Информационные системы. Информационные модели и их виды — тренажёр для 8 класса

Определение

Информационная система (ИС) — это взаимосвязанная совокупность данных, программных и технических средств, а также людей, обеспечивающая хранение, обработку и выдачу информации для решения задач конкретной области. Школьный электронный журнал, система продажи железнодорожных билетов, поисковая машина, база данных поликлиники — примеры ИС разного назначения.

Внутри любой информационной системы данные хранятся не как беспорядочный набор сведений, а в виде информационной модели — описания объекта, процесса или явления средствами языка (текста, чисел, таблиц, схем, формул), которое сохраняет только существенные для решаемой задачи свойства оригинала.

Цель моделирования — заменить исследование реального объекта исследованием его заместителя там, где оригинал недоступен, опасен, дорог или слишком велик. Модель Солнечной системы, план эвакуации, расписание уроков, чертёж моста решают именно эту задачу.

Переход от расплывчатого описания к строгой модели обеспечивает формализация — замена содержательного описания объекта его описанием на формальном языке: с помощью чисел, символов, таблиц, графов, формул. Формализация превращает житейское «поезд идёт быстро» в запись v = 90 км/ч.

Ключевые правила

Информационная модель строится всегда под конкретную цель, а не «вообще про объект» — от цели зависит, какие свойства оригинала сохранятся, а какие отбросятся.

1. Один объект — множество моделей. Человек в модели поликлиники описан диагнозами, в модели школы — оценками, в модели банка — счётом. Меняется цель — меняется модель.
2. Модель проще оригинала. Модель отражает существенные признаки и сознательно игнорирует остальные. Глобус передаёт форму и расположение материков, но не передаёт рельеф в реальном масштабе.
3. Вид модели определяется структурой связей. Равноправные объекты с одинаковым набором свойств → таблица; отношение «часть — целое», «начальник — подчинённый» → иерархия (дерево); связи «каждый с каждым» → сеть (граф).
4. Формализация предшествует расчёту. Пока величины не обозначены буквами и не связаны формулой, задачу нельзя передать компьютеру.
5. Модель оценивается по адекватности. Адекватность — соответствие модели оригиналу по тем свойствам, ради которых модель создавалась. Проверка адекватности — сравнение выводов модели с реальными данными.

Разбор примеров

Пример 1. Расписание уроков 8 «А» класса. В строках — номера уроков, в столбцах — дни недели, в ячейках — названия предметов. Каждая ячейка задаёт значение признака для пары «день — урок», все объекты однотипны. Вывод: перед нами табличная модель типа «объект — объект», удобная тем, что поиск данных сводится к пересечению строки и столбца.

Пример 2. Файловая структура диска. Папка Школа содержит папки Информатика и Алгебра, внутри Информатика — файлы модели.docx и тест.pdf. Каждый элемент имеет ровно одного «родителя», ветвление идёт сверху вниз без замыканий. Вывод: перед нами иерархическая модель (дерево); её признак — отношение подчинения и единственность пути от вершины к любому элементу.

Пример 3. Схема линий метро. Станции соединены линиями, между двумя станциями существует несколько маршрутов, есть пересадочные узлы, связи замыкаются в кольцо. Единственного «главного» элемента нет. Вывод: перед нами сетевая модель (граф), где вершины — станции, рёбра — перегоны; такая модель нужна, когда объекты связаны произвольно.

Пример 4. Формализация задачи о движении. Условие «велосипедист проехал путь за 2 часа со скоростью 12 км/ч» превращается в запись: t = 2 ч, v = 12 км/ч, s = v · t, откуда s = 24 км. Словесное описание заменено буквенными обозначениями и формулой. Вывод: формализация — обязательный этап, после которого модель становится математической и пригодной для вычислений.

Пример 5. Проверка адекватности. Модель прогноза погоды предсказала +5 °С, фактически было +18 °С. Расхождение превышает допустимую погрешность, значит, существенные факторы учтены неверно. Вывод: модель признаётся неадекватной и подлежит уточнению — добавлению параметров или изменению формул.

Таблица

Типичные ошибки

Отождествление модели с оригиналом. Ошибка возникает из-за наглядности макетов и карт. Неправильно: «карта — уменьшенная копия местности». Правильно: карта — модель, сохраняющая взаимное расположение объектов и отбрасывающая цвет домов, запахи, звуки.

Смешение иерархии и сети. Причина — внешнее сходство схем со стрелками. Неправильно: назвать сетевой моделью структуру «директор → завучи → учителя». Правильно: единственный путь к каждому элементу и отсутствие циклов — признак дерева.

«Чем подробнее модель, тем лучше». Ошибка рождается из желания учесть всё. Неправильно: в модель расписания добавить рост и цвет глаз учителей. Правильно: включать только признаки, работающие на цель модели.

Подмена информационной модели натурной. Неправильно: назвать информационной моделью пластиковый макет самолёта. Правильно: макет — материальная (натурная) модель, а информационная модель самолёта — чертёж, таблица характеристик или система уравнений.

Пропуск этапа формализации. Ученик пытается сразу составить программу по словесному условию и путается в величинах. Правильно: сначала ввести обозначения и записать соотношения, затем переходить к алгоритму.

Пошаговый алгоритм

1. Сформулируйте цель моделирования: какой вопрос об объекте нужно решить.
2. Выделите объект моделирования и границы задачи.
3. Отберите существенные свойства и связи, отбросьте несущественные для цели.
4. Выполните формализацию: введите обозначения, единицы измерения, символы, названия признаков.
5. Определите тип связей между элементами: равноправие → таблица, подчинение → дерево, произвольные связи → граф, количественная зависимость → формула.
6. Постройте модель в выбранной форме и заполните её конкретными данными.
7. Проверьте адекватность: сравните результат, полученный по модели, с известными реальными данными или контрольным примером; при расхождении вернитесь к шагу 3.

Как запомнить

• «Цель → свойства → форма» — порядок построения любой информационной модели; менять шаги местами нельзя.
• Определение вида по одному вопросу: «Кто с кем связан?» Все одинаковы → таблица; есть начальник → дерево; связаны как угодно → граф.
• Формализация = «слова → знаки»: пока в записи есть слова «быстро», «много», «скоро», формализация не завершена.
• Признак адекватности: модель адекватна, если её предсказание совпадает с фактом в пределах допустимой погрешности.
• Формула-напоминание: модель = оригинал − лишнее.