Компьютерное моделирование в медицине презентация. Презентация «Этапы компьютерного моделирования. Методика информационного моделирования

06.03.2020

Компьютерное моделирование По способу реализации информационные знаковые модели делятся на компьютерные и некомпьютерные. Компьютерная модель – это модель, реализованная средствами программной среды. Этапы моделирования 1. Постановка задачи. 2. Разработка модели. 3. Компьютерный эксперимент. 4. Анализ результатов моделирования. Этап 1. Постановка задачи Описание задачи Цель моделирования Анализ объекта Этап 2. Разработка модели Информационная модель Знаковая модель Компьютерная модель Этап 3. Компьютерный эксперимент План моделирования Технология моделирования Этап 4. Анализ результатов моделирования Результаты соответствуют цели Результаты не соответствуют цели Постановка задачи Описание задачи Задача (или проблема) формулируется на обычном языке, и описание должно быть понятным. Главное на этом этапе – определить объект моделирования и понять. Что собой должен представлять результат. Формулировка цели моделирования Целями моделирования могут быть: познание окружающего мира, создание объектов с заданными свойствами («как сделать, чтобы…»), определение последствий воздействия на объект и принятие правильного решения («что будет, если…»), эффективность управления объектом (процессом) и т.д. Анализ объекта На этом этапе, отталкиваясь от общей формулировки задачи, четко выделяют моделируемый объект и его основные свойства. Поскольку в большинстве случаев исходный объект – это целая совокупность более мелких составляющих, находящихся в некоторой взаимосвязи, то анализ объекта будет подразумевать разложение (расчленение) объекта с целью выявления составляющих и характера связей между ними. Разработка модели На этом этапе выявляются свойства, состояния и другие характеристики элементарных объектов, формируется представление об элементарных объектах, составляющих исходный объект, т.е. информационная модель. Информационная модель Знаковая модель Информационная модель, как правило, представляется в той или иной знаковой форме, которая может быть либо компьютерной, либо некомпьютерной. Компьютерная модель Существует большое количество программных комплексов, которые позволяют проводить исследование (моделирование)информационных моделей. Каждая среда имеет свой инструментарий и позволяет работать с определенными видами информационных объектов, что обуславливает проблему выбора наиболее удобной и эффективной среды для решения поставленной задачи. Компьютерный эксперимент План моделирования План моделирования должен отражать последовательность работы с моделью. Первыми пунктами в таком плане должны стоять разработка теста и тестирование модели. Тестирование – процесс проверки правильности модели. Тест – набор исходных данных, для которых заранее известен результат. В случае несовпадения тестовых значений необходимо искать и устранять причину. Технология моделирования Технология моделирования – совокупность целенаправленных действий пользователя над компьютерной моделью. Анализ результатов моделирования. Результаты соответствуют цели Результаты не соответствуют цели В этом случае происходит анализ самой модели, поиск и исправление ошибок моделирования.

Cлайд 1

Компьютерное информационное моделирование. Выполнила: ученица 10класса МОУ СОШ №14 Чекундинского сельского поселения. Журавлева Лариса.

Cлайд 2

Что такое модель. Модель – это объект-заменитель, который в определенных условиях может заменять объект-оригинал. Модель воспроизводит некоторые интересующие нас свойства и характеристики оригинала.

Cлайд 3

Cлайд 4

Что может быть объектом информационного моделирования. Объектом информационного моделирования может быть все, что угодно: отдельные предметы (дерево, стол); физические, химические, биологические процессы (течение воды в трубе, получение серной кислоты и т. д.) метеорологические процессы (гроза, смерч).

Cлайд 5

Чем занимается информатика. Информатика занимается общими методами и средствами создания и использования информационных моделей.

Cлайд 6

Этапы разработки. Этапы разработки компьютерной информационной модели. Объект моделирования (реальная система) Системный анализ Теоретическая информационная модель. Разработка компьютерной модели Компьютерная информационная модель

Cлайд 7

Построение информационной модели. Построение компьютерной информационной модели начинается с системного анализа объекта моделирования. Результатом является теоретическая информационная модель.

Cлайд 8

Вопросы и задания 1. Что такое модель? 2. Что такое информационная модель? 3. Почему многие научные знания можно отнести к информационным моделям? 4. Какова роль информатики в информационном моделирование? 5. Какие бывают модели? 6. Что может быть объектом информационного моделирования? 7. Чем занимается информатика?

Cлайд 9

Коротко о главном Модель – это объект-заменитель реального объекта. Модели бывают материальными и информационными. Свойства модели определяются целью, ради которой она создается. Информационная модель отражает знания человека об объекте моделирования. Модель, реализованная на ЭВМ, называется компьютерной информационной моделью. Разработка компьютерной модели производится с помощью специального программного обеспечения или через программирование на языках высокого уровня.

Модель –

некое упрощенное подобие реального объекта

В реальном времени оригинал

может уже не существовать, или

его нет в действительности

Причины, по которым прибегают к построению моделей:

2.Оригинал может иметь много свойств и взаимосвязей. Чтобы глубоко изучить какое-то свойство, полезно отказаться от менее существенных, вовсе не учитывая их

Причины, по которым прибегают к построению моделей:

3.Ориганил либо очень велик, либо очень мал

4. Процесс протекает очень быстро или очень медленно

5. Исследование объекта может привести к его разрушению

Моделирование

Процесс построения моделей для исследования и изучения объектов, процессов, явлений

Цель моделирования

Назначение будущей модели. Она определяет те свойства оригинала, которые должны быть воспроизведены в модели

Модели

Информационные

Материальные

(натурные)

Физическое подобие объекта

Описание объекта моделирования

Явления

Поведение

Процессы

Объекты

Гроза
Землетрясение

Экономические
Развитие Вселенной

Глобус
Игрушки
Макеты

МОДЕЛИРОВАНИЕ НАТУРНОЕ И ИНФОРМАЦИОННОЕ

Натурные модели

Информационные модели

Фотография

Видеофильм

Скульптура

моделирования

Производственный

Медицинская

карточка

Свойства модели зависят от цели моделирования. Модели одного и того же объекта будут разными, если они создаются для разных целей.

Типы информационных моделей

объектов и процессов

Вербальные

Графические

Математические

Табличные

Словесное описание на естественном языке

Карты

Чертежи

Графики

Графы

Объект-объект

Объект-свойство

Двоичные

Прочие

Описание на языке математики

ТИПЫ ИНФОРМАЦИОННЫХ МОДЕЛЕЙ

ТИПЫ ИНФОРМАЦИОННЫХ МОДЕЛЕЙ

Вербальные

Информационная модель – совокупность информации, характеризующая свойства и состояния объекта, процесса, явления, а также их взаимосвязь с внешним миром.

Одному и тому же объекту можно поставить в соответствие разные информационные модели (вербальные, математические, табличные, графические); все зависит от цели моделирования.

Математические

Табличные

Графические

ТИПЫ ИНФОРМАЦИОННЫХ МОДЕЛЕЙ

ТИПЫ ИНФОРМАЦИОННЫХ МОДЕЛЕЙ

Вербальные

модели

Вербальная модель – это письменное или устное представление информационной модели средствами естественного языка.

Примеры вербальных моделей:

информация в учебниках
произведения художественной литературы
тексты, описывающие алгоритмы
текстовое описание объектов и процессов

Математические

Табличные

Графические

ТИПЫ ИНФОРМАЦИОННЫХ МОДЕЛЕЙ

ТИПЫ ИНФОРМАЦИОННЫХ МОДЕЛЕЙ

Вербальные

Математическая модель - описание математическими формулами соотношений между количественными характеристиками объекта моделирования.

Примеры математических моделей:

модель прямолинейного перемещения тела

математическая модель периода колебаний пружинного маятника

Математические

модели

Табличные

Графические

ТИПЫ ИНФОРМАЦИОННЫХ МОДЕЛЕЙ

ТИПЫ ИНФОРМАЦИОННЫХ МОДЕЛЕЙ

Вербальные

Табличная информационная модель – это модель, в которой объекты или их свойства представлены в виде списка, а их значения размещаются в ячейках прямоугольной таблицы.

Типы табличных моделей:

таблицы типа «объект-свойство»
таблицы типа «объект-объект»

Математические

Табличные

модели

Графические

ТИПЫ ИНФОРМАЦИОННЫХ МОДЕЛЕЙ

ТИПЫ ИНФОРМАЦИОННЫХ МОДЕЛЕЙ

Вербальные

Графическая информационная модель – это наглядный способ представления объектов и процессов в виде графических изображений.

Примеры графических информационных моделей:

Математические

Табличные

Графические

модели

диаграмма

ТИПЫ ИНФОРМАЦИОННЫХ МОДЕЛЕЙ

ТИПЫ ИНФОРМАЦИОННЫХ МОДЕЛЕЙ

Вербальные

Математические

Табличные

карта

Графические

модели

диаграмма

ТИПЫ ИНФОРМАЦИОННЫХ МОДЕЛЕЙ

ТИПЫ ИНФОРМАЦИОННЫХ МОДЕЛЕЙ

Вербальные

Математические

Табличные

чертеж

Графические

модели

диаграмма

ТИПЫ ИНФОРМАЦИОННЫХ МОДЕЛЕЙ

ТИПЫ ИНФОРМАЦИОННЫХ МОДЕЛЕЙ

Вербальные

Математические

Табличные

схема

Графические

модели

диаграмма

ТИПЫ ИНФОРМАЦИОННЫХ МОДЕЛЕЙ

ТИПЫ ИНФОРМАЦИОННЫХ МОДЕЛЕЙ

Вербальные

Ненаправленный

г р а ф

д. Е л о в о

ст. Озерная

д. Подгорная

Математические

Отношения: « соединение дорогой »

(симметричные связи)

Элементы системы, изображенные овалами, называются вершинами
Связи между элементами называются отношениями

ребро – симметричная связь
дуга – несимметричная связь

Ориентированный г р а ф

Начальная вершина

Лев Нилыч

Отношение:

«быть дедушкой»

Табличные

Конечная вершина

Графические

модели

граф

диаграмма

ТИПЫ ИНФОРМАЦИОННЫХ МОДЕЛЕЙ

ТИПЫ ИНФОРМАЦИОННЫХ МОДЕЛЕЙ

Вербальные

Математические

Табличные

Графические

модели

диаграмма

ТИПЫ ИНФОРМАЦИОННЫХ МОДЕЛЕЙ

ТИПЫ ИНФОРМАЦИОННЫХ МОДЕЛЕЙ

Вербальные

Математические

Табличные

График изменения температуры

Графические

модели

график

диаграмма

Пример таблицы «объект-свойство»

База данных «Домашняя библиотека»

НАЗВАНИЕ

Беляев А. Р.

Человек-амфибия

Кервуд Д.

Тургенев И. С.

Бродяги севера

Повести и рассказы

Олеша Ю. К.

Избранное

Беляев А. Р.

Звезда КЭЦ

Тынянов Ю. Н.

Толстой Л. Н.

Беляев А. Р.

Повести и рассказы

Избранное

Пример таблицы «объект-объект»

База данных «Успеваемость»

Аликин Петр

Ботов Иван

Волков Илья

Галкина Нина

Методика информационного моделирования

Определение

моделирования

Определение

информационной

Построение

информационной

Системный

анализ объекта

моделирования

Домашнее задание

Учить: конспект в тетради,

§ 13,

Составить свое генеалогическое древо (Графическая модель)

Какие свойства реальных объектов воспроизводят:

Муляжи продуктов в магазине; Манекен
Муляжи продуктов в магазине;
Манекен

Приведите пример материальной и информационной моделей самолета
Составьте различные модели:

Квадрата Прямой линии Человека
Квадрата
Прямой линии
Человека

4. Постройте графическую модель (график ) Петиной успеваемости за год (по четвертям) для следующих предметов: физика, химия, алгебра, геометрия.

Петины оценки:

физика – 5 4 4 5

химия – 3 4 3 4

алгебра – 4 4 3 4

Описание задачи l. Задача формулируется на обычном языке; Если завтра утром группа выйдет из туристического лагеря в 10 часов утра, ребята успеют на 12 -часовую электричку? l. Определяется объект моделирования; l. Представляется конечный результат. l. По характеру постановки задачи можно разделить на две основные группы: l «Что будет, если? » (исследовать изменение характеристик объекта при воздействии на него) Как изменится скорость автомобиля через 6 сек, если он движется прямолинейно и равноускоренно с начальной скоростью 3 м/с и ускорением 0, 5 м/с2? l «Как сделать, чтобы? » (какое произвести воздействие, чтобы параметры объекта удовлетворяли заданному условию?) Какого объёма должен быть воздушный шар, наполненный газом гелием, чтобы он мог подняться с грузом 100 кг?

Определение целей моделирования l l Цели определяются в соответствии с поставленной задачей; Поставленные цели оказывают направляющее влияние на весь процесс моделирования.

Например, рассмотрим модель самолета: для кассира по продажам авиабилетов существенными признаками будут расположение рядов кресел, количество кресел в ряду, стоимость билета для каждого места, наличие свободных мест; для авиадиспетчера существенные признаки – скорость и высота самолета, направление и вид движения, взаиморасположение с другими самолетами, находящимися в контролируемом районе; для технолога цеха, где происходит сборка самолета существенные признаки – наименование и количество деталей, порядок и способ их соединения, необходимое оборудование для обеспечения заданной надежности соединений, и прочее.

Анализ объекта Чётко выделяются моделируемый объект и его основные свойства. Результат анализа объекта появляется в процессе выявления его составляющих (элементарных объектов) и определения связей между ними.

Хорошо поставленная задача: описаны все связи между исходными данными и результатом известны все исходные данные решение существует задача имеет единственное решение Примеры плохо поставленных задач: Винни Пух и Пятачок построили ловушку для слонопотама. Удастся ли его поймать? Малыш и Карлсон решили по–братски разделить два орешка – большой и маленький. Как это сделать? Найти максимальное значение функции y = x 2 (нет решений). Найти функцию, которая проходит через точки (0, 1) и (1, 0) (неединственное решение).

Разработка информационной модели l l Выделяются объекты моделирования и дается их развернутое содержательное описание (природа объектов, их зависимости, связи, свойства, характеристики); Учитываются только существенные свойства в зависимости от выбранной цели;

Задача «Движение автомобиля» Что моделируется? - Процесс движения объекта «автомобиль» Вид движения - Равноускоренное Что известно о движении? - Начальная скорость (v 0), ускорение (а), максимальная развиваемая автомобилем скорость (vmax) Что надо найти? - Скорость (vj) в заданные моменты времени (ti) Как задаются моменты времени? - От нуля через равные интервалы (t 2 -t 1) Это ограничивает расчеты? - vi

l l В результате выстраивается описательная информационная модель, т. е. вербальная; Формализация модели. Переход от описательной модели к конкретному математическому наполнению. Указывается перечень параметров, которые влияют на поведение объекта – исходные данные, и которые желательно получить – результат. Формализуются зависимости между выделенными параметрами, накладываются ограничения на их допустимые значения. Результат – математическая модель.

Движение автомобиля. Информационная модель Объект моделирования Параметры Название Процесс движения автомобиля vo - начальная скорость; t - интервал изменения времени; а - ускорение; vmax- максимально развиваемая автомобилем скорость ti - время движения; vi - значения скорости Значения Исходные данные Расчетные данные Результаты

Разработка компьютерной модели l l Формализованная модель преобразуется в компьютерную с помощью множества программных комплексов и сред (графические среды, текстовые редакторы, среды программирования, электронные таблицы и пр.); От выбора программной среды зависит алгоритм построения компьютерной модели и форма его представления.

III этап. Компьютерный эксперимент l l План моделирования – должен чётко отражать последовательность работы с моделью Технология моделирования

План моделирования (последовательность работы с моделью) l l Так как модель может содержать ошибки, то первым пунктом в плане моделирования всегда разработка теста, а затем – тестирование модели. В программировании это трансляция и отладка программы; Можно использовать тестовый набор исходных данных, для которых конечный результат заранее известен;

Тестирование - это проверка модели на простых исходных данных с известным результатом. Примеры: устройство для сложения многозначных чисел – проверка на однозначных числах модель движения корабля – если руль стоит ровно, курс не должен меняться; если руль повернуть влево, корабль должен идти вправо модель накопления денег в банке – при ставке 0% сумма не должна изменяться.

Технология моделирования (исследование модели) l Исследование заключается в проведении серии экспериментов, удовлетворяющих целям моделирования. l Эксперимент – это опыт, который производится с объектом или моделью. Он заключается в выполнении некоторых действий, чтобы определить, как реагирует экспериментальный образец на эти действия. l Эксперимент сопровождается осмыслением итогов. Это служит основой для анализа результатов принятия решений.

Примеры: устройство для сложения чисел – работа с многозначными числами модель движения корабля – исследование в условиях морского волнения модель накопления денег в банке – расчеты при ненулевой ставке

IV этап. Анализ результатов моделирования l l l Нужно ответить на вопрос: «Продолжать исследование, либо заканчивать? » Если результаты не соответствуют целям поставленной задачи, значит на предыдущих этапах были допущены ошибки (неправильно отобранные свойства объекта, ошибки в формулах на этапе формализации, неудачный метод или среда моделирования, нарушение технологических приемов при построении модели). Если ошибки выявлены, то требуется корректировка модели, т. е. возврат к одному из предыдущих этапов. Процесс повторяется до тех пор, пока результаты эксперимента не будут отвечать целям моделирования.

Источники: l l l l Макарова Н. В. Информатика 9 – Санкт-Петербург: Питер, 2007. Макарова Н. В. Информатика 7 -9 Задачник по моделированию – Санкт-Петербург: Питер, 2007. Шелепаева А. Х. Поурочные разработки по информатике. – М. : ВАКО, 2007 Филиппова Е. В. Этапы компьютерного моделирования, – Поляков К. Ю. Модели и моделирование, – http: //kpolyakov. narod. ru/index. htm Конспект урока «Этапы компьютерного моделирования» – http: //ivan 101. narod. ru/gos/pril/18 etapy-postr-modeley. htm Пособие «Моделирование» , – http: //umk-model. narod. ru/p 6. html

1. Модели объектов и процессов

2. Классификация моделей

3. Основные этапы моделирования

Модель –упрощенное представление о реальном объекте, процессе или явлении.

Моделирование – построение моделей для исследования и изучения объектов, процессов, явлений.

Вопрос: Зачем создавать модель, почему бы не исследовать сам оригинал?

Во-первых, в реальном времени оригинал (прототип) может уже не существовать или его нет в действительности

Во-вторых, оригинал может иметь много свойств и взаимосвязей. Чтобы глубоко изучить какое-то конкретное, интересующее нас свойство, иногда полезно отказаться от менее существенных, вовсе не учитывая их.

Моделированию поддаются

Для одного и того же объекта (процессе, явления) может быть создано бесчисленное множество моделей

Признаки классификации моделей:

Область использования
Учет временного фактора
Отрасль знаний
Способ представления

КЛАССИФИКАЦИЯ ПО ОБЛАСТИ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ

модели

учебные

Опытные

игровые

имитационные

КЛАССИФИКАЦИЯ С УЧЕТОМ ФАКТОРА ВРЕМЕНИ

модели

динамические

статические

КЛАССИФИКАЦИЯ ПО СПОСОБУ ПРЕДСТАВЛЕНИЯ

модели

информационные

вербальные

знаковые

некомпьютерные

компьютерные

информационные

Информационная модель – совокупность информации, характеризующая свойства и состояния объекта, процесса, явления, а также взаимосвязь с внешним миром.