Информационные
модели. Формы представления моделей: описание, таблицы, формулы, графы, чертежи,
рисунки, схемы.
Познакомить обучающихся с видами
информационного моделирования, рассмотреть различные виды табличных моделей.
ввести понятие графа и рассмотреть различные
их виды
В процессе
построения информационной модели собранная или имеющаяся информация
структурируется, для более наглядного представления или более удобного анализа.
Структура –
это взаимное расположение составных частей чего-либо, находящихся в
определенной, заранее заданной взаимосвязи.
В
процессе построения информационной модели можно выделить различные структуры, а,
следовательно, и различными способами представить данные.
ТАБЛИЧНЫЕ
МОДЕЛИ
Таблица –
удобная для анализа и обработки наглядная форма представления информации.
Структура таблицы.
ЗАГОЛОВОК
Голова таблицы
|
|
|
|
ярусы
|
Боковик
таблицы
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ПРОГРАФКА
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
строки
|
|
|
|
|
|
|
|
ступени
|
|
графы
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Рассмотрим перечень различных типов
таблиц. Для каждого типа укажем определитель, т.е. по каким признакам нужно
выбирать именно этот тип таблицы. Приведем схемы (формы) таблиц и примеры их
использования.
1.
Таблицы типа "объекты — свойства" (ОС).
Таблицы, в которых отражается
несколько свойств объекта, а все объекты принадлежат одному множеству,
называются таблицами вида «объект – свойство»
Определитель:
•
рассматриваются одиночные
объекты (т.е. все свойства относятся только к одному объекту);
•
все объекты принадлежат одному
классу.
Схема таблиц типа ОС:
Название класса
Название класса
|
Названия
свойств
|
Названия объектов
|
Значения
свойств
|
Пример: Химические элементы
Элемент
|
Символ
|
Атомный номер
|
Атомная масса
|
Первооткрыватель
|
Год открытия
|
Алюминий
|
А1
|
13
|
27
|
ХК.
Эрстед
|
1825
|
Актиний
|
Ас
|
89
|
227
|
А.Дебьерн
|
1899
|
Азот
|
N
|
7
|
14
|
Д.Резерфорд
|
1772
|
Барий
|
Ва
|
56
|
137
|
Г.Дэви
|
1774
|
Бром
|
Вт
|
35
|
80
|
Ж.Бапар
|
1826
|
Таблица ОС может быть "повернута
набок" — строки превращены в графы, а графы — в строки. Обычно таблица, в
которой мало граф и много строк, бывает удобней, чем таблица, в которой много
граф и мало строк.
Таблицы, в
которых отражается одно свойство, характеризующее два или более объектов,
называются таблицами вида «объект – объект»
2.
Таблицы типа "объекты — объекты — один" (ООО).
Определитель:
•
рассматриваются пары объектов
(то есть свойства характеризуют не один объект, а сразу два);
•
для каждой пары описано только
одно свойство;
•
других свойств нет.
Свойства, которые характеризуют только
один объект, будем называть одиночными. Свойства, которые
характеризуют сразу два объекта, будем называть парными.
Схема таблиц типа ООО:
Название парного свойства
Название
1 -го класса
|
Название
2-го класса
|
Названия
2-х объектов
|
Названия
1 -х объектов
|
Значения
свойства
|
Пример1: Годовые оценки учеников 7-го "А" класса
Ученик
|
Предмет
|
Физика
|
Химия
|
Иванов
|
4
|
3
|
Петров
|
5
|
5
|
Сидоров
|
3
|
4
|
В нашем примере свойством является успеваемость,
а объектами – конкретный ученик (принадлежит множеству учеников),
учебный предмет (принадлежит множеству школьных дисциплин). В представленной
табличной модели между собой связаны объекты, принадлежащие разным классам.
Следующая таблица тоже имеет тип «объект –
объект». В отличие от предыдущей, в ней строки и столбцы относятся к одному и
тому же виду объектов. В таблице содержится информация о турнирной ситуации.
Пример2: Турнирная таблица игр чемпионата России
|
Динамо
|
Зенит
|
Спартак
|
Торпедо
|
Локомотив
|
Динамо
|
0
|
0
|
0
|
1
|
0
|
Зенит
|
1
|
0
|
0
|
0
|
0
|
Спартак
|
1
|
1
|
0
|
1
|
1
|
Торпедо
|
0
|
1
|
0
|
0
|
0
|
Локомотив
|
1
|
1
|
0
|
1
|
0
|
Таблица ООО может быть "повернута
набок" — строки превращены в графы, а графы — в строки.
3.
Таблицы типа "объекты — объекты — несколько" (ООН).
Определитель:
•
рассматриваются пары объектов
(то есть свойства характеризуют не один объект, а сразу два);
•
для каждой пары описано
несколько свойств;
•
других свойств нет.
Схема таблиц типа ООН:
Название 1-го класса
|
Название
2-го класса
|
|
Названия
2-х объектов
|
|
Для
каждого объекта повторить названия парных свойств
|
Названия
1-х объектов
|
Значения
свойств
|
Пример: Четвертные оценки учеников 7-го "А"
класса
Ученик
|
Предмет
|
Физика
|
Химия
|
Оценка за
I четверть
|
Оценка за
II четверть
|
Оценка за
I четверть
|
Оценка за
II четверть
|
Иванов
|
4
|
4
|
3
|
4
|
Петров
|
5
|
5
|
5
|
5
|
Сидоров
|
4
|
3
|
4
|
4
|
Таблица ООН может быть "повернута набок" — строки
превращены в графы, а графы — в строки.
4. Таблицы типа "объекты — свойства — объекты" (ОСО).
Комбинирование в одной таблице нескольких
таблиц вида «объект–объект» и «объект – свойство» позволяет построить таблицы
более сложного вида, например «объект – свойство – объект».
Определитель:
• рассматриваются пары объектов (то есть свойства
характеризуют не один объект, а сразу два);
• есть свойства, которые относятся только к одному объекту в
паре;
• нет свойств, которые относятся только к другому объекту в
паре.
Схема таблиц типа ОСО:
ЧастьI
|
Часть II
|
Часть III
|
Общее название парных свойств или их перечисление
Название
класса объектов, для которых есть одиночные свойства
|
Названия
одиночных свойств (своя графа для каждого свойства)
|
Название
класса объектов, для которых нет парных свойств (только одиночные)
|
Названия
объектов
|
Для
каждого объекта повторить названия парных свойств
|
Названия
объектов
|
Значения
свойств
|
Значения
свойств
|
В отличие от таблиц предыдущих типов,
таблицы типа ОСО нельзя "повернуть на бок". Те объекты, для которых
указаны одиночные свойства (свойства, характеризующие отдельный объект, а не
пару объектов), обязательно должны находиться в боковике.
Пример: Результаты соревнования по физкультуре
Ученик
|
Рост
(см)
|
Вес
(кг)
|
Упражнение
|
Прыжок в длину
|
Отжимание от пола
|
Результат (м)
|
Баллы
|
Результат
|
Баллы
|
Иванов
|
175
|
65
|
5,7
|
10
|
23
|
10
|
Петров
|
155
|
63
|
3,2
|
5
|
12
|
8
|
Сидоров
|
160
|
59
|
4,6
|
7
|
5
|
3
|
Табличная модель является универсальным
способом представления данных. Любую структуру данных можно свести к табличной
модели. Приведение информации в табличной форме называется нормализацией
данных.
Этапы
приведения к табличному виду:
1. анализ информации и выделение объектов, о которых идет речь;
2. выделение свойств объектов и/или отношений между ними;
3. определение того, можно ли объекты объединить в некоторые подмножества,
и в зависимости от этого определение количества уровней и ступеней в
заголовках;
4. определение общего количества столбцов и порядка их расположения;
5. определение наименований столбцов и типа данных, которые там будут
располагаться;
6. выбор порядка размещения строк и определение названия каждой строки
таблицы;
7. занесение в ячейки таблицы данных.
ГРАФЫ
Граф - это модель, в которой объекты
моделирования обозначены точками, кругами, прямоугольниками, а связи между ними -
линиями. Перед
вами пример графа переливания крови.
На этой схеме объект моделирования - различные виды групп
крови человека обозначены кругами - это вершины графа. А стрелками показано, какую кровь
можно переливать человеку
с данной группой крови. Стрелки называются дугами графа. Дуга, исходящая
от вершины и
направленная к этой же вершине, называется петлей. Данный граф отражает такую жизненную ситуацию как
переливание крови.
Граф на следующем рисунке отражает
устройство шариковой ручки.
Одним из видов графов является дерево.
Дерево - это граф, предназначенный для отображения таких связей
между объектами как вложенность, подчиненность, наследование и т.п.
Формализация в случае построения дерева (иерархического графа)
сводится к выявлению основного (главного, центрального) элемента рассматриваемого объекта
(вершина нулевого уровня), которую часто называют корнем элементов, которые
находятся в непосредственном подчинении от основного
Смысл
математических и логических выражений.
Традиционная математическая символика является формальным
языком математики. В отличие от естественных языков, формальные языки не носят
национального характера. Они придуманы для профессиональной деятельности людей и понятны
специалистам всего мира.
Смысл математического выражения заключается в
определяемой им последовательности вычислительных операций. Чтобы его понять, нужно знать
правила старшинства операций, правила раскрытия скобок. Например, в выражении
7-5*3 в первую очередь следует выполнить действие, записанное вторым, что может
показаться противоестественным. Если этого правила не знаешь, то ошибешься в
вычислениях. Наглядным средством изображения последовательности вычисления
математических выражений, т.е. их смысла, являются графы.
Такой
граф представляет собой дерево, листьями которого являются числа, а прочими
вершинами операции, ребра связывают вершину- операцию с вершинами операндами.
Например: для формулы 5*(3+х)*(8-у) дерево будет иметь такой вид.
Последовательность выполнения операций определяется при
прохождении дерева от листьев к корню (снизу-вверх). Последней выполняется операция,
отмеченная в корне (главной вершине, изображенной сверху).
Аналогично
помощью графа может быть представлено и логическое выражение, в этом случае листьями будут являться
логические переменные, а прочими вершинами - логические операции (конъюнкция,
дизъюнкция, инверсия и т.д.)
Представление данных в форме дерева.
Одним из видов графов является дерево.
Дерево - это граф, предназначенный для
отображения таких связей между объектами
как вложенность, подчиненность, наследование и т.п.
Примеры:
1.
Модель управления предприятием
(школой, театральным коллективом) очень удобно
представить в виде дерева.
2.
«Родословное
дерево», отражающее родственные отношения.
3.
Каталог
файлов на диске, библиотечный каталог.
Формализация
в случае построения дерева (иерархического графа) сводится к выявлению основного (главного, центрального) элемента
рассматриваемого объекта (вершина нулевого уровня), которую часто называют
корнем элементов, которые находятся в непосредственном подчинении от основного
(главного, центрального) элемента рассматриваемого
объекта (вершина нулевого уровня), которую часто называют корнем элементов,
которые находятся в непосредственном подчинении от основного (вершины 1-го уровня). Затем определяют вершины, находящиеся
в непосредственном «подчинении» от вершин 1-го уровня (вершины второго уровня)
и так далее. В научной и учебной
деятельности с помощью деревьев часто представляют классификацию изучаемых объектов.
Классифицирование - распределение объектов по классам в зависимости от
общих признаков,
фиксирующее закономерные связи между классами объектов в единой системе данной
отрасли знания
Пример.
На рисунке вы видите классификацию, предложенную Григорием Великим, которая
призвана была показать, что человек имеет что-то общее со всеми видами существующих в мире вещей, и
поэтому его справедливо называют «вселенной в миниатюре».
Задание. Известно,
что древнерусский язык и общеславянский произошли от общеиндоевропейского
языка. От древнерусского языка отошли украинский и белорусский языки. От общеславянского языка отошли
польский, чешский, болгарский и словенский
языки. Представьте предложенную информацию в виде графа.
Семантические сети
Семантическая сеть - модель
знаний в форме графа. В основе таких моделей лежит идея о том, что любые знания можно
представить в виде совокупности объектов (понятий) и связей (отношений) между ними.
Рассмотрим пример семантической сети,
представленной на рисунке.
Семантическая
сеть наглядно отражает взаимосвязь входящих в нее объектов.
Если
в нее добавить новый факт «Бобби - это слон», то сразу станет ясно, что Бобби -
это млекопитающее, его детей
вскармливают молоком, он дышит воздухом, передвигается на четырех ногах, имеет хобот, бивни и позвоночник,
принадлежит к тому же классу, что Ник и Джонни и пр. В виде семантической сети можно представить
различные системы. Например,
1.
Система
«Школьный урок», состоящая из следующих элементов: ученик, учитель, учебник, тетрадь, классный
журнал, классная доска, мел, парта, учительский стол, классная комната.
2.
Круговорот
воды в природе.
3.
Система
высших органов власти РФ.
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ И ЗАДАНИЯ:
1.
Необходимо построить модель организации учебного процесса в школе так, чтобы
выполнить учебный план и не нарушать режима работы школьников. Определите:
а) что
является объектом моделирования?
б)
субъекта моделирования;
в)
цель моделирования;
г)
какие существенные свойства необходимо учесть при построении модели?
2. Постройте
дерево для следующего арифметического выражения. 6*х+7*(9-у)
3. Представьте
в виде семантической сети схему питания для системы, состоящей из следующих
объектов: трава, кролики, волки, травоядные насекомые, воробьи, ястребы, жуки—навозники.
Оставьте свой комментарий
Авторизуйтесь, чтобы задавать вопросы.