jsou rozmístěny napříč úrovněmi. Každý prvek
prvek vysoké úrovně se skládá z prvků nižší úrovně a prvku nižší úrovně
úroveň může být součástí pouze jednoho prvku vyšší
úroveň
Síťové – používá se k odrážení systémů, ve kterých jsou mezi sebou spojení
prvky mají složitou strukturu Podle stupně formalizace jsou informační modely figurativní a symbolické.
Figurální a ikonické modely:
Geometrické (kresba, piktogram, kresba, mapa, plán, objemový
obraz)
Strukturální (tabulka, graf, schéma, schéma)
Verbální (popis v přirozených jazycích)
Algoritmický (číslovaný seznam, výčet krok za krokem, blokové schéma)
Ikonické modely:
Matematické – reprezentované matematickými vzorci, které se zobrazují
odkaz na parametr
Speciální - uvedeno na spec. jazyky (poznámky, chemické vzorce)
Algoritmické - programy ANALÝZA A OPTIMALIZACE
INFORMAČNÍ MODEL
V případě rozporu mezi výsledky získanými během studie
informačního modelu, lze provést naměřené parametry reálných objektů
závěr, že v předchozích fázích stavby modelu došlo k chybám, popř
nepřesnosti.
Například při budování deskriptivního kvalitativního modelu může existovat
podstatné vlastnosti objektů byly v procesu formalizace nesprávně vybrány
může dojít k chybám ve vzorcích atd. V těchto případech je to nutné
upravit model a lze provést zpřesnění modelu
opakovaně, dokud analýza výsledků neukáže jejich shodu se studovaným
objekt. začít pracovat. Operace stroje bude trvat přibližně
tolik jako za ruční násobení daných čísel na papíře.
Uvažovaný příklad ukazuje podstatu obtíží, které vznikají při aplikaci
Počítač: nízká rychlost vstupu počátečních dat může negovat obrovské
rychlost výpočtů. Tyto potíže vedly svého času k tomu, že počítač
byly používány především pouze pro řešení určitých složitých vědeckých a technických problémů.
Ekonomické a další problémy řízení řešené v ACS se liší
hodně velké množství počáteční údaje. Takže pokus o použití
Počítač v režimu řešení jednotlivých problémů aplikovaných na řízení vede k
extrémně neefektivní používání strojů. Skutečně účinné
komplexní automatizace procesů řízení na všech úrovních lidí
ekonomika může být pouze tehdy ekonomické mechanismy a
organizační formy řízení (především tok dokumentů a také
formy účetnictví, hmotné úročení atd.) jsou uvedeny do souladu
s novými obrovskými příležitostmi, které moderní elektronika
Počítačové inženýrství.
