Информатика_Ч1

правилам программы этот список и включив в него все необходимые адреса, в дальнейшем вам достаточно указать имя одного списка в поле «Кому».

Почтовая программа позволяет вставлять в письмо файлы, рисунки и пр. Так как для этого файлы подвергаются специальному кодированию, вкладывание их в письмо следует делать специальными командами программы (это можно сделать просто перетащив нужный файл из окна «Мой компьютер» в окно письма). Поскольку существуют лимиты на объем письма, то перед отправкой большого файла его следует архивировать (сжать) или разрезать на куски и переслать в нескольких письмах.

Работа с WWW серверами

Наиболее популярным является получение информации с WWW- серверов по протоколу http. WWW-сервера или веб-сервера предоставляют в Интернет текстовую или графическую информацию, оформленную как документ из нескольких страниц.

WWW – World Wide Web (Всемирная паутина), или просто Web, является системой предоставления и обмена информацией. WWW обеспечивает доступ практически ко всем ресурсам Интернета, включая FTP, электронную почту, Gopher, WAIS и т.д. В настоящее время эта система является основой Интернета, поскольку обеспечивает простоту в работе и наглядный интерфейс. Поэтому HTML-документы, из которых состоит в основном Интернет, называют веб-страницами, а их тематические совокупности – веб-сайтами.

Для просмотра веб-серверов используются программы, называемые браузерами. В Windows такой программой является Microsoft Internet Explorer. Для начала работы необходимо подключиться к Интернету и в строке адреса программы набрать адрес сервера, например:

http://www.yandex.ru

Работая с веб-серверами, можно получать интересующую вас информацию.

Работа с почтой в WWW

Работать с электронной почтой можно с использованием почтовых программ-клиентов, отправляющих и получающих почту путем взаимодействия с почтовыми серверами. Однако существуют системы, совмещающие в себе программу-клиент и программу-сервер. Для работы с такими системами не требуется специальное программ-

81

ное обеспечение, так как они основаны на работе с WWW. Все действия выполняются пользователем прямо в окне браузера. Все программные операции осуществляются на сервере в ответ на запросы пользователя.

Почтовые системы, основанные на веб-технологии, снимают зависимость от провайдера и позволяют работать с вашим почтовым ящиком с любого компьютера, имеющего выход в Интернет.

Примеры почтовых служб www.hotmail.com www.mail.ru

www.chat.ru

www.yes.ru

Многие почтовые службы предоставляют почтовую услугу бесплатно, а кроме того позволяют размещать на своих серверах собственные сайты.

Для работы с соответствующей почтовой службой необходимо зарегистрироваться на сайте данной службы, после чего вам будет выделен почтовый ящик.

Поисковые системы

Подключившись к Интернету, мы поучаем доступ к огромному числу информационных ресурсов. Количество имеющихся в Сети HTML-документов измеряется сотнями миллионов. Кроме того,

вИнтернете можно найти программы, изображения, звуковые файлы и т.д. Понятно, что для нахождения информации нужны специальные поисковые системы (ИПС).

ИПС размещаются в Интернете на общедоступных серверах. Основой поисковых систем являются поисковые машины, или автоматические индексы. Специальные программы-роботы («пауки»)

вавтоматическом режиме обследуют Интернет по определенным алгоритмам, поводя индексацию найденных документов. Созданные индексные базы данных используются поисковыми машинами для предоставления пользователю доступа к размещенной в Сети информации. Пользователь формирует запрос, который обрабатывается системой, после чего в окно браузера выдаются результаты обработки запроса.

Интерфейс всех ИПС построен примерно одинаково. Пользователю предлагается ввести запрос в специальное окно, а затем инициировать поиск нажатием соответствующей кнопки. Многие поисковые системы предоставляют пользователям задать дополнительные

82

критерии поиска, например указать определенные категории поиска (культура, наука, образование) или определенные сервера. Кроме того, на всех ИПС имеется возможность расширенного поиска, когда запрос составляется по определенным правилам с использованием формул поиска. Правила составления таких запросов описываются в справочных системах сайтов.

Примеры поисковых систем:
www.yandex.ru	www.hotbot.com
www.aport.ru	www.infoseek.com
www.altavista.ru	www.lycos.com

Кроме поисковых систем в Интернете существуют электронные каталоги документов, которые в отличие от автоматических поисковых систем составляются и упорядочиваются людьми. Ресурсы Интернета в каталогах упорядочены и распределены по тематическим категориям.

Примеры электронных каталогов www.rambler.ru

www.stars.ru

www.atrus.ru

www.yahoo.com

83

ГЛАВА 6 КОМПЬЮТЕРНОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ

В НАУЧНО ТЕХНИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЯХ

6.1.Роль эксперимента в физических исследованиях. Виды экспериментальных исследований

Физика в широком смысле слова – наука, познающая законы развития неживой природы. Современная физика исследует это развитие наиболее полно и глубоко.

Физика как наука со времени своего возникновения была и остается наблюдательной и в то же время экспериментальной наукой.

Наблюдение и эксперимент лежат в основе всего физического знания. В эксперименте исследователь в соответствии со своими целями познания изменяет, регулирует и контролирует условия, в которых протекают исследуемые явления. В наблюдении же исследователь не может влиять на условия, в которых протекают исследуемые явления. Он только фиксирует происходящее.

Для физики особенно существенное значение имеют те наблюдения и эксперименты, которые ведут к определению количественной стороны изучаемых явлений (нахождение численных значений физической величины, установление зависимости между физическими величинами в виде математического уравнения и т. п.). Для физика, таким образом, наблюдение и эксперимент всегда связаны с определением количественных характеристик изучаемых явлений.

Все эксперименты можно разделить на два класса: качественные

и количественные.

Целью качественного эксперимента, как правило более простого, является установление только факта существования явления. Обычно такой эксперимент не требует сложного оборудования.

Количественный эксперимент встречается чаще, чем качественный, и требует более сложного оборудования. Задачей количествен-

84

ного, или измерительного, эксперимента является установление количественных связей между параметрами, описывающими состояние объекта.

Эксперимент можно охарактеризовать по тому, где он проводится: в лаборатории или на производстве. Соответственно такие эксперименты называются лабораторными и промышленными.

Лабораторный эксперимент характеризуется тем, что объект исследований находится в условиях лаборатории и исследователь полностью контролирует условия опыта.

Промышленный эксперимент – это эксперимент, в котором промышленная установка (например, аэродинамическая труба, прочностной стенд, двигательный стенд и т. п.) применяется для сложного измерительного эксперимента.

Взависимости от того, проводится ли эксперимент с исследуемым объектом или с объектом, его замещающим (моделью), выделяют натурный эксперимент и модельный эксперимент. В модельном эксперименте исследования проводят на модели реального объекта, а полученные результаты и выводы пересчитывают на реальный объект. Например, испытания аэродинамических характеристик новых летательных аппаратов проводят на уменьшенных копиях в аэродинамической трубе, в которой поток воздуха с заданной скоростью обдувает закрепленную модель. Измерение аэродинамических нагрузок на модель дает информацию о поведении реального летательного аппарата, так как и модель, и самолет подчиняются одним

итем же законам аэродинамики.

Вкачестве модели объекта может выступать не только физический объект, сходный с ним по определенным характеристикам. Модель может носить условный характер, например, представлять собой набор математических уравнений, описывающих реальный объект.

6.2. Основы теории моделирования

Базовые понятия

Любые два объекта О1 и О2, являющиеся предметами человеческой деятельности, всегда в чем-то сходны и в чем-то различны. Особый интерес представляет ситуация, когда имеется существенное сходство между объектами О1 и О2. В этом случае возможно изучение важнейших свойств О1 с помощью объекта О2. Замещение объекта О1 объектом О2 для изучения и фиксации важнейших свойств О1 с помощью

85

О2 называют моделированием объекта О1 объектом О2. Замещаемый (моделируемый) объект называется оригиналом, или натурой, замещающий (моделирующий) – моделью. Модель – это заместитель оригинала, позволяющий изучить или фиксировать некоторые свойства оригинала.

Пример

При создании проекта теплохода требуется установить зависимость лобового сопротивления, которое он будет испытывать, от скорости хода. Рассчитать эту зависимость аналитически трудно. Вопрос решается созданием геометрически подобной модели меньших размеров и ее испытанием в аэродинамической трубе.

В общем случае процесс моделирования состоит из нескольких этапов:

1.Постановка задачи и определение важнейших свойств оригинала, подлежащих исследованию.

2.Констатация затруднительности или невозможности исследования оригинала в натуре.

3.Выбор модели, достаточно хорошо фиксирующей существенные свойства оригинала и легко поддающейся исследованию.

4.Исследование модели в соответствии с поставленной задачей.

5.Перенос результатов исследования модели на оригинал.

6.Анализ и проверка результатов.

Основными задачами теории моделирования являются выбор моделей и перенос результатов исследований на оригинал, которые решаются с помощью эффективных и достаточно общих методов.

Классификация моделей

Прежде всего все модели можно разбить на две группы: логические и материальные.

Логические модели подразделяются на образные, знаковые и образно-знаковые. Образные модели выражают свойства оригинала с помощью наглядных чувственных образов, имеющих прообразы среди элементов оригинала или объектов материального мира. Например, в кинетической теории газов частицы газа образно моделируются в виде упругих шаров, воздействующих друг на друга только в процессе столкновений.

86

Знаковые (символические) модели выражают свойства оригинала с помощью условных знаков или символов. К ним относятся математические выражения и уравнения, физические и химические формулы и т. п. Образно-знаковые модели обладают признаками образных и знаковых моделей (это схемы, графики, чертежи, рисунки и т. д.).

Материальные модели в отличие от логических существуют реально, т. е. являются объектами реального мира. Например, для исследования длительной работы генератора электрического тока на потребителя в качестве модели потребителя можно взять последовательно соединенные резистор и конденсатор.

Все модели можно также разбить на две большие группы: условные и аналогичные модели.

Условные модели выражают свойства и отношения оригинала на основании принятого условия или соглашения. У таких моделей сходство с оригиналом может отсутствовать. К условным моделям относятся все знаковые и образно-знаковые модели.

Аналогичные модели обладают сходством с оригиналом, достаточным для перехода к оригиналу на основании умозаключения по аналогии, т. е. на основании логического вывода, что оригинал, возможно, обладает некоторым признаком, имеющимся у модели, так как другие признаки оригинала сходны с признаками модели.

Особый класс условных моделей составляют математические модели, которые обеспечивают переход к оригиналу, фиксацию и исследование его свойств и отношений с помощью математических методов и представляют собой формулы, уравнения, графики, алгоритмы и т. д.

Условное моделирование

Условное моделирование – это замещение оригинала условной моделью, представляющей его только благодаря определенной договоренности о смысле, приписанном этой модели. Условными являются прежде всего знаковые модели. Знак или символ – это искусственный образ, чисто условно обозначающий вполне определенный объект и, как правило, не имеющий с этим объектом никакого сходства. Отдельный знак, т. е. простейшая модель, обладает ограниченными моделирующими возможностями. Он условно обозначает вещь, явление, действие, событие, свойство или отношение вещей, явлений, свойств и т. д. Однако в случае применения нескольких простейших знаковых моделей, т. е. системы знаков, эти возможности

87

резко возрастают. Примеры знаковых систем – национальные алфавиты, системы математических символов и т. д.

Условными являются также образно-знаковые модели, которые отличаются наглядностью и могут обладать определенным сходством с оригиналом. Примеры образно-знаковых систем – структурные схемы, чертежи, рисунки.

К знаковым и образно-знаковым системам относят все математические формы выражения количественных отношений между переменными и постоянными величинами, т. е. функции, уравнения, неравенства, таблицы и т. п. Поэтому условным моделированием занимается каждый, кто применяет математические методы при решении различных задач. Практически при этом приходится иметь дело с математическими описаниями материальных объектов, являющимися условными логическими моделями этих материальных объектов.

Аналогичное моделирование

Аналогия – это сходство различных объектов по некоторым признакам. Объекты, сходные по соответствующим признакам, называют аналогами, а признаки, по которым объекты оказываются аналогами, – сходственными.

Умозаключение по аналогии основано на предположении существования тождественного в различном и выполняется по следующей схеме:

1)установлено, что объект О1 обладает свойствами С0, …Сn1, С’1,

...С’n2;

2)установлено, что объект О2 обладает свойствами С1, …Сn1, С’1,

...С’n2;

3)вывод: возможно, объект О1 обладает свойством С0, как и объ-

ект O2.

Умозаключение по аналогии имеет гипотетический характер. Оно может привести как к истинному, так и к ложному выводу.

Пример

Поскольку организм человека и организмы млекопитающих животных имеют общую биохимическую природу, то испытания новых лекарственных препаратов можно проводить на животных.

Аналогия имеет большое общенаучное значение. Она широко используется для придания наглядности сложным явлениям при их изучении.

Аналогичное моделирование – это замещение оригинала аналогичной моделью, обладающей сходством с оригиналом, достаточным

88

для экстраполяции ее свойств и отношений в свойства и отношения оригинала на основании умозаключения по аналогии.

Аналогичное моделирование используется обычно при сравнительно слабой изученности оригинала, когда имеющиеся сведения о его свойствах носят только качественный характер.

Задание

Придумать примеры различных видов моделей.

6.3.Математическое моделирование и компьютерный эксперимент

Понятие математической модели

Математическими называют модели, обеспечивающие переход к оригиналу, фиксацию и исследование его свойств и отношений с помощью математических методов.

Математическое моделирование – это замещение оригинала математической моделью, обеспечивающей фиксацию и исследование свойств и отношений оригинала, а также переход к оригиналу с помощью математических методов. Особое значение среди математических моделей имеют подобные модели, обеспечивающие перенос данных на основании подобия.

Сходство объектов по их математическому описанию, т. е. математическая аналогия, при определенных условиях превращается в математическое подобие или просто подобие. Подобие – это полная математическая аналогия при наличии пропорциональности между сходственными переменными, неизменно сохраняющаяся при всех возможных значениях этих переменных, удовлетворяющих сходственным уравнениям.

Математическое описание конкретного объекта может иметь разнообразную форму. В простейшем случае это явная функция, выражающая переменную через ее аргументы:

y = f(x1, x2, x3, … xn) (y = f(xi), i = 1, 2, … n).

В более сложном случае это конечное уравнение вида

F(y, xi) = 0, i = 1, 2, … n,

выражающее зависимость y = f(xi) в неявной форме.

89

В еще более сложном случае это обыкновенное дифференциальное уравнение

F(y, y′, .. .y(n), xi, x′I, … xi(m), t) = 0,

связывающее независимую переменную t, известные функции xi = xi(t), неизвестную функцию y = y(t) и производные функций xi и y.

Наконец, математическим описанием может быть дифференциальное уравнение в частных производных.

Два объекта называются подобными, если:

1) они имеют сходственное математическое описание:

F(y1, x1i, t1k) = 0,	(6.1)
F(y2, x2i, t2k) = 0,	(6.2)

где y1, y2 – неизвестные функции; x1i , x2i – заданные функции независимых переменных t1k и t2k;

2) сходственные переменные, содержащиеся в математических описаниях, связаны постоянными коэффициентами пропорциональности, которые называют масштабами или константами подобия:

my = y1/ y2, mxi = x1i / x2i, mt = t1k / t2k.

(6.3)

При условии (5.3) сходственные уравнения (6.1)–(6.2) и функции, описывающие математические аналоги, а также содержащиеся в них сходственные переменные называют подобными. Подобные функции могут быть изображены в пространстве подобных переменных одной и той же кривой или поверхностью.

Пример

Сходственные функции y1 = x12 и y2 = 8 x22 подобны, если my = y1 / y2 =

= 2, mx = x1 / x2 = 4.

Для того чтобы убедиться, что данные функции изображаются одной кривой, постройте функции на одном графике, учитывая масштабные коэффициенты.

Особыми частными случаями подобия являются геометрическое, физическое и временное подобие. Геометрическое подобие – это подобие геометрических образов (точек, линий, поверхностей, фигур, тел). Физическое подобие – это подобие физически однородных объектов. Временное подобие – это подобие функций времени.

90