5. МОДЕЛИ РЕШЕНИЯ ФУНКЦИОНАЛЬНЫХ И ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫХ ЗАДАЧ

5.2. Классификации моделей

В зависимости от того, какой фактор является наиболее важным при моделировании, для классификации моделей используют разные признаки:
– по области использования;
– по фактору времени;
– по отрасли знаний;
– по форме представления.
Классификация моделей по области использования
Учебные – используются при обучении.
Опытные – это уменьшенные или увеличенные копии проектируемого объекта. Используют для исследования и прогнозирования его будущих характеристик (аэродинамическая труба).
Научно-технические – для исследования процессов и явлений.
Игровые – репетиция поведения объекта в различных условиях.
Имитационные – отражение реальности в той или иной степени (это метод проб и ошибок).
Классификация моделей по фактору времени
Статические – описывают состояние системы в определенный момент времени (единовременный срез информации по данному объекту). Примеры: классификация животных, строение молекул, список посаженных деревьев, отчет об обследовании состояния зубов и т. д.
Динамические – описывают процессы изменения и развития системы (изменения объекта во времени). Примеры: моделирование движения тел, развития организмов, процесс химических реакций.
Классификация моделей по отрасли знаний – это классификация по отрасли деятельности человека (математические, биологические, химические, социальные, экономические, исторические и т. д.).
Классификация моделей по форме представления
– материальные (предметные, физические) – это модели, которые имеют реальное воплощение и отражают внешние свойства или внутреннее устройство моделируемых сущностей, суть процессов и явлений в объекте-оригинале. Материальное моделирование – это экспериментальный метод познания окружающей среды. Примеры: детские игрушки, скелет человека, чучело, макет солнечной системы, школьные пособия, физические и химические опыты, авиамодель истребителя, полоса препятствий.
– информационные – это целенаправленно отобранная информация о моделируемой сущности, которая отражает ее свойства, наиболее существенные для исследователя. В информационных моделях реальный объект или процесс заменяется его формальным описанием. Такая процедура называется формализацией.
Например, информационной моделью движения поездов является расписание их движения, а материальной – макет железной дороги с движущимися паровозиками.
По уровню формализации различают:
– хорошо формализованные модели. Их можно решить средствами, принятыми в данной предметной области, не используя субъективные мнения экспертов;
– плохо формализованные модели. Их нельзя решить без привлечения эксперта в данной предметной области.
Типы информационных моделей
Абстрактные (мысленные) – при построении модели используются понятия, не существующие в реальной жизни. Примеры: модель идеального газа. Она представляет каждую молекулу как материальную точку, т. е. объект, который имеет массу, но не имеет размеров. В модели движения планет вокруг солнца каждая планета тоже представляется как материальная точка.
Вербальные – мысленные модели, выраженные в разговорной форме с помощью естественных языков. Пример: инструкция пилоту
самолёта – это вербальная неформализованная модель, так как она пишется на естественном языке.
знаковые (формализованные) – выражены специальными символами, применяемыми в изучаемой предметной области. Например, компьютерная модель реализована средствами программной среды, математическая – формулами, которые описывают изучаемую сущность. Знаковая формализованная модель музыкального произведения – запись с помощью нот и т. д.
В знаковых информационных моделях выделяют класс образно-знаковых моделей. Например, к таким моделям относятся:
– Геометрические – рисунок, пиктограмма, чертеж, карта, план, объемное изображение;
– Структурные – таблица, граф, схема, диаграмма;
– Алгоритмические – нумерованный список действий, пошаговое перечисление, блок-схема.
По способу организации данных информационные модели делятся на:

– реляционные (табличные): перечень объектов и их свойств оформляется в виде связанных между собою таблиц. Каждая строка таблицы содержит информацию об одном экземпляре (сущности) предметной области, каждый столбец – значения одной и той же характеристики (атрибута) для разных сущностей. Пример: расписание движения поездов – это табличная информационная модель реального перемещения поездов по железной дороге;
– иерархические: объекты распределены по уровням. Каждый элемент высокого уровня состоит из элементов нижнего уровня, а элемент нижнего уровня может входить в состав только одного элемента более высокого уровня. Такие модели представляются ориентированным графом («деревом»), у которого начальная вершина не подчинена никакой другой, а все остальные подчинены только одной, но могут иметь в своём подчинении сколько угодно объектов нижнего уровня. Если из каждого узла выходит только два потомка, то такая структура называется бинарным деревом.
Примеры: файловая структура в компьютере (система каталогов), система доменных имён в Интернете, структура почтовых адресов, классификации животных, растений. В иерархической модели две любые вершины могут быть соединены только одним путём.
Пример: относительный путь к файлу имеет только один вариант.
– Сетевые: между объектами моделируемой системы существуют множественные связи. Такие модели представляются графом, в котором имеются связи между вершинами, позволяющие создать разные пути перехода между ними.
Примеры: модель функционирования Интернет, где каждый сервер может связаться с любым другим сервером через цепочку промежуточных узлов, и эти цепочки могут быть разными; модель взаимодействия пациентов и врачей в больнице, где каждого больного обследует несколько врачей и в то же время каждый врач следит за здоровьем нескольких больных; модель взаимодействия студентов и преподавателей в процессе обучения.