Ви дізнаєтесь:

• з яких етапів складається процес створення інформаційної моделі;
• для чого використовується комп’ютерне моделювання.

1. З яких етапів складається процес створення інформаційної моделі?

Чітких правил створення моделі не існує. Однак завжди потрібно розпочинати з постановки задачі.

Спочатку задача формулюється звичайною мовою — здійснюється її опис. На цьому етапі важливо визначити мету створення моделі та предметну галузь дослідження, детально описати об’єкт моделювання

та його властивості, з’ясувати, які з них є суттєвими для даної задачі, взаємозв’язки між значеннями вибраних властивостей, між даним об’єктом й іншими об’єктами предметної галузі, які є суттєвими для задачі, та визначити очікуваний результат (мал. 18.1).

На етапі створення інформаційної моделі спочатку проводиться формалізація — етап переходу від словесного опису зв’язків між об’єктами та їхніми властивостями до побудови інформаційних моделей за допомогою деякої формальної мови кодування (мова схем, мова математики тощо).

Як правило, у результаті формалізації модель подається в знаковій формі: математична формула, схема, графік, таблиця, карта місцевості, креслення, електрична схема тощо.

Формалізація — процес створення інформаційної моделі за допомогою формальних мов, за якого здійснюється перехід від словесного опису зв’язків між виділеними властивостями об’єкта до опису, що використовує деяку мову кодування (мова схем, мова математики тощо).

Якщо між величинами, які характеризують об’єкт або процес, установлено співвідношення у вигляді математичних формул, то говорять про створену математичну модель.

За допомогою математичних моделей описуються розв’язки різних логічних задач, фізичних процесів. Наприклад, модель рівномірного прямолінійного руху описується рівнянням: х = х₀ + v • £. Оскільки знакова форма подання моделі доступна для опрацювання за допомогою комп’ютера, то можна створювати комп’ютерну модель, тобто інформаційну модель, реалізовану за допомогою комп’ютерних програм.

2. Для чого використовується комп’ютерне моделювання?

Моделі, що досліджуються за допомогою комп’ютера, можуть описувати досить різноманітні об’єкти, такі як мости, архітектурні споруди, літаки тощо, а також імітувати їх функціонування, протікання різноманітних процесів, пов’язаних із ними. Дослідження таких моделей дає змогу вивчити властивості багатьох об’єктів без безпосереднього доступу до них. Це допомагає суттєво зменшити матеріальні та часові витрати для вивчення властивостей ще не споруджених будинків, мостів, літаків, двигунів тощо.

Крім виконання числових розрахунків, комп’ютерне моделювання дає змогу відтворити явища, які в реальних земних умовах людині відтворити не під силу. Це, наприклад, рух материків, дія землетрусів, народження нової зірки, зміна напрямків морських підводних течій тощо. При вивченні цих явищ на допомогу приходять спеціальні

комп’ютерні програми, які складаються кваліфікованими програмістами разом із фахівцями: фізиками, географами, біологами тощо.

Комп’ютерне моделювання надає також унікальні переваги для опису й розрахунку небезпечних експериментів, які не бажано виконувати в реальному житті. Це, наприклад, моделі ядерного вибуху, пожежі на підприємстві, військових дій, зіткнення автомобілів чи поїздів тощо. За допомогою комп’ютерних моделей можна досить точно отримати деталі цих катастрофічних процесів.

Існують різні комп’ютерні програми для створення, опрацювання та дослідження інформаційних моделей. Одну й ту само задачу можна розв’язати, скориставшись різними програмами. Обране програмне середовище дає змогу за певним алгоритмом створювати інформаційну модель. Добір потрібних програм для створення інформаційної моделі залежить від мети її створення, знань й умінь дослідника чи дослідниці, призначення обраного комп’ютерного середовища.

Вправа 1. Економія.

Завдання. Звичайна лампа розжарювання споживає 100 Вт/год. електроенергії, а енергозберігальна — 20 Вт/год. Побудуйте математичну модель та реалізуйте її засобами табличного процесора й мови програмування для визначення економії домашнього бюджету за умов, що лампа горить 7 год на добу й вартість 1 Вт становить V грн.

1. Опишемо інформаційну модель.

Мета: визначити різницю вартості електроенергії двох споживачів. Предметна галузь: тарифи.

Суттєві властивості: обсяг споживання, час використання, вартість. Формалізація: використаємо такі величини: Н — обсяг споживання звичайної лампи; L — обсяг споживання енергоефективної лампи; Т — час використання; V — вартість електроенергії.

2. Побудуємо математичну модель для визначення економії R\ R={H-L)*T*V.

3. Реалізуйте модель засобами табличного процесора, враховуючи переведення коштів у гривні (мал. 18.2).

4. Збережіть файл з іменем ЕкономіяТаблиця в папці Моделі своєї структури папок.

5. Реалізуйте модель мовою програмування Python у середовищі Thonny.

6. Збережіть файл з іменем Економія Програма в папці Моделі своєї структури папок.

7. Порівняйте обидва результати. Зробіть висновок.

1. Чи існує універсальний алгоритм створення інформаційних моделей? Відповідь поясніть.

2. З яких етапів складається процес створення інформаційної моделі? Чи можна змінювати послідовність етапів створення інформаційної моделі?

3. Від чого залежить вибір форми подання інформаційної моделі? Наведіть конкретні приклади.

4. Чи можна створити одну й ту само модель за допомогою різних комп’ютерних програм?

5. Що таке формалізація моделі? Чому цей етап створення інформаційної моделі важливий?

6. Наведіть приклади задач, розв’язування яких неможливе без комп’ютерного моделювання. Обговоріть у парі.

7. Пограйте у гру «Модель — середовище створення». Хтось називає об’єкт моделі, хтось — програмне середовище для створення моделі. Перший учасник або учасниця має висловити припущення, чому вказано саме це програмне середовище. Після обговорення поміняйтесь у парі ролями.

8. У комп’ютерній моделі калькулятора місць у літаку за посиланням

https://cutt.ly/4yPaY6R

побудуйте за допомогою блоків модель формули обчислення кількості місць, яка враховує кількість визначених рядів (мал. 18.3). Обговоріть отриманий результат.

9. Дію закону Архімеда проілюстровано на графічній моделі (мал. 18.4).

Пригадайте з уроків фізики, як обчислюють значення F_A або скористайтесь довідниками. Побудуйте відповідну математичну модель. Обговоріть, що краще використати для реалізації математичної моделі на комп’ютері. Створіть модель та порівняйте її з моделлю сусідів справа.

10. Відомо, що важіль перебуває в рівновазі, якщо добуток сили на плече обабіч опори однаковий: F*l=F*l_r Побудуйте математичну модель визначення місця розташування опори гойдалки, щоб вона перебувала в рівновазі за умов відомих F_v F₂ та загальної довжини дошки для гойдання А. Обговоріть складені моделі в парі. Порівняйте, чи можна побудувати різні моделі. Реалізуйте модель на комп’ютері у вибраній самостійно програмі.

11. Відновіть порядок дій в алгоритмі побудови інформаційної моделі у вправі за посиланням

https://learningapps.org/view8778963

.

12. Для шкільної урочистої лінійки ви плануєте обгородити шкільний майданчик кольоровими прапорцями. Створіть математичну модель розв’язування цієї задачі. Реалізуйте її у вибраному комп’ютерному середовищі.

13. За день машина проїжджає п кілометрів. Скільки днів потрібно, щоб проїхати маршрут т кілометрів? Створіть математичну комп’ютерну модель розв’язування цієї задачі.

14. Банк залучає від вкладників кошти під 14,5 % річних та віддає їх як кредити позичальникам під 1,75 % на місяць. Різниця між цими коштами — прибуток банку. Складіть математичну модель такої діяльності банку та реалізуйте її у вибраній самостійно програмі.

15. У вашого двоюрідного брата скоро день народження — йому виповниться 7 років. Його батьки звернулися до вас по допомогу у створенні кошторису для проведення дитячого свята. Брат хотів би запросити 11 друзів. Пригощати гостей заплановано вдома двома видами тістечок, соком і морозивом, які можна придбати в одному із супермаркетів. Кімнату можна прикрасити повітряними кульками власними силами або замовити оформлення в агенції «Веселий клоун», про яку батьки багато чули та хотіли б отримати її контактні дані, щоб запросити клоуна для проведення свята. Побудуйте математичну модель розрахунку кошторису свята, який би був найбільш економним для сімейного бюджету. Реалізуйте модель у табличному процесорі або середовищі програмування.

16. Взуттєва фабрика планує випуск нового чоловічого взуття. Дірки для шнурівки будуть розташовані у два ряди, відстань між рядами а, а відстань між дірками в ряді — Ь. кількість дірок у кожному ряду п. Дизайнери розробили спеціальний спосіб шнурування (мал. 18.5). Крім цього передбачено, що довжина вільного кінця шнурівки становитиме І. Яка має бути довжина шнурівки?

Мал. 18.5

Розгляньте схему, установіть потрібні зв’язки між її елементами та складіть коротке повідомлення.

Узагальнюємо

Корисні посилання

 

 

Це матеріал з підручника Інформатика 7 клас Морзе