Абстрактно информационно моделиране
"Информационно моделиране"
1. Моделирането като метод за решаване на приложни проблеми
От гледна точка на информатиката решението на всеки производствен или научен проблем се описва от следната технологична верига: „реален обект – модел – алгоритъм – програма – резултати – реален обект“. В тази верига връзката „модел“ играе много важна роля, като необходима, задължителна стъпка при решаването на този проблем. В този случай моделът се разбира като някакъв умствен образ на реален обект (система), който отразява основните свойства на обекта и го замества в процеса на решаване на проблема.
Още по-сложна картина представят идеалните модели, които са неразривно свързани с човешкото мислене, въображение и възприятие. Сред идеалните модели могат да се разграничат интуитивните модели, които включват например произведения на изкуството - живопис, скулптура, литература, театър и др., но няма единен подход за класифициране на други видове идеални модели. Понякога тези модели се наричат едновременно информационни. Този подход се основава на широко тълкуване на понятието „информация“: „почти всичко в света е информация и може би дори всичко като цяло“. Такъв подход не е напълно оправдан, тъй като той прехвърля информационния характер на познанието към същността на моделите, използвани в процеса - докато всеки модел е информационен. По-продуктивен е такъв подход към класификацията на идеалните модели, в който се разграничават следните.
1. Вербални (текстови) модели. Тези модели използват поредици от изречения във формализирани диалекти на естествения език, за да опишат определена област от реалността (примери за такива модели са полицейски протокол,правила за движение, истински учебник).
2. Математически модели - много широк клас знакови модели (базирани на формални езици над крайни азбуки), широко използващи определени математически методи. Например, разгледайте математическия модел на звезда. Този модел ще бъде сложна система от уравнения, описващи физическите процеси, протичащи във вътрешността на звезда. Математически модел от друг вид са, например, математически отношения, които ви позволяват да изчислите оптималния (най-добрия от икономическа гледна точка) работен план за предприятието.
3. Информационни модели - клас символни модели, които описват информационни процеси (възникване, предаване, трансформиране и използване на информация) в системи от най-разнообразен характер.
Границата между вербалните, математическите и информационните модели може да бъде прокарана много условно; може би информационните модели трябва да се разглеждат като подклас на математическите модели. Въпреки това, в рамките на компютърните науки като самостоятелна наука, отделна от математиката, физиката, лингвистиката и други науки, е целесъобразно да се отдели клас информационни модели. Информатиката също е пряко свързана с математическите модели, тъй като те са основата за използване на компютър при решаване на проблеми от различно естество: математически модел на процеса или явлението, което се изследва, на определен етап от изследването се преобразува в компютърен (изчислителен) модел, който след това се превръща в алгоритъм и компютърна програма, фиг. 1.37.
Ориз. 1.37. Обобщена схема на компютърно математическо моделиране
2. Основни понятия на информационното моделиране
Нека се спрем на информационните модели, които отразяват процеситевъзникването, предаването, преобразуването и използването на информация в системи от различно естество. Нека започнем с дефиниране на най-простите концепции за информационно моделиране.
Инстанцията е представяне на обект от реалния свят с помощта на определен набор от неговите характеристики, които са от съществено значение за решаването на даден информационен проблем (служещ като контекст за изграждане на информационен модел). Набор от екземпляри, които имат еднакви характеристики и се подчиняват на едни и същи правила, се нарича обект.
Ориз. 1.38. Пример за абстракция при изграждане на информационен модел
По този начин обектът е абстракция от обекти от реалния свят, обединени от общи характеристики и поведение, фиг. 1.38.
Информационният модел на всяка реална система се състои от обекти. Всеки обект в модела трябва да бъде снабден с уникално и смислено име (както и идентификатор, който служи като ключ за идентифициране на този обект, свързвайки го с други обекти в модела). По този начин обозначението, името на обекта е елементарна процедура, която е в основата на информационното моделиране.
Един обект представлява един типичен (но недефиниран) екземпляр на нещо в реалния свят и е най-простият информационен модел. Обектите представляват определени "есенции" на обекти от реалния свят, свързани с проблема, който се решава.
Реалният обект е абстракция на физически съществуващи обекти. Например в автомобилния завод това е каросерия, двигател, скоростна кутия; при транспортиране на стоки това е контейнер, транспортно средство.
Ролята е абстракция на предназначението или предназначението на човек, част от оборудването или институция (организация). Например в университет като в образователна институция това е студент, преподавател, декан; в университета катоинституцията е комисия за подбор, отдел персонал, счетоводство, деканат.
Събитието е абстракция на нещо, което се е случило. Например получаването на заявление от кандидат в приемната комисия на университета, полагане (или неуспех) на изпит.
Взаимодействията са обекти, получени от връзки между други обекти. Например сделка, договор (споразумение) между две страни, удостоверение за образование, издадено от образователна институция на нейния възпитаник.
Спецификационните обекти се използват за представяне на правила, стандарти или критерии за качество. Например списък със знания, умения и способности на възпитаник на Математическия факултет, рецепта за проявяване на филм.
За всеки обект трябва да има описание за него - кратко информационно изявление, което ви позволява да установите дали даден обект е екземпляр на обекта или не. Например, описанието на обекта "Кандидат" може да бъде следното: лице под 35 години, със средно образование, подали документи и заявление за прием в приемната комисия.
Обектите от реалния свят имат характеристики (като име, заглавие, регистрационен номер, дата на производство, тегло и т.н.). Всяка отделна характеристика, която е обща за всички възможни екземпляри на даден обект, се нарича атрибут. За всеки екземпляр атрибутът приема определена стойност. Така обектът Книга има атрибутите Автор, Заглавие, Година на издаване. Брой страници.
Всеки обект трябва да има идентификатор - набор от един или повече атрибути, чиито стойности определят всеки екземпляр на обекта. За книга атрибутите Автор и Заглавие заедно образуват идентификатор. В същото време Годината на издаване и Броят на страниците не могат да бъдат идентификатори - нито поотделно, нито заедно, тъй като не дефинират обекта. Обектът може да имамножество идентификатори, всеки съставен от един или повече атрибути. Един от тях може да бъде избран като привилегирован за съответната ситуация.
Един обект може да бъде представен, заедно с неговите атрибути, по няколко различни начина. Графично обектът може да бъде показан като рамка, съдържаща името на обекта и имената на атрибутите. Атрибутите, които съставляват идентификатор на привилегирован обект, могат да бъдат разграничени (например с * вляво от името на атрибута):
В еквивалентното текстово представяне това може да изглежда така:
Книга (Автор. Заглавие. Година на издаване. Брой страници).
Привилегированият идентификатор е подчертан.
Друг начин за представяне на обект на информационен модел е таблица. В тази интерпретация всеки екземпляр на обект е ред в таблицата, а стойностите на атрибутите, съответстващи на всеки екземпляр, са клетките на реда, Таблица. 1.11.
Таблица 1. Таблица като представяне на информационния модел