Основы алгоритмизации и программирования icon

Основы алгоритмизации и программирования




НазваОсновы алгоритмизации и программирования
Сторінка1/13
Дата конвертації29.04.2013
Розмір1.42 Mb.
ТипДокументи
  1   2   3   4   5   6   7   8   9   ...   13

ОСНОВЫ АЛГОРИТМИЗАЦИИ И ПРОГРАММИРОВАНИЯ




Сферы применения компьютеров, которые рассмотрены в предыдущих темах курса «Основы информатики и вычислительной техники» (создание текстовых документов, баз данных, графических иллюстраций и др.), позволяют решать, хотя и важный, но весьма ограниченный набор типовых задач без овладения навыками программирования. Вместе с тем, стремительный научно-технический прогресс был бы невозможен без широкого использования вычислительной техники для автоматизации проектирования самых разнообразных изделий, управления их производством и проведения научных исследований. Существует необозримое множество как сложных, так и относительно простых задач, которые имеют частный, прикладной характер и для решения которых недостаточно навыков, полученных при решении типовых задач. Целью данной темы курса является развитие понимания того, как правильно ставить и решать прикладные задачи. Это важно не только с точки зрения более профессионального использования компьютера, но ценно и в интеллектуальном плане, как приобретение умения грамотно формулировать и эффективно решать различные, в том числе и некомпьютерные задачи.

  1. ^

    ИНФОРМАЦИОННАЯ МОДЕЛЬ

    1. Понятие информационной модели

Окружающий нас мир чрезвычайно сложен и законы, по которым он существует, до конца не познаны. Однако знания, которые накапливает каждый человек в отдельности и все человечество в целом, развиваются от «простого к сложному». Ребенок начинает постигать мир с помощью игрушек, которые являются упрощенной моделью животных, машин, строений и т. д. Конструкторы самолета изучают нагрузки, которые он будет испытывать в полете, продувая модель самолета в аэродинамической трубе. Аналогично поступают кораблестроители, испытывая модели судов в специальных бассейнах. Таких примеров можно привести множество. В общем случае


Моделью (в широком смысле) называется представление наиболее существенных свойств объекта в такой упрощенной форме, которая позволяет выполнить теоретические и экспериментальные исследования.

Модель по определению является упрощенным представлением, но упрощение допустимо лишь в такой степени, пока оно не искажает существенных свойств. Какие из свойств являются существенными, а какими можно пренебречь – зависит от целей, для достижения которых создается модель.

Рассмотрим относительно простой объект – светильник, который должен обеспечить заданную освещенность на заданном расстоянии. Модель такого объекта должна в первую очередь учитывать число ламп, яркость их свечения, отражающую способность внутренней поверхности светильника, поглощение света плафоном. Однако, кроме светотехнических характеристик, при проектировании светильника необходимо учитывать и теплотехнические характеристики, поскольку большая часть потребляемой электроэнергии превращается в тепло. С этой точки зрения существенным свойством лампы является не яркость свечения, а количество выделяемого тепла, в частности, передаваемого за счет теплопроводности патрону. Учет этого свойства важен для правильного выбора патрона и в конечном итоге может повлиять на выбор числа и мощности ламп.

Понятие объекта в определении модели весьма многообразно. Оно может означать материальные объекты (как упомянутые выше модели самолета и корабля). В этом случае речь идет о материальных (предметных) моделях. Однако по мере накопления знаний появляется возможность описать (в допустимо упрощенной форме) строение, свойства и поведение реальных объектов теоретическими закономерностями, в частности, математическими соотношениями, то есть заменить материальные модели математическими моделями. «Книга жизни написана на языке математики»,– эти слова принадлежат Галилею – великому естествоиспытателю прошлого – и развитие науки подтверждает их справедливость.

^ Математической моделью объекта называются математические соотношения (например, уравнения), которые описывают поведение объекта и определяют его существенные свойства.

Замена материальных моделей математическими моделями получила очень широкое распространение, поскольку позволяет значительно быстрей получить требуемые сведения об объекте, чем изготовление и натурные испытания его материальной модели. Наглядным примером может служить рассмотренный объект «светильник», который можно спроектировать на основе известных физических законов, представленных математическими соотношениями, без изготовления материальной модели. Необходимо также отметить, что математическое моделирование позволяет предсказать свойства объекта не только в обычных, но и в критических ситуациях, приводящих к разрушению материальных моделей.

Вместе с тем, к математическим моделям следует относиться как к фундаменту, который сам по себе еще не является готовым сооружением. Рассмотрим два объекта. Первый – электрическая цепь, содержащая резисторы, конденсаторы, индуктивные элементы и усилители. Второй – подвеска автомобиля, состоящая из рычагов, рессор, амортизаторов и колес с эластичными шинами. Несмотря на все очевидные различия этих объектов, у них есть принципиальное сходство. Оно заключается в том, что оба объекта могут быть описаны математическими уравнениями, принадлежащими к одному и тому же классу, то есть они имеют сходные математические модели. Аналогично на фундаментах, заложенных по одному и тому же принципу, можно построить разные сооружения, имеющие различное функциональное назначение.

В случаях, когда математическая модель описывается уравнением, поведение объекта определяется его решением. Однако из курса алгебры известно, что даже такой простой класс уравнений, как алгебраические уравнения n-ой степени не имеют аналитического решения для n > 4. Поэтому фундаментальный закон, описывающий функционирование объекта каким-либо уравнением, должен быть при необходимости дополнен методом его приближенного решения, который должен обеспечить заданную точность. Такой метод составляет содержание вычислительной модели.

^ Вычислительной моделью объекта называются математические соотношения, которые описывают конкретный численный метод реализации математической модели (например, приближенное решение уравнения, если точное аналитическое решение не существует или является слишком громоздким).

Если же математические соотношения, которые описывают объект моделирования, относительно просты и сами по себе достаточны для получения окончательного результата без привлечения специальных численных методов, то математическая и вычислительная модели становятся тождественными понятиями.

Обе модели – математическая и вычислительная – в совокупности можно образно представить как фундамент, на котором уже возведены стены, перекрытия и даже размещено внутри некоторое оборудование. Все в целом свидетельствует о функциональном назначении сооружения как предприятия для выпуска такой-то продукции. Однако нет сырья, не определены требования к нему, полуфабрикатам и готовой продукции, не предусмотрено, в каких количествах необходимо их хранить. Аналогия с предприятием вполне оправдана, так как постановка и решение прикладной задачи (в частности, задачи моделирования) является творческим «производственным процессом», итогом которого должна быть интеллектуальная «продукция» – результаты решения задачи.

Таким образом, математическая и вычислительная модели должны быть дополнены не менее важной моделью данных для описания исходных данных (сырья) и результатов их обработки моделью объекта (готовой продукции), а также схемы передачи данных (полуфабрикатов) от одного этапа обработки к следующему. Модель данных должна четко определять не только содержание, но и форму представления данных и обеспечивать при необходимости формирование исходных данных. В терминах использованной выше аналогии модель данных играет роль службы снабжения и сбыта, складов сырья, полуфабрикатов и готовой продукции.

^ Модель данных описывает совокупность входных, промежуточных и выходных данных, с которыми оперирует объект, с учетом их типа и структуры.

Объединение трех рассмотренных моделей обладает новым качеством и получило название информационной модели.

^ Информационная модель объединяет три модели – математическую, вычислительную и данных – то есть, содержит основную информацию о том, что и каким методом необходимо обрабатывать для получения окончательного результата.
К обрабатываемым данным применимо понятие информации, независимо от их сущности. Поэтому процесс моделирования можно рассматривать как процесс преобразования входной информации в выходную информацию, где сам моделируемый объект выступает в качестве некоторого преобразователя информации.

Действительно, модель объекта, которая описывается какими-либо математическими соотношениями, справедлива для различных данных, лишь бы они принадлежали множеству допустимых значений. Модель «не знает», какие именно данные поступят, поэтому конкретные входные данные, уменьшая первоначальную неопределенность, в принципе являются информацией независимо от своего содержательного смысла. С другой стороны, создатель модели либо не знает точно, что получит в результате моделирования, либо для специального проверочного примера знает, что должен получить. В первом случае выходные данные содержат новую для него информацию, а во втором случае выходные данные либо подтверждают правильность модели (если совпадают с ожидаемыми данными), либо свидетельствуют о её неадекватности (если значительно отличаются от ожидаемых данных), что также является ценной информацией.

Сказанное выше относится не только к решению собственно задач моделирования. Необходимость решения любой прикладной задачи возникает в случаях:

  • когда эта задача еще никем не решена (что бывает весьма редко);

  • когда имеющиеся решения не удовлетворяют по каким-то критериям и требуется найти новое, более эффективное решение.

В любом случае решение прикладной задачи должно отличаться новизной. А новизна – неотъемлемое свойство информации.
  1   2   3   4   5   6   7   8   9   ...   13



Схожі:

Основы алгоритмизации и программирования icon1 Общая характеристика этапов решения задачи с использованием ЭВМ
Основы алгоритмизации и программирования фундаментальны и имеют общий характер, приближающий их к основным законам математики, речи...
Основы алгоритмизации и программирования iconМетодические указания и контрольные задания по дисциплине «основы программирования и алгоритмические языки» для студентов заочной формы обучения
Методические указания и контрольные задания по дисциплине «основы программирования и алгоритмические языки» для студентов заочной...
Основы алгоритмизации и программирования iconЛабораторная работа №2 Двойственная задача линейного программирования по дисциплине: " Математические методы исследования операций "
Цель работы: получить навыки в переходе к двойственной задаче линейного программирования и решении задач линейного программирования...
Основы алгоритмизации и программирования iconПервое знакомство с системой программирования Турбо Паскаль
С появлением Турбо Паскаля положение измени­лось. Турбо Паскаль состоит из языка программирования и среды, которая обеспечивает удобную...
Основы алгоритмизации и программирования iconВопросы к экзамену по программированию на языках c / C++ Когда появился язык программирования c ?
Возможно ли использование в программе на языке c модулей, написанных на других языках программирования?
Основы алгоритмизации и программирования iconПрактикум по программированию Лабораторная работа №1-2. Лабораторная работа №1-2 Основы алгоритмизации: способы описания алгоритмов
Цель: изучить способы описания алгоритмов; научится записывать словесные алгоритмы и алгоритмы в виде блок-схем; научится создавать...
Основы алгоритмизации и программирования iconУрок по теме «Программа. Языки программирования Visual Basic и Free Pascal» Тип урока
Э́дсгер Ви́бе Де́йкстра— выдающийся нидерландский учёный, идеи которого оказали огромное влияние на развитие компьютерной индустрии...
Основы алгоритмизации и программирования iconПодходы к обучению программированию в начальной школе
Рассматриваются сложившиеся подходы к обучению программирования. Обосновывается нестандартный способ изучения программирования в...
Основы алгоритмизации и программирования iconКонтрольная работа по дисциплине: теории технических систем расчет оптимального маршрута обработки заготовки, обеспечивающего наименьшую себестоимость, методом динамического программирования
...
Основы алгоритмизации и программирования iconА. М. Чуйкин основы менеджмента калининград 1996 калининградский государственный университет а. М. Чуйкин основы менеджмента учебное пособие
Чуйкин А. М. Основы менеджмента: Учебное пособие / Калинингр ун-т. Калининград, 1996. 106 с. Isbn 5-230-08823-0
Додайте кнопку на своєму сайті:
Документи


База даних захищена авторським правом ©te.zavantag.com 2000-2017
При копіюванні матеріалу обов'язкове зазначення активного посилання відкритою для індексації.
звернутися до адміністрації
Документи