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Modelagem em ciência da computação é o quê? Tipos e etapas de modelagem

Neste artigo, propomos discutir detalhadamente o tema da modelagem em informática. Esta seção é de grande importância para o treinamento de futuros especialistas no campo da tecnologia da informação.

Para resolver qualquer problema (industrial ou científico), a ciência da computação usa a seguinte cadeia:

Instalação

O modelo

Algoritmo

O programa

Efeito

Objeto real

Deve prestar especial atenção ao conceito de "modelo". Sem a presença deste link, a solução do problema não será possível. Por que o modelo é usado e o que se entende por este termo? Falaremos sobre isso na próxima seção.

Modelo

A modelagem em informática é a elaboração de uma imagem de qualquer objeto realmente existente que reflete todas as características e propriedades essenciais. O modelo para a solução do problema é necessário, uma vez que, de fato, é usado no processo de solução.

No curso escolar da informática, o tema da modelagem começa a ser estudado na sexta série. No início das crianças é necessário introduzir o conceito do modelo. O que é isso?

  • Simplificação da semelhança do objeto;
  • Cópia reduzida do objeto real;
  • Esquema do fenômeno ou processo;
  • Uma imagem de um fenômeno ou processo;
  • Descrição do fenômeno ou processo;
  • Análise física do objeto;
  • Analogia da informação;
  • Um objeto substituto que reflete as propriedades de um objeto real e assim por diante.

O modelo é um conceito muito amplo, como já se tornou claro a partir do acima. É importante notar que todos os modelos são divididos em grupos:

  • Material;
  • Ideal.

Um modelo de material é entendido como um objeto baseado em um objeto real. Pode ser qualquer corpo ou processo. Este grupo é dividido em mais dois tipos:

  • Física;
  • Analógico.

Essa classificação é condicional, uma vez que é muito difícil estabelecer um limite claro entre essas duas subespécies.

O modelo ideal é ainda mais difícil de caracterizar. Está relacionado a:

  • Pensando;
  • Imaginação;
  • Percepção.

Pode incluir obras de arte (teatro, pintura, literatura e assim por diante).

Objetivos da modelagem

A modelagem em ciência da computação é uma etapa muito importante, pois busca muitos objetivos. Agora sugerimos familiarizá-los.

Em primeiro lugar, a modelagem ajuda a conhecer o mundo que nos rodeia. Desde tempos imemoriais, as pessoas acumularam o conhecimento adquirido e passaram-no para seus descendentes. Assim, havia um modelo do nosso planeta (globo).

Nos séculos passados, foi realizada a modelagem de objetos inexistentes, que agora estão firmemente arraigadas em nossas vidas (guarda-chuva, moinho, etc.). Atualmente, a imagem é destinada a:

  • Identificação das consequências de qualquer processo (aumento do custo de transporte ou eliminação de resíduos químicos sob o solo);
  • Garantir a eficácia das decisões.

Tarefas de modelagem

Mencionamos no artigo o que é modelagem em ciência da computação. Este processo tem algumas tarefas, que discutiremos nesta seção.

Qual é a tarefa na modelagem? Suponhamos que tenhamos um problema, para resolvê-lo, precisamos resolver uma série de problemas. Ou seja, a tarefa é um problema que deve ser tratado. É importante notar que todas as tarefas podem ser divididas em dois grandes grupos.

Tipo de tarefas

Explicação

Direto

Esses problemas nos colocam a seguinte pergunta: "O que acontecerá se escolhermos esta solução a partir de um possível conjunto?". Deve-se notar que o problema direto nos dá dados iniciais, condições específicas.

Para trás

Problemas inversos colocam algumas outras questões antes de nós: "Como maximizar o critério de eficiência? Qual solução do possível satisfaz esta condição?"

Modelo verbal

Quais são os métodos de modelagem? Informática usa apenas dois métodos – informações e matemática. Mas é importante mencionar um tipo mais de modelo – o verbal. Sobre isso, agora falamos um pouco mais.

O modelo verbal refere-se à categoria ideal ou abstrata. Esta descrição com a ajuda de letras, palavras e frases. Esses modelos incluem:

  • O protocolo;
  • Regras da estrada;
  • Informação na literatura educacional;
  • Ficção;
  • Descrição oral ou escrita de qualquer objeto, processo ou fenômeno.

Modelo matemático

Que outros tipos de modelos são estudados em ciência da computação? A modelagem de informações e matemática (algorítmica) geralmente são divididas. Embora, como mencionado anteriormente, os limites entre os modelos verbal, matemático e de informação são muito condicionais.

Em termos simples, o modelo matemático descreve qualquer situação a partir de um ponto de vista matemático. Não percebendo para nós mesmos, nos estamos envolvidos em modelos matemáticos todos os dias. Por exemplo: mamãe envia a criança para pão e leite. Ela sabe o quanto esses produtos custam na loja ao lado da casa. Agora você precisa calcular quanto dinheiro dar à criança. Suponha que o leite custa 75 rublos e 50 kopecks, e pão – 30 rublos 20 kopecks. Toda a compra custará 105 rublos, 70 kopecks (75,5 + 30,2). Este é um exemplo de um modelo matemático.

Modelo de informação

Agora vamos falar sobre mais um tipo de modelos estudados no curso escolar da informática. A modelagem de computadores, que deve ser dominada por todos os futuros especialistas em TI, inclui o processo de implementação do modelo de informação usando ferramentas informáticas. Mas, o que é isso, um modelo de informação?

É uma lista de informações sobre um objeto. O que este modelo descreve, e que informações úteis ele contém:

  • Propriedades do objeto modelado;
  • Sua condição;
  • Comunicação com o mundo exterior;
  • Relações com objetos externos.

O que pode servir de modelo de informação:

  • Descrição verbal;
  • Texto;
  • Desenho;
  • Tabela;
  • Esquema;
  • Desenho;
  • Fórmula e assim por diante.

Uma característica distintiva do modelo de informação é que ele não pode ser tocado, gosto e assim por diante. Não traz uma concretização material, uma vez que é apresentado sob a forma de informação.

Abordagem do sistema para criar um modelo

Em que classe do programa escolar o estudo de modelagem? A classe Informatics 9 apresenta os alunos sobre este assunto com mais detalhes. É nesta classe que a criança aprende sobre a abordagem do sistema de modelagem. Propomos falar sobre isso com mais detalhes.

Vamos começar com o conceito de "sistema". Este é um grupo de elementos inter-relacionados que agem juntos para realizar a tarefa. Para construir um modelo, uma abordagem de sistema é freqüentemente usada, pois o objeto é visto como um sistema que funciona em algum ambiente. Se algum objeto complexo for modelado, o sistema é dividido em partes menores – subsistemas.

Finalidade do uso

Agora vamos considerar os propósitos da modelagem (classe 11 da informática). Anteriormente, foi dito que todos os modelos estão divididos em vários tipos e classes, mas os limites entre eles são arbitrários. Existem vários sinais em que é costume classificar modelos: um objetivo, um campo de conhecimento, um fator de tempo, uma forma de representação.

Quanto aos objetivos, é costume distinguir os seguintes tipos:

  • Treinamento;
  • Experiente;
  • Imitando;
  • Jogo;
  • Científico e técnico.

O primeiro tipo inclui materiais didáticos. Para as segundas cópias reduzidas ou ampliadas de objetos reais (modelo de construção, asa de aeronave e assim por diante). O modelo de simulação permite que você preveja o resultado de um evento. A simulação é freqüentemente usada na medicina e na esfera social. Por exemplo, o modelo ajuda a entender como as pessoas reagirão a esta ou a essa reforma? Antes de fazer uma operação séria para um transplante de pessoa para órgão, muitos experimentos foram realizados. Em outras palavras, o modelo de simulação permite resolver o problema pelo método "teste e erro". O modelo do jogo é um tipo de jogo econômico, comercial ou militar. Usando este modelo, você pode prever o comportamento de um objeto em diferentes situações. O modelo científico e técnico é usado para estudar um processo ou fenômeno (um dispositivo que simula uma descarga relâmpago, um modelo do movimento dos planetas do sistema solar, etc.).

Área de conhecimento

Em que classe de alunos são apresentados com mais detalhes com a modelagem? A informática da 9 ª série se concentra na preparação de seus alunos para exames de admissão em instituições de ensino superior. Uma vez que nos bilhetes EGE e GIA há perguntas sobre modelagem, agora é necessário considerar este tópico com o maior detalhe possível. E assim, como é a classificação de acordo com o campo do conhecimento? De acordo com esse recurso, distinguem-se os seguintes tipos:

  • Biológicos (por exemplo, causados artificialmente em doenças de animais, distúrbios genéticos, neoplasias malignas);
  • Econômico (o modelo do comportamento da empresa, o modelo da formação do preço do mercado, etc.);
  • Histórico (árvore genealógica, modelos de eventos históricos, modelo do exército romano e outros);
  • Sociológico (modelo de interesse pessoal, comportamento dos banqueiros na adaptação a novas condições econômicas), e assim por diante.

Fator de tempo

De acordo com essa característica, existem dois tipos de modelos:

  • Dinâmico;
  • Estático.

Já, a julgar por um nome, não é difícil adivinhar que o primeiro tipo reflete o funcionamento, o desenvolvimento e a mudança de um objeto no tempo. A estática é capaz de descrever o objeto em qualquer momento específico no tempo. Esse tipo às vezes é chamado de estrutural, porque o modelo reflete a estrutura e os parâmetros do objeto, ou seja, fornece uma seção de informações sobre isso.

Exemplos do modelo dinâmico são:

  • Um conjunto de fórmulas que refletem o movimento dos planetas do sistema solar;
  • Gráfico de mudança de temperatura do ar;
  • Uma gravação de vídeo de uma erupção vulcânica e assim por diante.

Exemplos do modelo estatístico são:

  • Lista de planetas do sistema solar;
  • Mapa da localidade e assim por diante.

Método de representação

Para iniciantes é muito importante dizer que todos os modelos têm uma forma e uma forma, eles sempre são feitos de alguma coisa, de alguma forma representada ou descrita. De acordo com essa característica, é costume classificar os modelos dessa maneira:

  • Material;
  • Intangível.

O primeiro tipo inclui cópias materiais de objetos existentes. Eles podem ser tocados, cheirados e assim por diante. Eles refletem as propriedades externas ou internas, as ações de um objeto. Por que precisamos de modelos de material? Eles são usados para o método experimental de cognição (o método experimental).

Nós já aplicamos modelos não materiais anteriormente. Eles usam o método teórico da cognição. Tais modelos são geralmente chamados de "ideal" ou "abstrato". Esta categoria é dividida em várias subespécies: modelos imaginários e informações.

Os modelos de informações fornecem uma lista de várias informações sobre o objeto. Como um modelo de informação, tabelas, figuras, descrições verbais, diagramas e assim por diante podem agir. Por que esse modelo é chamado de imaterial? A coisa é que não pode ser tocada, uma vez que não possui uma concretização material. Entre os modelos de informação distinguem o sinal e o visual.

Um modelo imaginário é um dos estágios da modelagem. Este é um processo criativo que ocorre na imaginação de uma pessoa que precede a criação de um objeto material.

Etapas de modelagem

O tópico sobre ciência da informática da 9ª série "Modelagem e formalização" é muito pesado. É obrigatório estudar. Na turma 9-11, o professor é obrigado a familiarizar os alunos com os estágios de criação de modelos. Isso agora e vamos. Assim, são distinguidas as seguintes etapas de modelagem:

  • Uma declaração significativa do problema;
  • Formulação matemática do problema;
  • Desenvolvimento com o uso de computadores;
  • Operação do modelo;
  • Obtendo o resultado.

É importante notar que, ao estudar tudo o que nos rodeia, são utilizados os processos de modelagem, formalização. A informática é um assunto dedicado aos métodos modernos de estudo e resolução de problemas. Conseqüentemente, a ênfase é em modelos que podem ser implementados com a ajuda de um computador. Uma atenção especial neste tópico deve ser dada ao desenvolvimento de um algoritmo para resolver soluções usando computadores eletrônicos.

Relações entre objetos

Agora vamos falar um pouco sobre os links entre objetos. Existem três tipos:

  • Um a um (esta conexão é denotada por uma seta de sentido único em uma ou outra direção);
  • Um para muitos (vários links são denotados por uma seta dupla);
  • Muitos para muitos (tal conexão é indicada por uma seta dupla).

É importante notar que os links podem ser condicionais e incondicionais. A comunicação incondicional envolve o uso de cada instância do objeto. E apenas certos elementos estão envolvidos no condicional.