Информационные модели

Понятие модели. Классификация моделей

Под моделью (лат. Модуль – аналог, образец) понимают некоторый материальный или мысленно представляемый объект или явление, используемые вместо другого объекта (оригинала)

Модели могут быть разделены на два больших класса: материальные и информационные.

Информационная модель – это совокупность информации, описывающая наиболее существенные свойства, состояния объекта, процесса, явления, представления в знаковой, образной и вербальной формах.

Знаковые информационные модели строятся с использованием знаковых систем. Знаковая информационная модель может быть в форме текста (например, программа на языке программирования), формулы (например, формула второго закона Ньютона), таблицы (например, периодическая система элементов Менделеева), нот и т.д.

Образные модели представляют собой зрительные образы объектов, зафиксированные на каком-либо носителе информации. Примером образных информационных моделей являются рисунки, фотографии.

Вербальные модели – информационные модели в мысленной и словесной формах. Эти модели, полученные в результате раздумий, умозаключений, могут так и оставаться мысленными или могут быть выражены словесно.

Структурирование информации с использованием табличных информационных моделей

Структурирование информации – описание объекта или процесса с помощью специальных конструкций, где показаны связи и зависимости между отдельными элементами систем, объектами и т. д.

Табличные информационные модели

Одним из наиболее часто используемых видов информационных моделей является прямоугольная таблица, которая состоит из столбцов и строк. Такой вид моделей для описания отдельных объектов, обладающих одинаковыми наборами свойств. В табличной форме перечень однотипных объектов размещается в первом столбце (или строке) таблицы, а значения свойств размещаются в следующих столбцах (или строках) таблицы.

В таблице типа «объект – свойство» одна строка содержит информацию об одном объекте или одном событии.

Таблица типа «объект – объект» отражает взаимосвязи между разными объектами.Каждая строка таких таблиц относится к конкретному объекту. В нашем примере это конкретный день, заданный датой. Первая графа обычно идентифицирует этот объект, последующие графы отражают свойства (характеристики) объекта.

Таблица типа «объект-объект»

Эта таблица отражает связи между двумя типами объектов: учениками и изучаемыми дисциплинами. Оценка является характеристикой такой связи

Таблица типа «двоичная матрица» отображает качественную связь между объектами – есть связь или нет связи.

В  таблице, иллюстрирующей тип «двоичная матрица», единица указывает на то, что данный ученик посещает факультатив, а нуль – что не посещает.

Структурирование информации с использованием иерархических, сетевых и семантических моделей

Иерархические модели

В иерархической информационной модели объекты распределены по уровням. Каждый элемент более высокого уровня может состоять из элементов нижнего уровня, а элемент нижнего уровня может входить в состав только одного элемента более высокого уровня.

Удобным способом наглядного представления состава и структуры данных являются графы. Моделируемые объекты представляются как вершины графа, а связи между объектами – как дуги (ребра) графа.

Графы, имеющие одну вершину верхнего уровня, напоминают деревья, которые растут сверху вниз, поэтому называются деревьями. Дуги дерева могут связывать объекты только соседних иерархических уровней, причем каждый объект нижнего уровня может быть связан дугой только с одним объектом верхнего уровня.

Пример. Модель животного мира

Сетевые модели

Отличие сетевой структуры от иерархической заключается в том, что каждый элемент в сетевой структуре может быть связан с любым другим элементом.

Пример. Структура глобальной сети Интернет

Семантическая модель — модель знаний в форме графа, в основе которой лежит идея о том, что любые знания можно представить в виде совокупности объектов (понятий) и связей (отношений) между ними.

Пример 1. Решение логической задачи с помощью графа.

В кафе встретились три друга: скульптор Белов, скрипач Чернов и художник Рыжов.

«Замечательно, что один из нас блондин, другой – брюнет, а третий – рыжий, и при этом ни у одного из нас цвет не соответствует фамилии», – заметил черноволосый. «Ты совершенно прав», – сказал Белов. Определите цвет волос художника.

1) Белов не является черноволосым, но он и не блондин (так как фамилия должна не соответствовать цвету волос). Значит, Белов – рыжий. Соединяем вершины Белов и Рыжий стрелкой;

2) Чернов – не брюнет (по условию) и не рыжий (так как рыжий – Белов). Значит, он – блондин. Соединяем вершины Чернов и Блондин стрелкой;

3) следовательно, Рыжов – брюнет. Соединяем вершины Рыжов и Брюнет стрелкой.

Пример 2. Представление связи между словами в следующем предложении в виде графа.

Наше священное ремесло существует тысячи лет. (А. А. Ахматова)

Задания для самостоятельного решения

Задание 1. По данному описанию создайте табличную модель типа «объект – свойство».

Первым известным источником алмазов, согласно утверждениям исторических трактатов, была Индия с ее знаменитыми месторождениями. В XVII в. там был найден алмаз, который получил название «Великий Могол». Масса его составляла 157,40 г.

В 70-х гг. XIX в. богатые алмазные месторождения были обнаружены в Южной Африке. В 1893 г. был обнаружен алмаз массой 194,30 г. Этот алмаз назвали «Эксцельсиор». Там же в 1905 г. был найден самый крупный алмаз «Куллинан», масса которого составляла 621,20 г. В 1934 г. в Южной Африке находят еще один крупный алмаз – «Джонкер», массой 145,20 г.

Вскоре новые россыпные месторождения алмазов были открыты в Бразилии. В 1938 г. там был найден алмаз массой 145,32 г. Этот алмаз получил название «Президент Варгас».

В начале XX в. в Западной Африке нашли богатые россыпные месторождения алмазов. Добыча алмазов в Африке стала ведущей отраслью горной промышленности. В 1945 г. нашли алмаз массой 154 г и дали ему название «Река Уойе», а в 1972 г. там был найден алмаз, получивший название «Звезда Сьерра-Леоне», массой 193,78 г.

Задание 2. На рисунке приведена схема дорог, соединяющих деревни Горки, Дубровка, Березовка, Островки, Сосны. На основании графической модели, постройте табличную модель типа «двоичная матрица», где единицы стоят на пересечении строки и столбца с названиями смежных (т. е. соединенных дорогой) деревень.

Задание 3. Постройте табличную модель типа «двоичная матрица» для решения следующей логической задачи.

В бутылке, стакане, кувшине и банке находятся молоко, лимонад, квас и вода. Известно, что вода и молоко – не в бутылке, сосуд с лимонадом стоит между кувшином и сосудом с квасом, в банке – не лимонад и не вода. Стакан стоит около банки и сосуда с молоком. Как распределены эти жидкости по сосудам?

Задание 4. Постройте табличную модель типа «двоичная матрица» для решения следующей логической задачи.

В авиационном подразделении служат Потапов, Щедрин, Семенов, Коновалов и Самойлов. Их специальности: пилот, штурман, бортмеханик, радист и синоптик. Известно, что:

1) Щедрин и Коновалов не умеют управлять самолетом;

2) Потапов и Коновалов готовятся стать штурманами;

3) Щедрин и Самойлов живут в одном доме с радистом;

4) Семенов был в доме отдыха вместе со Щедриным и сыном синоптика;

5) Потапов и Щедрин в свободное время любят играть в шахматы с бортмехаником;

6) Коновалов, Семенов и синоптик увлекаются боксом;

7) радист боксом не увлекается.

Задание 5. Представьте в виде графа связи в следующих предложениях (семантическую модель создайте в текстовом редакторе)

1) Белеет парус одинокий в тумане моря голубом. (М. Ю. Лермонтов)

2) Четыре черненьких чумазеньких чертенка чертили черными чернилами чертеж черепа человека чрезвычайно четко на чердаке в четверг.

Задание 6. На основании сетевой модели посещения школьниками факультативов, создайте табличную модель посещения факультативов в виде двоичной матрицы. Единица обозначает посещение, нуль – непосещение факультатива.

Задание 7. Постройте в графическом редакторе Paint сетевую модель в виде графа для решения следующей задачи.

Между 8 планетами Солнечной системы и карликовой планетой Плутон введено космическое сообщение. Ракеты летают по следующим маршрутам: Земля – ​​Меркурий, Плутон – Венера, Земля – ​​Плутон, Плутон – Меркурий, Меркурий – Венера, Уран – Нептун, Нептун – Сатурн, Сатурн – Юпитер, Юпитер – Марс и Марс – Уран. Можно ли добраться с Земли до Марса?

Литература

1. Заборовский, Г. А. Информатика: учеб. пособие для 10 кл. учреждений общ. сред. образования / Г. А. Заборовский, А. Е. Пупцы. Минск: Изд. центр БГУ, 2011.

2. Заборовский, Г. А. Информатика: учеб. пособие для 9 кл. учреждений общ. сред, образования / Г. А. Заборовский, А. И. Лапо, А. Е. Пупцы. Минск: Нар. асвета, 2009

3. Овчинникова Л.Г. Информатика. Рабочая тетрадь для 10 класса /Л.Г. Овчинникова. Минск: Аверсев, 2017