Модели по способу воплощения

Лекция 3 Воплощение моделей Способы воплощения моделей

Лекция 3. Воплощение моделей

Способы воплощения моделей

На предыдущей лекции мы рассмотрели понятие модель и выяснили., что модели играют важную роль в деятельности человека, а на создание модели влияет цель, для которой она создается. То есть модель является отображением какого-либо исследуемого объекта. Сегодня мы рассмотри на чем осуществляется такое отображение, то есть из чего строятся модели.

Так как мы рассматриваем модели, созданные непосредственно человеком, то в его распоряжении есть два типа материалов для построения моделей – средства самого сознания и средства окружающего материального мира. Соответственно этому, модели делятся на абстрактные (идеальные) и материальные (реальные, то есть вещественные).

Абстрактные модели и роль языков

Абстрактные модели являются идеальными конструкциями, построенными средствами мышления. Очевидно, что к абстрактным моделям относят языковые конструкции, то есть модели построенные средствами естественного языка. На естественном языке мы можем говорить обо всем, поэтому он является универсальным средством построения любых абстрактных моделей. Но неоднозначность и расплывчатость естественного языка может мешать в некоторых видах деятельности. В этом случае создаются и используются более точные профессиональные языки (программирование).

Материальные модели и виды подобия

Чтобы некоторая материальная конструкция могла быть отображением, то есть замещала бы в каком-то отношении оригинал, между оригиналом и моделью должно быть установлено отношение похожести (подобия).

Существующие виды подобия:

Прямое подобие – устанавливается в результате физического взаимодействия в процессе создания моделей (фотография, масштабируемые модели самолетов, кораблей, а также куклы, макеты зданий и т.п.). Прямое подобие может быть иногда отдаленным сходством, но только при прямом подобии возможна взаимозаменяемость модели и оригинала (копии картин, голографические изображения предметов). Но как бы хороша ни была модель, она лишь заменитель оригинала. Даже тогда, когда модель сделана из того же материала, что и оригинал, возникают проблемы переноса результатов моделирования на оригинал . Например, при испытании масштабируемой копии корабля не всегда возможно восстановить все условия реально плавания.

Косвенное подобие – устанавливается не в результате физического взаимодействия модели и объекта, а объективно существует в природе. Обнаруживается в виде совпадения или достаточной близости их абстрактных моделей. После этого используется в практике реального моделирования. Например, часы – аналог времени, подопытные животные у медиков – аналог человеческого организма, автопилот – аналог летчика. Цель моделирования диктует какие стороны оригинала должны быть отражены в модели. Различным целям соответствуют различные модели одного и того же объекта.

Условное подобие – особый класс реальных моделей, этот класс образуют модели, подобие которых оригиналу не является ни прямым, ни косвенным, а устанавливается в результате соглашения (деньги – модель стоимости, паспорт – модель личности, карты – модель местности).

С моделями условного типа человеку приходится иметь дело достаточно часто, так как они являются способом материального, вещественного воплощения абстрактных моделей.

К условным моделям относят знаковые модели, которые подразделяются на два вида:

Модели уловного подобия, применяющиеся в технических устройствах без участия человека – это сигналы (радиотехника).

Модели условного подобия, применяющиеся в науках, которые изучают создание и использование этих моделей самим человеком. В результате этого изучения возникла новая область знаний, называемая семиотика (от греч. знак) . Семиотика изучает знаки не в отдельности, а как части, входящие в единую знаковую систему, в которой выделено три основные группы отношений:

Синтаксис (греч. построение, порядок) – отношение между различными знаками, позволяющее отличать их и строить из них знаковые конструкции все более высокой сложности.

Семантика (греч. обозначение) – отношение между знаками и тем, что они обозначают, то есть, ложен ли изначально смысл знаков.

Прагматика (греч. действие) – отношение между знаками и теми, кто использует их в своей деятельности, то есть понятный, воспринимаемый смысл знаков. Модель условного подобия должна строиться с учетом особенностей человека, который является ее потребителем.

Вывод: модели значительно облегчают понимание системы, позволяют проводить исследование в абстрактном плане, прогнозировать поведение реальной системы. Основное преимущество и назначение модели заключается в том, что в ней сконцентрированы важные факторы реальной системы, которая подлежит изучению в конкретном исследовании.

Условия реализации свойств модели

Для того чтобы модель отвечала своему назначению необходимо, чтобы существовали условия, обеспечивающие ее функционирование. Отсутствие (или недостаточность) таких условий лишает модель ее модельных свойств.

Например: бумажные денежные знаки могут играть роль модели стоимости до тех пор, пока в среде их обращения существуют правовые нормы и финансовые учреждения, поддерживающие функционирование именно этого типа денежных знаков.

Для реализации своих модельных функции необходимо, чтобы модель была согласована с культурной средой, в которой ей предстоит функционировать. А также входила в эту среду как ее естественная часть.

Важным аспектом такой согласованности является обеспеченность функционирования модели ресурсами. Рассмотрение этого аспекта дает возможность четкого различения между теми системами, которые можно назвать большими и теми, которые можно назвать сложными.

Особый аспект необходимости согласованности модели со средой состоит в обеспечении операционности модели, то есть ее работы, реализации самого процесса моделирования. Это означает, что в модели должны быть предусмотрены не только «стыковочные узлы» (интерфейсы) со средой, но и в самой среде должны быть реализованы подсистемы, другие модели и алгоритмы, обеспечивающие функционирование моделей: то есть не только модель должна приспосабливаться к среде, но и среда к модели.

Типы моделей систем

В зависимости от поставленной задачи, способа создания модели и предметной области различают следующие типы моделей:

1) Модель поведения «черный ящик»

В этой модели задаются, фиксируются и перечисляются только входные и выходные связи модели со средой.

Это простая модель отражает два основных свойства системы:

Обособленность от окружающей среды

Любая система связана со средой и с помощью этих связей воздействует на среду.

Выходы системы – это есть цели, которые хотелось бы достигнуть. Система является средством достижения цели, то есть существуют способы воздействия на нее. Это такие связи со средой, которые направлены извне – в систему. Пример: телевизор (входы – шнур электропитания, антенна; выходы – экран и колонки).

Но построение модели «черный ящик» не является простой, тривиальной задачей, так как достаточно сложно выявить, сколько и какие именно входы и выходы следует включать в модель. На это влияют определенные факты.

Множественность входов и выходов модели «черный ящик»

Главной причиной множества входов и выходов модели «черный ящик»

является то, что окружающая среда множеством разных способов взаимодействует с реальной системой и наоборот.

При построении модели из бесчисленного количества всех множеств и связей отбирается их конечное число для изучения на входе и выходе системы. Критерием такого отбора является целевое назначение модели. То, что существенно, важно включается в модель, то, что несущественно исключается. Особое значение этот момент имеет при задании цели системы, то есть при определении ее выходов. Это приводит к описанию существующей системы по результатам ее обследований.

Очевидно, что с помощью модели «черный ящик» не возможно решить вопросы, касающиеся внутреннего устройства системы. Для этого необходимы более сложные, более детальные модели. Такой моделью является модель состава.

2) Модель состава

Эта модель представляет собой перечень всех элементов, входящих в систему и имеющих большое значение для существования системы. Пример: системный блок.

При рассмотрении любой системы прежде всего обнаруживается то, что ее целостность и обособленность рассматривается как внешнее свойство. Внутренность данной системы оказывается неоднородной, это позволяет лучше изучить ее части.

Части системы, которые мы рассматриваем как неделимые называются элементами . Части, состоящие из одного и более элементов, называются подсистемами .

То есть мы, опять, рассматриваем модель, как систему, у которой есть входные и выходные связи, но в отличии от модели «черный ящик», в которой состав системы нам не известен, в модели состава мы можем изучить части системы, а также элементы, из

Сложность построение модели состава:

Главная трудность заключается в том, что разделение целостной системы на части является относительным, условным и зависящим от цели моделирования. То, что с одной точки зрения является элементом, с другой – оказывается подсистемой, которая подлежит дальнейшему разделению. Также, например предприятие, с точки зрения, директора, бухгалтера или пожарной охраны, будет состоять из разных подсистем.

Но для некоторых моделей недостаточно понять входные и выходные связи, а также определить состав системы, важно отобразить взаимосвязь этих элементов, то есть их отношения.

3) Модель отношений

Эта модель включает в себя перечень соединений между основными компонентами системы, влияющими на жизнедеятельность данной системы. Из всех отношений важными являются лишь некоторые. В модель системы включено только конечное число связей.

Сложность построение модели отношений:

Отношения между элементами могут быть самыми разнообразными, поэтому трудность состоит в том, что мы знаем не все реально существующие отношения и вообще не известно является ли конечным их число.

Рассмотрим типы моделей на примере системы электронной почты:

В данной системе модель состава можно трактовать, как перечень всех технических устройств, отвечающих за передачу электронной почты.

Модель отношений в этой системе представляет перечень соединений между устройствами и факторов, влияющих на передачу информации в соединениях.

Вывод: разработанная модель свидетельствует, что работоспособность электронной почты зависит от метода кодирования и декодирования, от точности модуляции и демодуляции, а также от типа канала транспортировки информации.

Источник

Классификация моделей по способам воплощения.

Т.к. мы рассматриваем модели, сознательно создаваемые человеком, в его распоряжении имеются две составляющие – средства создания моделей и средства окружающего мира. Следовательно, модели делятся на абстрактные (идеальные) и материальные (реальные, вещественные).

· Абстрактные модели и роль языков.

Абстрактные модели являются идеальными конструкциями, построенными средствами человеческого сознания. К абстрактным моделям, прежде всего, относятся языки.

Языки делятся на естественные и искусственные (профессиональные). Естественный язык является универсальным средством построения любых абстрактных моделей. Эта универсальность обеспечивается возможностью ввода в язык новых слов и возможностью иерархического построения всё более сложных языковых моделей. Универсальность естественного языка обеспечивается ещё и тем, что языковые модели обладают неоднозначностью (одному слову могут соответствовать разные понятия). На практике человек преодолевает неоднозначность естественного языка пониманием или интерпретацией. Неоднозначность естественного языка является недостатком для некоторых приложений. Дифференциация наук объективно потребовала создания профессиональных языков, которые более чётки и точны, нежели естественные.

· Материальные модели и виды подобия.

Чтобы некоторая материальная конструкция была отображением, т.е. замещала в некотором отношении оригинал, между оригиналом и объектом должно быть установлено отношение подобия.

Существуют различные способы установления подобия. Прежде всего, это подобие, установленное в результате физического взаимодействия. Такое подобие называется прямым. Примерами прямого подобия могут служить фотографии, куклы, модели зданий…

Второй тип подобия – косвенное. Устанавливается не в результате физического взаимодействия, а объективно существует в природе. Например, электромеханическая аналогия, которая основана на том, что некоторые закономерности электрических и механических процессов, описываются одинаковыми уравнениями. Различие состоит лишь в различной физической интерпретации элементов уравнений.

Третий тип подобия – условное. Устанавливается в результате соглашения. Например, деньги – условная модель стоимости, удостоверение личности – модель владельца. Соглашение об условном подобии принимает вид совокупности правил построения и правил пользования моделями.

Знаковые модели и сигналы.

Теория связи, теория информации, радиотехника имеют дело со специальными моделями условного подобия, которые применяются в технических устройствах без участия человека. Эти модели получили название сигналов. Для таких моделей разработаны правила построения и использования сигналов, которые называются кодом. Существует теория кодирования.

С других позиций рассматриваются модели условного подобия в науках, изучающих создание и использование моделей самим человеком. Такие модели получили название знаки. Возникшая в связи с этим теория построения и использования знаков получила название семиотика. Эта теория изучает знаки не в отдельности, а как входящие в состав более сложных образований – слов. Имеются три правила отношения между знаками. Синтаксис – отношения между различными знаками — позволяет строить сложные знаковые конструкции. Семантика – отношения между знаками и их обозначениями – изучение смысла знаков. Прагматика – отношения между знаками и их пользователями.

Условное подобие не требует фактического сходства, но оно должно строиться с учётом человека, как потребителя этих моделей.

Системы. Модели систем.

Центральной концепцией теории систем и системного анализа является понятие системы. Поэтому понятие системы долго развивалось до различной степени формализации.

Первое определение системы.Система – средство достижения цели. В соответствии с этим определением, работа по созданию системы сводится к целенаправленной деятельности по отбору из окружающей среды объектов, свойства которых можно использовать для достижения целей и на объединение их надлежащим образом. Примеры систем-целей: часы – указание времени; транспорт – перемещение большой массы людей.

Модель «Чёрного ящика».

В определении системы как средства достижения цели сделан упор на назначение системы, а об устройстве говорится лишь косвенно. Для более определённой и точной характеристики конструкции системы следует развивать модель системы. Одной из общих моделей систем является модель чёрного ящика. В определении модели ничего не говорится о внутреннем устройстве системы. Поэтому систему можно изобразить в виде непрозрачного чёрного ящика, выделенного из окружающей среды.

Уже эта простая модель отображает 2 основных свойства системы – целостность и обособленность. Система не изолирована от окружающей среды. Система связана со средой и воздействует на среду, т.е. имеются входы из окружающей среды. С их помощью система настраивается на достижение цели. Имеются также выходы, с помощью которых система изменяет окружающую среду и достигает, таким образом, цели. Эту модель очень часто используют на практике. Здесь задаются входные и выходные связи взаимодействия со средой. В моделях черного ящика словесно задаются списки входных и выходных воздействий. В других случаях – количественно. Простота моделей чёрного ящика очень обманчива. Построение модели чёрного ящика не является тривиальной задачей, т.к. на вопрос о том, сколько и какие именно входы и выходы следует включать в модель, ответ не прост и не всегда однозначен. В ряде случаев модель чёрного ящика оказывается единственной приемлемой. Например, при исследовании влияния лекарств на организм человека, мы лишены возможности вмешаться в систему изнутри, и можем задавать лишь только входы, как то дозы лекарств, время приёма и т.д. и наблюдать за выходами. Другая причина применения чёрного ящика – действительное отсутствие сведений об устройстве системы.

Модель состава системы.

Модель состава системы предназначена для описания внутреннего состояния системы. Внутренности черного ящика оказывается неоднородны, что позволяет различать составные части системы. Некоторые из этих частей могут быть разбиты на более мелкие элементы. Часть системы, состоящая более чем из одного элемента, называется подсистемой.

Построение модели состава системы не является простым делом. Если разным экспертам предложить разобрать состав одной системы, их результаты будут сколько-нибудь различаться. Причин такого явления несколько. Во-первых, понятие элемента можно определить по разному. То, что с одной точки зрения будет элементом, с другой точки зрения будет являться подсистемой. Во-вторых, модель состава является целевой и для различных целей один и тот же объект требуется разбивать на различные части. Наконец, всякое разделение целого на части является относительным. Границы между подсистемами условны и относительны. Такая же относительность характерна для границ между системой и окружающей средой.

Модель структуры системы.

С помощью модели состава системы нельзя решить все вопросы. Необходимо правильно соединить все элементы между собой, т.е. задать определённые связи между ними. Эти связи называются отношениями. Совокупность всех достаточных и необходимых отношений между элементами называется структурой.

После подобного рассмотрения появляется второе определение системы. Система – совокупность взаимосвязанных элементов, обособленная от среды и взаимодействующая с ней как целое. Это определение можно отнести ко всем типам моделей, которые образуют ещё одну модель – структурную схему системы. В ней указываются все элементы системы, все связи между элементами внутри системы и все связи определённых элементов с окружающей средой.

АС – автоматизированные системы

ВМ – вычислительная машина

ВС – вычислительные системы

ВТ – вычислительная техника

ИС – интегральные схемы

ИТ – информационные технологии

ЗУ – запоминающее устройство

ПК – персональные компьютеры

ПО – программное обеспечение

СА – системный анализ

СУ – системы управления

УУ – устройство управления

ЭБ – элементная база

АВМ – аналоговые вычислительные машины

ВВС – высокопроизводительные вычислительные системы

ГВС – глобальная вычислительная сеть

ЛВС – локальная вычислительная сеть

МВС — многопроцессорные вычислительные системы

НТП – научно-технический прогресс

ЦВМ – цифровые вычислительные машины

ЭВМ – электронные вычислительные машины

ЯВУ — языки программирования высокого уровня

ВМВС – высокопроизводительные многопроцессорные вычислительные системы

МКОД — множественный поток команд, одиночный поток данных

ОКМД — одиночный поток команд и множественный поток данных

ПЛИС – программно-логические интегральные схемы

САПР – средства автоматизированного проектирования

Источник