Презентация на тему "Этапы компьютерного моделирования"

Содержание

• 
  Слайд 1

  Этапы компьютерного моделирования

  • Автор – Богачёва Г.В.,
  • Учитель информатики
  • 144 лицей Санкт-Петербурга
  • Презентация по теме «Моделирование»
  • к учебнику Н.В. Макаровой, 9 класс
• 
  Слайд 2

  Постановка задачи

  • Описание задачи
  • Цель моделирования
  • Анализ объекта
• 
  Слайд 3

  Описание задачи

  • Задача формулируется на обычном языке;
  • Если завтра утром группа выйдет из туристического лагеря в 10 часов утра, ребята успеют на 12-часовую электричку?
  • Определяется объект моделирования;
  • Представляется конечный результат.
  • По характеру постановки задачи можно разделить на две основные группы:
  • «Что будет, если?» (исследовать изменение характеристик объекта при воздействии на него)
  • Как изменится скорость автомобиля через 6 сек, если он движется прямолинейно и равноускоренно с начальной скоростью 3 м/с и ускорением 0,5 м/с2?
  • «Как сделать, чтобы?» (какое произвести воздействие, чтобы параметры объекта удовлетворяли заданному условию?)
  • Какого объёма должен быть воздушный шар, наполненный газом гелием, чтобы он мог подняться с грузом 100 кг?
• 
  Слайд 4

  Определение целей моделирования

  • Цели определяются в соответствии с поставленной задачей;
  • Поставленные цели оказывают направляющее влияние на весь процесс моделирования.
• 
  Слайд 5
  

  • Например, рассмотрим модель самолета:
  • для кассира по продажам авиабилетов существенными признаками будут расположение рядов кресел, количество кресел в ряду, стоимость билета для каждого места, наличие свободных мест;
  • для авиадиспетчера существенные признаки – скорость и высота самолета, направление и вид движения, взаиморасположение с другими самолетами, находящимися в контролируемом районе;
  • для технолога цеха, где происходит сборка самолета существенные признаки – наименование и количество деталей, порядок и способ их соединения, необходимое оборудование для обеспечения заданной надежности соединений, и прочее.
• 
  Слайд 6

  Анализ объекта

  Чётко выделяются моделируемый объект и его основные свойства. Результат анализа объекта появляется в процессе выявления его составляющих (элементарных объектов) и определения связей между ними.

• 
  Слайд 7
  

  • Хорошо поставленная задача:
  • описаны все связи между исходными данными и результатом
  • известны все исходные данные
  • решение существует
  • задача имеет единственное решение
  • Примеры плохо поставленных задач:
  • Винни Пух и Пятачок построили ловушку для слонопотама. Удастся ли его поймать?
  • Малыш и Карлсон решили по–братски разделить два орешка – большой и маленький. Как это сделать?
  • Найти максимальное значение функции y = x2(нет решений).
  • Найти функцию, которая проходит через точки (0,1) и (1,0) (неединственное решение).
• 
  Слайд 8

  Разработка модели

  • Информационная модель
  • Знаковая модель
  • Компьютерная модель
• 
  Слайд 9

  Разработка информационной модели

  • Выделяются объекты моделирования и дается их развернутое содержательное описание (природа объектов, их зависимости, связи, свойства, характеристики);
  • Учитываются только существенные свойства в зависимости от выбранной цели;
• 
  Слайд 10
  

  • Задача «Движение автомобиля»
  • Что моделируется?
  • - Процесс движения объекта «автомобиль»
  • Вид движения
  • - Равноускоренное
  • Что известно о движении?
  • - Начальная скорость (v0), ускорение (а), максимальная развиваемая автомобилем скорость (vmax)
  • Что надо найти?
  • - Скорость (vj) в заданные моменты времени (ti)
  • Как задаются моменты времени?
  • - От нуля через равные интервалы (t2-t1)
  • Это ограничивает расчеты?
  • - vi < vmax
  • Такие характеристики объекта, как цвет, тип кузова, год выпуска и общий пробег, степень изношенности шин и многие другие, в данной постановке учитывать не будем.
• 
  Слайд 11
  

  • В результате выстраивается описательная информационная модель, т.е. вербальная;
  • Формализация модели. Переход от описательной модели к конкретному математическому наполнению. Указывается перечень параметров, которые влияют на поведение объекта – исходные данные, и которые желательно получить – результат. Формализуются зависимости между выделенными параметрами, накладываются ограничения на их допустимые значения. Результат – математическая модель.
• 
  Слайд 12
  

  Движение автомобиля. Информационная модель

• 
  Слайд 13
  

  Математическая модель к задаче «Движение автомобиля»

• 
  Слайд 14

  Разработка компьютерной модели

  • Формализованная модель преобразуется в компьютерную с помощью множества программных комплексов и сред (графические среды, текстовые редакторы, среды программирования, электронные таблицы и пр.);
  • От выбора программной среды зависит алгоритм построения компьютерной модели и форма его представления.
• 
  Слайд 15

  Компьютерный эксперимент

  • План моделирования – должен чётко отражать последовательность работы с моделью
  • Технология моделирования
• 
  Слайд 16

  План моделирования

  • Так как модель может содержать ошибки, то первым пунктом в плане моделирования всегда разработка теста, а затем – тестирование модели. В программировании это трансляция и отладка программы;
  • Можно использовать тестовый набор исходных данных, для которых конечный результат заранее известен;
• 
  Слайд 17
  

  • Тестирование - это проверка модели на простых исходных данных с известным результатом.
  • Примеры:
  • устройство для сложения многозначных чисел – проверка на однозначных числах
  • модель движения корабля – если руль стоит ровно, курс не должен меняться; если руль повернуть влево, корабль должен идти вправо
  • модель накопления денег в банке – при ставке 0% сумма не должна изменяться.
• 
  Слайд 18

  Технология моделирования

  • Исследование заключается в проведении серии экспериментов, удовлетворяющих целям моделирования.
  • Эксперимент – это опыт, который производится с объектом или моделью.
  • Он заключается в выполнении некоторых действий, чтобы определить, как реагирует экспериментальный образец на эти действия.
  • Эксперимент сопровождается осмыслением итогов. Это служит основой для анализа результатов принятия решений.
• 
  Слайд 19
  

  • Примеры:
  • устройство для сложения чисел – работа с многозначными числами
  • модель движения корабля – исследование в условиях морского волнения
  • модель накопления денег в банке – расчеты при ненулевой ставке
• 
  Слайд 20

  Анализ результатов моделирования

  • Нужно ответить на вопрос: «Продолжать исследование, либо заканчивать?»
  • Если результаты не соответствуют целям поставленной задачи, значит на предыдущих этапах были допущены ошибки (неправильно отобранные свойства объекта, ошибки в формулах на этапе формализации, неудачный метод или среда моделирования, нарушение технологических приемов при построении модели).
  • Если ошибки выявлены, то требуется корректировка модели, т.е. возврат к одному из предыдущих этапов. Процесс повторяется до тех пор, пока результаты эксперимента не будут отвечать целям моделирования.
• 
  Слайд 21

  Источники

  Макарова Н.В. Информатика 9 – Санкт-Петербург: Питер, 2007.

  Макарова Н.В. Информатика 7-9 Задачник по моделированию – Санкт-Петербург: Питер, 2007.

  Шелепаева А.Х. Поурочные разработки по информатике. – М.:ВАКО, 2007

  Филиппова Е.В. Этапы компьютерного моделирования,