Методы формализации, моделирования и вычислительного эксперимента. Их роль в исследованиях по информатике.
Формализация - исследования, заключающиеся в отвлечении от содержания понятий и положений научной теории с целью исследования ее логической структуры. В математике и логике формализация представляет собой реконструкцию содержательной научной теории в виде формализованного языка.
Идеализация - мыслительная процедура, имеющая своей целью создание абстрактных (т.е. идеальных) объектов, которые в качестве предельных случаев реальных объектов (т.е. в качестве имеющих конечное число свойств объектов) могут служить основанием, т.е. средством для их изучения. Образцами таких абстрактных или идеальных объектов являются, например, "точка" или "прямая линия" в математике, "абсолютно твердое тело" или "абсолютно черное тело" - в физике. Идеализация тесно связана, как видим, с абстрагированием.
Моделирование - исследование объектов познания на их моделях. Построение и изучение моделей реально существующих предметов, процессов или явлений с целью получения объяснений этих явлений, а также для предсказания явлений, интересующих исследователя.
Виды моделирования
В силу многозначности понятия "модель" в науке и технике не существует единой классификации видов моделирования: классификацию можно проводить по характеру моделей, по характеру моделируемых объектов, по сферам приложения моделирования (в технике, физических науках, кибернетике и тд), Например, можно выделить следующие виды моделирования:
-
Математическое моделирование -
Экономико-математическое моделирование -
Математико-картографическое моделирование -
Статистическое моделирование -
Структурное моделирование -
Компьютерное моделирование
Процесс моделирования включает три элемента:
- субъект (исследователь),
- объект исследования,
- модель, определяющую (отражающую) отношения познающего субъекта и познаваемого объекта.
Первый этап построения модели предполагает наличие некоторых знаний об объекте-оригинале. Познавательные возможности модели обусловливаются тем, что модель отображает (воспроизводит, имитирует) какие-либо существенные черты объекта-оригинала.
На втором этапе модель выступает как самостоятельный объект исследования. Одной из форм такого исследования является проведение "модельных" экспериментов, при которых сознательно изменяются условия функционирования модели и систематизируются данные о "поведении". Результат - совокупность знаний о модели.
На третьем этапе осуществляется перенос знаний с модели на оригинал - формирование множества знаний. Одновременно происходит переход с "языка" модели на "язык" оригинала. Процесс переноса знаний проводится по определенным правилам
Четвертый этап - практическая проверка получаемых с помощью моделей знаний и их использование для построения обобщающей теории объекта, его преобразования или управления им.
Моделирование - циклический процесс. Это означает, что за первым четырехэтапным циклом может последовать второй, третий.
Компьютерное моделирование, вычислительный эксперимент
Вычислительный (или компьютерный) эксперимент во многом аналогичен обычному (натурному). Вычислительный эксперимент проводится над егоматематической моделью, и роль экспериментальной установки играет оснащенная специально разработанной программой ЭВМ. Компьютерное моделирование является одним из эффективных методов изучения сложных систем. Аналитическими называются модели реального объекта, использующие алгебраические, и др. уравнения, приводящие к точному решению. Имитационными называются математические модели, воспроизводящие алгоритм функционирования исследуемой системы путем последовательного выполнения большого количества элементарных операций.