Моделирование и формализация

ВСТУПЛЕНИЕ 4
1. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ МОДЕЛИРОВАНИЯ 6
1.1. Понятие модели 6
1.1.1. Основные определения 6
1.1.2. Типология моделей 7
1.2. Информационные модели 8
1.3. Процесс моделирования 10
1.3.1. Процесс абстрагирования и аналогия 10
1.3.2. Формализация 12
1.4. Этапы компьютерного моделирования 15
1.5. Этапы построения информационной модели 20
Выводы к первой главе 23
2. ПРАКТИЧЕСКИЕ ПРИМЕРЫ РАЗРАБОТКИ МОДЕЛЕЙ 25
2.1 Общая характеристика SADT методологии моделирования 25
2.2 Методологии, используемые в SADT технологии 26
2.2.1. Состав функциональной модели 26
2.2.2. Иерархия диаграмм 27
2.3 Проектирование модели деятельности библиотеки EPwin Process Modeler (BPwin) 30
2.4 Диаграммы декомпозиции (второго уровня) 32
2.5. Использование нотации IDEF3 для описания последовательности этапов процесса (PFDD) 34
2.6. Использование методологии ARIS при проектировании бизнес процессов 36
2.7.1. Описание нотации ARIS eEPC 37
2.7.2. Моделирование бизнес-процессов библиотеки в аннотации ARIS 38
Выводы ко второй главе 40
ВЫВОДЫ 41
ЛИТЕРАТУРА 42

На этапе анализа результатов выполняется исследование модели в соответствие целям, для которых модель создавалась. На этом этапе определяется насколько модель позволяет решить поставленные перед ней задачи. Именно по итогам этого этапа принимается решение: продолжать исследование или закончить.
Если результаты не соответствуют целям поставленной задачи, значит, на предыдущих этапах были допущены ошибки. В этом случае необходимо корректировать модель, то есть возвращаться к одному из предыдущих этапов. Процесс повторяется до тех пор, пока результаты компьютерного эксперимента не будут отвечать целям моделирования[6].
2.4. Этапы построения информационной модели
При разработке информационных моделей, в целом, этапы разработки соответствуют этапам разработки любой модели, но есть свои отличия, которые обусловлены спецификой именно информационной модели.
Как уже упоминалось раннее, для исследования информационных моделей различных объектов и систем наиболее эффективным является использование компьютера, что позволяет изучить их изменения в зависимости от значения тех или иных параметров. Процесс разработки информационных моделей и их исследования на компьютере можно разделить на несколько основных этапов.
На первом этапе исследования объекта или процесса строится описательная информационная модель, что соответствует первому этапу разработки. Такая модель выделяет существенные с точки зрения целей проводимого исследования параметры объекта, а несущественными параметрами пренебрегает, на этом этапе определяются цели и задачи модели, для которых модель строится вообще. На этом этапе определяется не одна модель, а целая группа моделей, каждая из которых будет реализовывать те или иные свойства и характеристики информационной системы, позволит рассмотреть информационную систему с разных ракурсов. На этом этапе элементы моделей формализуются в виде текста или элементов схем или диаграмм. Первый этап построения модели предполагает наличие некоторых знаний об объекте-оригинале. Познавательные возможности модели обусловливаются тем, что модель отображает (воспроизводит, имитирует) какие-либо существенные черты объекта-оригинала. Вопрос о необходимой и достаточной мере сходства оригинала и модели требует конкретного анализа. Очевидно, модель утрачивает свой смысл как в случае тождества с оригиналом (тогда она перестает быть моделью), так и в случае чрезмерного во всех существенных отношениях отличия от оригинала. Таким образом, изучение одних сторон моделируемого объекта осуществляется ценой отказа от исследования других сторон. Поэтому любая модель замещает оригинал лишь в строго ограниченном смысле. Из этого следует, что для одного объекта может быть построено несколько «специализированных» моделей, концентрирующих внимание на определенных сторонах исследуемого объекта или же характеризующих объект с разной степенью детализации.
На втором этапе создается формализованная модель целиком, то есть описательная информационная модель записывается с помощью какого-либо формального языка. В такой модели с помощью формул, уравнений и др. фиксируются формальные соотношения между начальными и конечными значениями свойств объектов, а также накладываются ограничения на допустимые значения этих свойств. На втором этапе модель выступает как самостоятельный объект исследования. Одной из форм такого исследования является проведение «модельных» экспериментов, при которых сознательно изменяются условия функционирования модели и систематизируются данные о её «поведении». Конечным результатом этого этапа является множество (совокупность) знаний о модели.
На третьем этапе формализованная информационная модель преобразуется в компьютерную модель, то есть преобразовывается в форму, которая предназначена для компьютерного представления.
Преобразование информационной модели в компьютерную форму рассматривается, чаще всего с двух позиций:
1) программирование модели, т.е. реализация модели средствами одного из языков программирования универсального (С++, Java, Python, и др.) или специального назначения (Fortran, FoxPro, Prolog, Lisp и др.), при этом используются специальные IDE редакторы (VisualStudio, NetBeans, Eclipse, IntelyIdea, VisualProlog и др.);
2) построение компьютерной модели на базе одной из методологий моделирования (SADT, UML, ARIS, BPMN и др.) для которых используются специальные CASE редакторы (ERWIN Process Modeler, Rational Rose, ArisExpress, BizagiStudio и др.).
CASE редакторы в большинстве случаев также могут генерировать программный код на одном из языков программирования, который хоть и требует доработки, но, в целом, позволяет определить структуру и каркас модели в программном исполнении. Следует отметить, что в какой бы форме не была представлена компьютерная модель, компьютер видит ее как некоторую программу. Таким образом, конечная цель создание компьютерной модели заключается в разработке программного кода. А с точки зрения человека при разработке компьютерной модели необходимо, чтобы она была представлена в виде, понятном для человека. Поэтому при разработке компьютерной модели необходимо разработать удобный человеко-ориентированный графический интерфейс, который позволит визуализировать формальную модель, а также реализовать интерактивный диалог человека с компьютером на этапе исследования модели. На третьем этапе осуществляется перенос знаний с модели на оригинал – формирование множества знаний. Одновременно происходит переход с «языка» модели на «язык» оригинала. Процесс переноса знаний проводится по определенным правилам. Знания о модели должны быть скорректированы с учетом тех свойств объекта-оригинала, которые не нашли отражения или были изменены при построении модели.
Четвертый этап исследования информационной модели состоит в проведении компьютерного эксперимента. Если компьютерная модель существует в виде программы на одном из языков программирования, ее нужно запустить на выполнение и получить результаты.
Если компьютерная модель исследуется в приложении, например в электронных таблицах, можно провести сортировку или поиск данных, построить диаграмму или график и так далее. Четвёртый этап  –практическая проверка получаемых с помощью моделей знаний и их использование для построения обобщающей теории объекта, его преобразования или управления им.
Пятый этап заключается в анализе полученных результатов и корректировке исследуемой модели. В случае отличия результатов, полученных при исследовании информационной модели, с измеряемыми параметрами реальных объектов можно сделать вывод, что на предыдущих этапах построения модели были допущены ошибки или неточности. Например, при построении описательной качественной модели могут быть неправильно отобраны существенные свойства объектов, в процессе формализации могут быть допущены ошибки в формулах и так далее. В этих случаях необходимо провести корректировку модели, причем уточнение модели может проводиться многократно, пока анализ результатов не покажет их соответствие изучаемому объекту.
Моделирование – циклический процесс. Это означает, что за первым четырёхэтапным циклом может последовать второй, третий и т. д. При этом знания об исследуемом объекте расширяются и уточняются, а исходная модель постепенно совершенствуется. Недостатки, обнаруженные после первого цикла моделирования, обусловленные малым знанием объекта или ошибками в построении модели, можно исправить в последующих циклах[7].
ВЫВОДЫ
В результате изученного можно сделать следующие выводы. Моделирование один из методов научного познания, когда некоторый объект, процесс реального мира после абстрагирования выделяют в некоторый идеальный объект или процесс, который в дальнейшем формализуют. В процессе моделирования выделяют 5 основных этапа Постановка задачи. Разработка модели. Преобразование модели в компьютерную форму. Компьютерный эксперимент. Анализ результатов моделирования.
Последний пятый этап, особый и не относится к разработке модели, а относится к анализу результатов моделирования.
Конечная цель моделирования – принятие решения, которое должно быть выработано на основе всестороннего анализа полученных результатов. Этот этап решающий – либо исследование продолжается (возврат на 2 или 3 этапы), либо заканчивается.
Основой для выработки решения служат результаты тестирования и экспериментов. Если результаты не соответствуют целям поставленной задачи, значит, допущены ошибки на предыдущих этапах. Это может быть слишком упрощенное построение информационной модели, либо неудачный выбор метода или среды моделирования,  либо нарушение технологических приемов при построении модели. Если такие ошибки выявлены, то требуется редактирование модели, т.е. возврат к одному из предыдущих этапов. Процесс продолжается до тех пор, пока результаты моделирования не будут отвечать целям моделирования.
Моделирование является одним из основных способов познания окружающего мира. Особенности моделирования заключаются в том, что оно практически не знает границ ни в реальном материальном мире ни в идеальном. Моделирование расширяет границы познания как в пространстве так и во времени.
Особую роль в жизнедеятельности человека имеет компьютерное моделирование, которое позволяет инсталлировать модели в компьютерную среду, что позволяет повысить качество моделирования, повышает наглядность моделей, их информационность.
В жизненном цикле разработки программного обеспечения моделирование рассматривается как один их обязательных этапов разработки. Так же моделирование используется в процессе проектирования программного обеспечения. Хотя следует отметить, что на любом этапе разработки программного обеспечения используется моделирование в том или другом виде.
Особое место в компьютерном моделировании занимает моделирование информационных систем. Данный вид моделирования не так оторван от жизни и не позволяет выйти за границы жизнедеятельности человека, но его использование позволяет оптимизировать существующие технологии и процессы и тем самым повысить качество жизни людей.
Знание технологий и методик моделирования позволит специалисту, не зависимо от рода и сферы деятельности двигаться вперед по пути технологического прогресса.
ЛИТЕРАТУРА
Википедия. Моделирование. Электронный ресурс. Режим доступа https://ru.wikipedia.org/wiki/Моделирование
Википедия. Модель. Электронный ресурс. Режим доступа https://ru.wikipedia.org/wiki/Модель
Горбань А.Н. Нейроинформатика. План-конспект с изложением по главам / А.Н. Горбань, В. Л. Дунин-Барковский, А. Н. Кирдин – Новосибирск: Наука. Сибирское предприятие РАН, 1998. — 321 с.
Терехов С. А. Нейросетевые информационные модели сложных инженерных систем // Нейроинформатика / А. Н. Горбань, В. Л. Дунин-Барковский, А. Н. Кирдин и др.. — Новосибирск: Наука. Сибирское предприятие РАН, 1998. — 296 с.
Федоров Н.В. Проектирование информационных систем на основе современных CASE-технологий. – М.: МГИУ, 2008. − 287 с.
Грекул В.И., Денищенко Г.Н., Коровкина Н.Л. Проектирование информационных систем. Интернет-университет информационных технологий. / В.И. Грекул, Г.Н. Денищенко, Н.Л. Коровкина // ИНТУИТ.ру. − 2008.
Черемных С.В., Ручкин В.С., Семенов И.О. Структурный анализ систем IDEF-технологии. / С.В. Черемных, В.С. Ручкин, И.О. Семенов – М.: Финансы и статистика, 2001.
Козленко Л. Проектирование информационных систем. / Л. Козленко.
Вендров А.М. Проектирование программного обеспечения экономических информационных систем. / А.М. Вендеров. – М.: Финансы и статистика, 2000.