Informatická lekcia „Hlavné fázy vývoja a výskumu modelov na počítači“
Účel lekcie: organizovať spoločný vzdelávacie aktivity na formovanie a rozvoj výskumných zručností študentov; vytvárať podmienky pre rozvoj modelovacej techniky.
Musí vedieť: hlavné etapy vývoja a výskumu modelov na počítači.
Mal by byť schopný: postaviť model objektu alebo procesu podľa cieľa.
Pracovný plán
Org moment
Overovacie práce Príloha 2 (test)
Vysvetlenie novej témy. (prezentácia + omc)
Používanie počítača na štúdium informačných modelov rôznych objektov a systémov vám umožňuje študovať ich zmeny v závislosti od hodnoty určitých parametrov. Proces vývoja modelov a ich skúmanie na počítači možno rozdeliť do niekoľkých hlavných etáp.
V prvej fáze štúdia objektu alebo procesu sa zvyčajne stavia popisný informačný model . Tento model rozlišuje parametre objektu, ktoré sú významné z hľadiska cieľov realizovaného výskumu, a nepodstatné parametre zanedbáva.
Druhá fáza vytvára formalizovaný model, to znamená, že model popisných informácií je napísaný pomocou nejakého formálneho jazyka. V takomto modeli sa pomocou vzorcov, rovníc, nerovností atď. upevnia formálne vzťahy medzi počiatočnými a konečnými hodnotami vlastností objektov a tiež sa uložia obmedzenia. prípustné hodnoty tieto vlastnosti.
Zďaleka však nie je vždy možné nájsť vzorce, ktoré explicitne vyjadrujú požadované množstvá z hľadiska počiatočných údajov. V takýchto prípadoch sa na získanie výsledkov s danou presnosťou používajú približné matematické metódy.
V tretej fáze je potrebné transformovať formalizovaný informačný model do počítačový model , teda vyjadrovať ho počítačom zrozumiteľným jazykom. Existujú dva zásadne odlišné spôsoby zostavenia počítačového modelu:
1) konštrukcia algoritmu na riešenie problému a jeho kódovanie v jednom z programovacích jazykov;
2) zostavenie počítačového modelu pomocou niektorej z aplikácií (tabuľky, DBMS atď.).
V procese vytvárania počítačového modelu je užitočné vyvinúť pohodlné grafické rozhranie, ktoré vám umožní vizualizovať formálny model, ako aj implementovať interaktívny dialóg medzi osobou a počítačom vo fáze modelového výskumu.
Štvrtá etapa štúdie informačný model spočíva v držaní počítačový experiment. Ak počítačový model existuje ako program v niektorom z programovacích jazykov, je potrebné ho spustiť a získať výsledky.
Ak sa počítačový model skúma v aplikácii, napr tabuľky môžete údaje triediť alebo vyhľadávať, zostavovať tabuľku alebo graf atď.
Piata etapa je analýza získaných výsledkov a korekcia skúmaného modelu. Ak sa výsledky získané pri štúdiu informačného modelu líšia od nameraných parametrov reálnych objektov, možno konštatovať, že v predchádzajúcich fázach vytvárania modelu sa vyskytli chyby alebo nepresnosti. Napríklad pri konštrukcii deskriptívneho kvalitatívneho modelu môže dôjsť k nesprávnemu výberu podstatných vlastností objektov, v procese formalizácie k chybám vo vzorcoch a pod. V týchto prípadoch je potrebné model opraviť a spresnenie modelu je možné vykonávať opakovane, kým analýza výsledkov nepreukáže ich súlad so skúmaným objektom.
Otázky na zamyslenie
1. V akých prípadoch možno vynechať jednotlivé etapy stavby a skúmania modelu? Uveďte príklady tvorby modelov v procese učenia.
4. Telesná výchova. minúta
5. Praktická práca (list)
V dnešnej lekcii vám navrhujem zostaviť počítačový model objektového modelu so špecifikovanými geometrickými vlastnosťami.
Zhrnutie lekcie
"Laboratórna simulácia"
“Modelovanie v grafickom editore "
Cieľ: upevniť prácu žiakov s fragmentom obrázka (kopírovanie, vkladanie, otáčanie, mazanie).
Cvičenie 1. Nakreslite rovnostranný trojuholník s danou stranou
Tento algoritmus navrhol Euklides v 4. storočí pred Kristom. e.
Zostrojte trojuholník podľa algoritmu znázorneného na obrázku a dokážte.
Obr
Úloha 2. Tvorba geometrických kompozícií z hotových mozaikových tvarov.
Na obrázku sú ukážky ozdôb a elementárnych figúrok, z ktorých je vyrobený Tento ornament nasimulujte podľa ukážky.
Obr
Obr
Úlohy pre samostatná práca
Úloha 3. Otvorte súbor picture4.jpg, použite operácie s fragmentmi na zostavenie vzoru a farby, ako chcete. Nezabudnite súbor uložiť!
"Lekcia 59"
Lekcia 59. Budovanie a výskum fyzikálnych modelov
Uvažujme o procese budovania a skúmania modelu na konkrétnom príklade pohybu telesa hodeného pod uhlom k horizontu.
Projekt „Hádzanie lopty do ihriska“
Počas tréningu tenisti využívajú stroje na hádzanie loptičiek. Na stroji je potrebné nastaviť program, podľa ktorého bude loptička vchádzať na plošinu. K tomu je potrebné nastaviť požadovanú rýchlosť a uhol hádzania lopty.
obrázok z učebnice strana 155
Vyplýva to z vyjadrenia problému:
lopta je v porovnaní so Zemou malá, preto ju možno považovať za hmotný bod;
zmena výšky lopty je malá, preto gravitačné zrýchlenie možno považovať za konštantné (g = 9,8), pohyb po osi Y možno považovať za rovnomerne zrýchlený;
rýchlosť hádzania je malá, takže odpor vzduchu možno zanedbať, pohyb po osi X možno považovať za rovnomerný.
Na formalizáciu modelu používame vzorce známe z fyziky
x = v0 * cos a * t,
y = v0 * sin a * t - (g * t ^ 2) / 2
Z druhého vzorca vyjadríme čas t za predpokladu, že y = 0, keďže loptička spadne na zem:
v0 * sin a * t - (g * t ^ 2) / 2 = 0;
t* (v0 * sin a- (g * t) / 2) = 0;
t = 0 alebo v0 * sin a- (g * t) / 2 = 0,
to znamená, že loptička bude na povrchu Zeme dvakrát - na začiatku pohybu a na konci.
Zaujíma nás druhý prípad, preto sme dostali
t = (2 * v0 * sin a) / g
Dosadením nájdeného t do vzorca na výpočet x dostaneme:
x = (v0 * cos a * 2 * v0 * sina) / g = (v0 ^ 2 * sin2a) / g
Nech je miesto umiestnené vo vzdialenosti s a má dĺžku l. Potom dôjde k zásahu, ak ss + l, potom k letu
Poďme vyriešiť problémv tabuľkách
Označme stĺpce tabuľky
Predstavme si vzorce
Ako vidíte, výsledok sa zobrazí v textovej forme. Môžete vykresliť pohyb lopty. Premýšľajte sami, ako to urobiť.
Vyriešme problém v objektovo orientovanom programovacom prostredí Gambas
snímka obrazovky grafické rozhranie
Na zadanie počiatočných údajov: počiatočná rýchlosť v0, uhol hodu lopty a, dĺžka plošiny l a jej vzdialenosť s - umiestnime 4 číselné okná ValueBox. Na zobrazenie premennej x slúži ďalšie číselné okno ValueBox. Ak chcete zobraziť výsledok: Nedostrel, prelet, zásah- na formulár umiestnite štítok Štítok. Podpíšme každé číselné okno tak, že vedľa neho zobrazíme štítky Label a zmeníme parameter Text na Počiatočná rýchlosť, Uhol vrhu, Vzdialenosť od plošiny, Dĺžka plošiny resp. Na spustenie programu potrebujeme Button, na ktorý píšeme Štart.
Dvojitým kliknutím na tlačidlo vytvorte udalosť Button1_Click.
Programový kód
Verejné podtlačidlo1_Kliknutie
„Premenné g a pi deklarujeme ako konštanty a zvyšok ako desatinné zlomky
Const g As Single = 9,81
Const pi Ako Single = 3,14
Dim v0, a, s, l, x Ako Single
„Čítanie hodnoty premenných zadaných používateľom z číselných okienok
v0 = ValueBox1.Value
a = ValueBox2.Value
s = ValueBox3.Value
l = ValueBox4.Value
"Vypočítajte hodnotu x a zobrazte ju v číselnom okne
x = v0 ^ 2 * Math.Sin (2 * a * pi / 180) / g
ValueBox5.Value = x
„Iterujeme cez varianty hodnôt x a zobrazujeme výsledok hodu
Label1.Text = "Nedostatok"
Label1.Text = "Let"
Label1.Text = "Hit"
Domáca úloha
Prečítajte si stranu 5.4. Odpovedzte ústne na Kontrolné otázky.
Doplňte svoje tabuľkové riešenie guľovým grafom
Zobraziť obsah prezentácie
"Prez"
Etapa I. Formulácia problému
1. Popis problému (v bežnom jazyku, najčastejšie frázy)
2. Cieľ modelovania (zvolený cieľ závisí od toho, ktoré charakteristiky skúmaného objektu sú považované za podstatné a ktoré je potrebné zahodiť).
"Čo sa stane, ak? .." - určenie následkov dopadu na objekt a prijatie správneho rozhodnutia.
"Ako to urobiť? .." - vytváranie objektov so špecifikovanými vlastnosťami.
3. Formalizácia problému (formalizmus je prísny poriadok).
Formalizácia sa uskutočňuje vo forme hľadania odpovedí na otázky, ktoré objasňujú všeobecný popisúlohy.
Etapa II. Vývoj modelu
1. Informačný model
Výber najdôležitejších údajov pri tvorbe informačného modelu a jeho zložitosť sú určené účelom modelovania.
Textový informačný model...
2. Počítačový model (model implementovaný pomocou softvérového prostredia)
Príklady: písanie, pohyb v aute, usporiadanie nábytku...
Stupeň III. Počítačový experiment
1. Plán experimentu (mal by jasne odrážať postupnosť práce s modelom)
Testovanie je proces overovania správnosti zostavenia modelu.
Test je súbor počiatočných údajov, ktoré umožňujú určiť správnosť zostavenia modelu.
2. Vykonávanie výskumu
Ak ste si istí správnosťou zostaveného modelu, môžete pokračovať v štúdiu.
Štádium IV. Analýza výsledkov simulácie
Táto fáza je kľúčová – buď budete pokračovať vo výskume, alebo ho dokončíte.
Ak výsledky nezodpovedajú cieľom úlohy, v predchádzajúcich fázach došlo k chybám.
Ak sa takéto chyby zistia, potom je potrebné model opraviť, to znamená vrátiť sa do jednej z predchádzajúcich fáz.
Proces sa opakuje dovtedy, kým výsledky experimentu nesplnia ciele simulácie.
"Modely a simulácia" - Hlavné fázy modelovania. Predpovedajte priame a nepriame dôsledky implementácie daných metód. Predmet - (objeectum - predmet z latinského objicio - hodiť dopredu) - predmet diskusie. Ciele modelovania sú určené vyjadrením problému: Verbálny model - informačný model v mentálnej alebo hovorenej podobe.
"Mat. Modelovanie" - 9. Oprava modelu. Algoritmus. (Doplnkové kapitoly matematiky). 4. Zostavenie fyzického modelu výskumného objektu. Matematické modelovanie. Rozklad. Test. Matematický model. Zber dát. 7. Implementácia algoritmu vo forme programu. Oprava. Skutočná situácia. Obsah mat. modelovanie.
"Počítačové informačné modelovanie" - Modely. Dynamický. Informačné modely. Nerovnosť rovnice matematického vzorca. WordPad. Počítačový model. Tabuľkový rozvrh hodín Tabuľka násobenia. Maľovať. Verbálna (slovná) Pieseň Príbeh Báseň. Všetky informačné modely je možné vytvárať pomocou počítača. Chémia je chemický jav.
"Počítačové modelovanie" - Príklad programu vyvinutého v rámci magisterských a doktorandských prác "Výskum a vývoj metód počítačového modelovania a spracovania interferogramov." 200400.68.06 Počítačová optika. Príklad programu vyvinutého v rámci diplomovej práce „Počítačové modelovanie tvorby farebného obrazu na maticových CCD prijímačoch“.
"Informačné modelovanie na počítači" - 2x + 3y> = 0. Bolo možné vykonávať zložité výpočty matematických modelov na primeranú dobu. Účel modelovania: vytváranie objektov so špecifikovanými vlastnosťami. Štúdium charakteristík objektu. 3. fáza modelovania. Informačné modelovanie na počítači. Simulačné modelovanie. Informačné modelovanie.
"Matematické modelovanie" - 7. 2. 6. 1. Ciele a obsah kurzu. Matematické modelovanie a dizajn. 2. Metodika vyučovania. Plán. 4. Svetlov Nikolay Michajlovič E-mail [e-mail chránený] http://svetlov.timacad.ru. Literatúra. 3. Frans J., Thornley J.
Celkovo je 18 prezentácií
Snímka 2
Vyhlásenie problému: Popis problému; Účel simulácie; Analýza objektu Vývoj informačného modelu Vývoj počítačového modelu Výskum modelu Analýza výsledkov Sú výsledky v súlade s cieľom? Závery Áno Nie
Snímka 3
Snímka 4
Etapa II. Vývoj informačného modelu
Opisný informačný model Formalizovaný informačný model Opisuje vlastnosti, stavy a činnosti jednotlivých objektov a systému ako celku Formalizácia je proces budovania informačných modelov pomocou formálnych jazykov, To znamená, že sa vytvárajú znakové modely Matematický model (vzorce) Tabuľky Schémy Nákresy Blokové schémy
Snímka 5
Stupeň III. Vývoj počítačového modelu: Výber nástrojov na modelovanie Vytvorenie modelu Testovanie modelu
Počítačový model je model implementovaný pomocou softvérového prostredia: Grafické editory Textové editory Programovacie prostredia Tabuľkové procesory Matematické balíky HTML editory DBMS Iné Algoritmus na zostavenie modelu a forma jeho prezentácie závisí od výberu softvérového prostredia
Snímka 6
Počítačový model sa implementuje podľa zákonitostí vybraného modelu Model sa testuje alebo ladí na počítači Testovanie je proces kontroly správnosti modelu. Vyberie sa niekoľko variantov počiatočných hodnôt a vopred sa vypočíta očakávaný výsledok Test - súbor počiatočných údajov, pri ktorých je výsledok vopred známy Ladenie programu - preklad programu a kontrola správnej činnosti v softvérové prostredie
Snímka 7
Štádium IV. Prieskum modelu: Uskutočnenie série experimentov Zhromažďovanie výsledkov
Experiment je skúsenosť, ktorá sa vykonáva s objektom alebo modelom. Spočíva vo vykonaní niektorých akcií na určenie toho, ako experimentálna vzorka reaguje na tieto akcie.
Snímka 8
Etapa V. Analýza výsledkov simulácie
Rozhodujúca fáza: "Pokračovať vo výskume alebo skončiť?" Ak výsledky nezodpovedajú cieľom úlohy, v predchádzajúcich fázach došlo k chybám. Môže ísť o: nesprávne zvolené podstatné vlastnosti objektu; chyby vo vzorcoch; neúspešne zvolené prostredie pre modelovanie, porušenie technologických metód pri zostavovaní modelu. Ak sa zistia chyby, potom je potrebné model opraviť, musíte sa vrátiť do jednej z predchádzajúcich fáz a proces by sa mal opakovať, kým výsledky experimentu nebudú v súlade s cieľmi modelovania.
Zobraziť všetky snímky
KONCEPCIA MODELU
Každý objekt má veľký počet rôzne vlastnosti. Prebieha
konštrukcia modelu vyzdvihuje to hlavné, najpodstatnejšie pre
vykonal výskum vlastností.
Rôzne vedy študujú predmety a procesy z rôznych uhlov a
stavať odlišné typy modelov.
Modelka je istá nový objektčo odráža významné
vlastnosti študovaného objektu, javu alebo procesu.
Ten istý objekt môže mať veľa modelov a rôzne objekty
možno opísať jedným modelom.
Žiadny model nemôže nahradiť samotný objekt. Ale pri oslovovaní konkrétneho
úlohy, keď nás zaujímajú určité vlastnosti študovaného objektu,
model sa ukáže ako užitočný a niekedy aj jediný nástroj
výskumu.
podľa oblasti použitia:
Inštruktážne modely – používané vo vyučovaní;
Skúsené sú zmenšené alebo zväčšené kópie navrhnutých
objekt. Používa sa na výskum a predpovedanie jeho budúcnosti
charakteristiky
Vedecké a technické – sú stvorené na štúdium procesov a javov
Hra - nácvik správania sa objektu v rôznych podmienkach
Imitatívne - odraz reality do tej či onej miery (toto
metóda pokus-omyl)
podľa časového faktora:
Statické - modely popisujúce stav systému v
určitý moment v čase (jednorazový výsek informácií o
tento objekt). Príklady modelov: klasifikácia zvierat, štruktúra
molekuly, zoznam vysadených stromov, správa z prieskumu stavu
zuby v škole a pod.
Dynamické - modely popisujúce procesy zmien a vývoja
systémov (zmeny objektu v čase). Príklady: popis pohybu
telies, vývoj organizmov, proces chemických reakcií. Klasifikácia modelov podľa odvetvia je klasifikácia podľa
odvetvia ľudskej činnosti: matematické, biologické,
chemické, sociálne, ekonomické, historické atď.
formou prezentácie:
Materiálom sú predmetové (fyzikálne) modely. Vždy majú
skutočné stelesnenie. Odrážajú vonkajšie vlastnosti a vnútorné
zariadenie pôvodných predmetov, podstata procesov a javov pôvodného predmetu. Ide o experimentálnu metódu učenia sa o životnom prostredí.
streda. Príklady: detské hračky, ľudská kostra, plyšové zviera, figurína
slnečná sústava, školské príručky, fyzikálne a chemické pokusy
Abstraktné (nehmotné) - nemajú skutočné stelesnenie. ich
informácie sú základ. je to teoretická metóda poznania
životné prostredie. Na základe implementácie sú to:
Následkom toho sa v predstavách človeka formujú myšlienkové modely
myšlienky, závery, niekedy v podobe nejakého obrazu. Toto je model
sprevádza vedomú ľudskú činnosť.
Verbálne – mentálne modely vyjadrené hovorenou formou.
Používa sa na sprostredkovanie myšlienok
Informačné modely – účelovo vybrané informácie o
objekt, ktorý odráža to najpodstatnejšie pre výskumníka
vlastnosti tohto objektu. ETAPY VÝVOJA A VÝSKUMU
MODELY NA POČÍTAČI
Používanie počítača na výskum informačných modelov
rôzne objekty a systémy vám umožňujú študovať ich zmeny v
v závislosti od hodnoty určitých parametrov. Vývojový proces
modely a ich štúdium na počítači možno rozdeliť do niekoľkých
hlavné etapy.
Popisný informačný model. V prvej fáze štúdia
objekt alebo proces je zvyčajne konštruovaný ako popisná informácia
Model. Tento model identifikuje významné z hľadiska cieľov
vykonal výskum, parametre objektu, ale nevýznamné
parametre sú zanedbané.
Formalizovaný model. V druhej fáze, formalizovaná
model, t.j. model popisných informácií je napísaný pomocou
pomocou nejakého formálneho jazyka. V takomto modeli pomocou
vzorce, rovnice alebo nerovnice, formálne vzťahy sú pevné
medzi počiatočnými a konečnými hodnotami vlastností objektu a
na povolené hodnoty týchto vlastností sa vzťahujú obmedzenia. Počítačový model. V tretej fáze, formalizovaná
transformovať informačný model na počítačový model, t.j.
Vyjadrite ho počítačom zrozumiteľným jazykom. Existujú rôzne
spôsoby vytvárania počítačových modelov vrátane:
- vytvorenie počítačového modelu vo forme projektu v niektorom z jazykov
programovanie;
- zostavenie počítačového modelu pomocou tabuliek
alebo iné aplikácie.
Počítačový experiment. Ak existuje počítačový model v
vo forme projektu v niektorom z programovacích jazykov, musí byť spustený
vykonanie, zadajte počiatočné údaje a získajte výsledky.
Ak je v aplikácii skúmaný počítačový model, môžete stavať
tabuľku alebo graf, triediť a vyhľadávať údaje, príp
použiť iné špecializované metódy spracovania údajov.
Analýza získaných výsledkov a korekcia skúmaného modelu.
Piata fáza pozostáva z analýzy získaných výsledkov a úprav
skúmaný model. V prípade nesúladu získaných výsledkov s
výskum informačného modelu, merateľné parametre reálnych
objektov, môžeme konštatovať, že v predchádzajúcich etapách výstavby
v modeli sa vyskytli chyby alebo nepresnosti. TYPY INFORMAČNÝCH MODELOV
Tabuľkové - objekty a ich vlastnosti sú prezentované ako zoznam a ich
hodnoty sú umiestnené v obdĺžnikových bunkách. Prejdite
objekty rovnakého typu sú umiestnené v prvom stĺpci (alebo riadku) a hodnoty
ich vlastnosti sú umiestnené v nasledujúcich stĺpcoch (alebo riadkoch)
Hierarchické - objekty sú rozdelené do úrovní. Každý prvok
prvok vysokej úrovne pozostáva z prvkov nižšej úrovne a prvku nižšej úrovne
úroveň môže byť súčasťou iba jedného prvku vyššej
úrovni
Sieť - používa sa na vyjadrenie systémov, v ktorých sú prepojenia medzi
prvky majú zložitú štruktúru Podľa stupňa formalizácie sú informačné modely obrazové a symbolické.
Obrazové a symbolické modely:
Geometrické (kresba, piktogram, kresba, mapa, plán, objemový
obrázok)
Štrukturálne (tabuľka, graf, diagram, diagram)
Verbálne (popis v prirodzených jazykoch)
Algoritmus (číslovaný zoznam, zoznam krok za krokom, bloková schéma)
Ikonické modely:
Matematické - reprezentované matematickými vzorcami, ktoré sa zobrazujú
odkaz na parameter
Špeciálne - prezentované na špec. jazyky (poznámky, chemické vzorce)
Algoritmické programy ANALÝZA A OPTIMALIZÁCIA
INFORMAČNÝ MODEL
V prípade nesúladu medzi výsledkami získanými počas štúdie
informačného modelu, je možné vytvoriť namerané parametre reálnych objektov
záver, že v predchádzajúcich etapách stavby modelu došlo k chybám, príp
nepresnosti.
Napríklad pri budovaní deskriptívneho kvalitatívneho modelu môže byť
podstatné vlastnosti predmetov boli v procese formalizácie nesprávne vybrané
môžu sa vyskytnúť chyby vo vzorcoch atď. V týchto prípadoch je to nevyhnutné
upravte model a môžete ho vylepšiť
opakovane, kým analýza výsledkov neukáže ich zhodu so študovanými
objekt. začať pracovať. Čas na obsluhu stroja bude trvať približne
toľko, ako za manuálne násobenie daných čísel na papieri.
Uvažovaný príklad ukazuje podstatu ťažkostí, ktoré vznikajú pri aplikácii
Počítač: nízka rýchlosť zadávania počiatočných údajov môže negovať obrovské
rýchlosť výpočtov. Tieto ťažkosti viedli naraz k tomu, že počítač
sa používali najmä na riešenie určitých zložitých vedeckých a technických problémov.
Ekonomické a iné manažérske problémy riešené v ACS sa líšia
veľa veľká kvantita počiatočné údaje. Takže sa snaží použiť
Počítač v režime riešenia jednotlivých problémov aplikovaných na riadenie vedie k
extrémne neefektívne využívanie strojov. Skutočne efektívne
komplexná automatizácia procesov riadenia na všetkých úrovniach ľudí
ekonomika môže byť len vtedy ekonomické mechanizmy a
organizačné formy riadenia (predovšetkým tok dokumentov, ako aj
formy účtovníctva, vecné úroky atď.) sa zosúladili
s novými obrovskými možnosťami, ktoré moderná elektronika
Počítačové inžinierstvo.
