Системный подход в моделировании
Что такое система?
Представьте себе, что человек, у которого болит голова, приходит к врачу. Врач может реагировать на его жалобу двумя способами:
- просто дать обезболивающее;
- попытаться выяснить причину головной боли и лечить именно заболевший орган.
В первом случае врач применил простейшую модель: если болит голова, нужно дать таблетку, чтобы она не болела. Во втором варианте врач понимает, что головная боль вызвана какой-то другой болезнью в организме, и лечить нужно именно её. Он рассматривает человека как единое целое, как систему, т. е. использует системный подход.
Система (от греч. стосгсгща — составленный) — это группа объектов и связей между ними, выделенных из среды и рассматриваемых как одно целое.
Системный подход состоит в том, что объект исследования рассматривается как система с учётом всех взаимосвязей между её частями.
Системой можно назвать организм животного и человека, автомобиль, компьютер, семью, общество, и вообще любой достаточно сложный объект, который можно разбить на части. В курсе информатики вы познакомились с понятиями «операционная система», «файловая система», «система программирования».
Различают естественные (природные) системы и искусственные системы (созданные человеком). Любая искусственная система создана с определённой целью, например русский язык — для общения, дом — для жилья, поезд — для перевозки пассажиров и грузов.
Объекты, из которых строится система, называют её компонентами. За счёт связей между частями система обладает особыми свойствами, которых нет ни у одного отдельного компонента. Системный эффект состоит в том, что свойства системы нельзя свести к «сумме» свойств её компонентов. Например, скопление клеток — это не живой организм; процессор, память и устройства ввода и вывода, не связанные между собой, — это не компьютер. Все компоненты самолёта тяжелее воздуха, т. е. каждый из них стремится упасть на землю, однако составленная из них система (самолёт) летает.
Одни и те же элементы, связанные по-разному, могут представлять собой совершенно разные системы. Алмаз (самое твёрдое вещество) и графит (из которого делают грифели карандашей) состоят из одних и тех же атомов углерода, но эти вещества имеют разные кристаллические решётки, поэтому обладают разными свойствами.
Если в компоненте системы можно выделить отдельные части и связи между ними, он называется подсистемой (системой низкого уровня). как правило, для каждой системы существует надсистема - система более высокого уровня. например, процессор - это подсистема в составе компьютера (он состоит из нескольких взаимосвязанных узлов), а сам компьютер - подсистема в составе компьютерной сети (надсистемы).
Модели могут обладать свойством системности, а могут не обладать.
| Оригинал | Модель-"несистема" | Модель-система |
| Река Вятка | Фотографии реки | Карта реки, видеофильм |
| Метро | Список станций | Схема метро |
| Рыбы в озере | Независимые модели развития щук и карасей | Модель, учитывающая, что щуки едят карасей |
| Автомобиль | Чертежи отдельных деталей | Сборочный чертеж |
| Солнечная система | Независимое движение планет | Движение планет под воздействием сил всемирного тяготения |
Поскольку модель-система состоит из отдельных компонентов и связей между ними, можно говорить о структуре модели, т.е. о том, как именно связаны её компоненты . Рассмотрим наиболее важные структуры моделей-систем.
1. Таблица - это компактный способ размещения большого количества однотипной информации.
В виде таблиц оформляются расписания (уроков, поездов, самолетов), статистические данные (например, сколько произведено чугуна и стали на душу населения в разных странах). Функция тоже может быть задана в виде таблицы. С помощью таблицы Менделеева устанавливается связь между свойствами химического элемента и зарядом атомного ядра. По своей структуре таблицы делятся на простые и сложные.
Простые таблицы:
а. Таблица типа «объекты-свойства» содержат информацию о свойствах отдельных объектов, принадлежащих одному классу.
Регионы Российской Федерации
|
Название |
Дата образования |
Площадь (тыс. км2) |
Население (тыс.чел) |
|
Астраханская область |
27.12.1943 |
44,1 |
1006,3 |
|
Архангельская область |
23.09.1937 |
587,4 |
1336,5 |
|
Белгородская область |
06.01.1954 |
27,1 |
1511,6 |
|
Владимирская область |
14.08.1944 |
29,0 |
1524,0 |
|
Вологодская область |
23.09.1937 |
145,7 |
1269,6 |
|
Воронежская область |
13.06.1934 |
52,4 |
2378,8 |
|
Калужская область |
05.07.1947 |
29,9 |
1041,6 |
______объекты_________ ___________свойства__________
б. Таблица типа «объекты-объекты-один» содержат информацию о некотором одном свойстве пар объектов, чаще всего принадлежащих разным классам.
Сведения о пропусках уроков
|
№ |
Список |
Месяц: январь |
|||||||
|
Число |
|||||||||
|
10 |
11 |
12 |
13 |
14 |
17 |
18 |
19 |
||
|
1 |
Акуленко Иван |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
Баранов Владимир |
6 |
6 |
6 |
|
|
|
|
|
|
3 |
Варнаков Олег |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
4 |
Егорова Виктория |
|
|
|
5 |
6 |
1 |
|
|
|
5 |
Машкова Карина |
|
|
|
|
|
6 |
6 |
6 |
Сложные таблицы:
в. Таблица типа «объекты-свойства-объекты» содержат информацию о свойствах пар объектов, принадлежащих разным классам, и об одиночных свойствах объектов одного из классов.
Антропометрические данные и спортивные результаты
|
Ученик |
Рост, см |
Вес, кг |
Упражнение |
|||
|
Прыжок в длину с места |
Бег на 1000 м |
|||||
|
Результат, см |
Оценка |
Результат, с |
Оценка |
|||
|
Баутин Д. |
168 |
56 |
197 |
5 |
220 |
5 |
|
Зайцев И. |
159 |
46 |
178 |
4 |
263 |
4 |
г. Таблица типа «Объекты-объекты-несколько» содержат информацию о нескольких свойствах нескольких пар объектов, принадлежащих разным классам.
Оценки по информатике и математике
|
Ученик |
Период обучения |
|||
|
I четверть |
II четверть |
|||
|
Информатика |
Математика |
Информатика |
Математика |
|
|
Баутин Дима |
4 |
4 |
5 |
4 |
|
Школина Ира |
5 |
5 |
5 |
5 |
|
Зайцев Илья |
4 |
3 |
4 |
4 |
В 10 классе рассматривались приемы использования таблиц для решения логических задач. В данном случае мы рассмотрим еще один тип задач, который требует анализа табличных данных: определение оптимального маршрута поездки.
Задача 1. Путешественник прибыл в поселок Березовое в 8 утра по местному времени и увидел следующее расписание автобусов:
|
Из |
В |
Отправл. |
Прибытие |
|
Березовое |
Лесное |
07:30 |
10:00 |
|
Березовое |
Осиновое |
11:50 |
14:10 |
|
Лесное |
Березовое |
12:50 |
15:20 |
|
Полевое |
Лесное |
13:20 |
14:40 |
|
Осиновое |
Полевое |
14:00 |
17:15 |
|
Лесное |
Осиновое |
14:20 |
15:30 |
|
Осиновое |
Лесное |
14:40 |
15:50 |
|
Березовое |
Полевое |
16:00 |
17:50 |
|
Лесное |
Полевое |
16:10 |
17:30 |
|
Полевое |
Осиновое |
17:40 |
19:55 |
Определите самое раннее время, когда он может попасть в Полевое, и как ему нужно ехать. Если анализировать таблицу мы можем придти к выводу: нужно ждать прямого автобуса в Полевое (прибытие в 17:50) или ехать с двумя пересадками через Осиновое и Лесное (прибытие в 17:30). Второй вариант позволяет доехать немного раньше.
2. Диаграммы – графическая модель, построенная по числовым данным в таблице.
Воспринимая числовые данные, человек вынужден в уме анализировать эту информацию и делать выводы. Это требует значительных усилий, особенно если чисел много. Чтобы облегчить восприятие информации, её представляют в виде диаграмм. Диаграммы позволяют быстро сравнить значения, увидеть изменения, сделать выводы на основании большого количества данных.
Столбчатая диаграмма (гистограмма) позволяет сравнить количественные характеристики одного объекта в нескольких точках или несколько объектов в одной точке.
Круговая диаграмма позволяет узнать долю объекта в общей сумме объектов.