Слайд 2
План
Компьютерное информационное моделирование
Структуры данных: деревья, сети, графы, таблицы
Пример
структуры данных — модели предметной области
Алгоритм как модель деятельности
Слайд 3
Компьютерное информационное моделирование
Объектом информационного моделирования может быть всё
что угодно: отдельные предметы (дерево, стол); физические , химические
, биологические процессы, метеорологические явления (гроза, смерч); экономические и социальные процессы.
Слайд 4
Понятие модели
Объект – некоторая часть окружающего нас мира,
которая может быть рассмотрена как единое целое.
Свойства объекта
– совокупность признаков объекта, по которым его можно отличить от других объектов
Слайд 5
Модель – это упрощенное представление о реальном объекте,
процессе или явлении.
Моделирование – построение моделей для изучения объектов,
процессов, явлений.
Слайд 6
Материальные и информационные модели
Материальные модели иначе можно назвать
предметными или физическими. Они воспроизводят геометрические свойства оригинала и
имеют реальное воплощение.
Слайд 7
Примеры материальных моделей:
Детские игрушки (куклы – модель
ребенка, машинки – модели реальных автомобилей и т.д.).
Глобус
– модель планеты Земля.
Школьные пособия (скелет человека – модель реального скелета, модель атома кислорода и т.д.)
Физические и химические опыты.
Слайд 8
Информационная модель – совокупность информации, характеризующая свойства и
состояния объекта, процесса, явления, а также взаимосвязь с внешним
миром.
Примеры моделей:
Чертеж кухонной мебели – модель мебели для кухни.
Схема Московского метрополитена – модель метро.
График изменения курса евро – модель роста курса евро.
По способу реализации информационные модели делятся на компьютерные и некомпьютерные.
Слайд 9
СТРУКТУРЫ ДАННЫХ
ГРАФЫ
ИЕРАРХИЧЕСКИЕ СТРУКТУРЫ
ТАБЛИЦЫ
Данные, на которых базируется информационная модель,
представляют собой систему со всеми характерными признаками – элементным
составом, структурой, назначением. Такие структурированные системы данных называют структурами данных.
Слайд 10
ГРАФ – это средство для наглядного представления состава
и структуры системы.
Слайд 11
Сеть – граф, в котором вершины связаны между
собой по принципу «многие ко многим».
Ребро графа
Для сетей характерно
наличие замкнутых путей – циклов.
Вершина
графа
Вершины графа – это компоненты системы, изображаемые кругами, овалами, прямоугольниками и пр.
Ребро графа – это ненаправленная линия, связывающая компоненты между собой определенным образом.
Слайд 12
Ориентированный граф или несимметричная связь
I
II
IV
III
Пример:
Известно, что
существуют четыре группы крови человека. При переливании крови от
одного человека к другому не все группы совместимы.
На схеме показаны возможные варианты переливания крови
Дуги
Петля
Петля – линия, выходящая и входящая в одну и ту же вершину. Направленные линии называют дугами (в отличии от ребер неориентированных графов).
Слайд 13
Пример:
Район состоит их пяти поселков: Дедкино, Бабкино, Репкино,
Кошкино и Мышкино. Автомобильные дороги проложены между: Дедкино и
Бабкино, Дедкино и Кошкино, Бабкино и Мышкино, Бабкино и Кошкино, Кошкино и Репкино.
Это словесное описание – словесная модель. По ней можно построить следующую схему – граф.
Д
К
Р
М
Б
Неориентированный граф или симметричная связь
Слайд 14
Иерархические структуры - деревья
Дерево – это граф, предназначенный
для отображения вложенности, подчиненности, наследования между объектами. Между любыми
двумя его вершинами существует единственный путь. Деревья не содержат циклов и петель.
Корень (единственная вершина 1-го уровня)
Вершины 2-го уровня (Ветви)
Вершины 3-го уровня (Листья)
Слайд 15
Российская Федерация
Административная структура Российской Федерации
Центральный округ
Приволжский округ
Уральский округ
Северо-Западный
округ
Курганская обл.
Тюменская обл.
ХМАО-Югра
ЯНАО
Сургут
Радужный
Нижневартовск
Примеры иерархических структур - деревьев
Слайд 16
Династия Рюриковичей
Примеры иерархических структур - деревьев
Слайд 17
Каждая строка относится к конкретному объекту
Таблицы отражают взаимосвязь
между различными объектами
Таблица – универсальное средство представления информации. В
таблице может содержаться информация о различных свойствах объектов, об объектах одного класса и разных классов, об отдельных объектах и группах объектов.
Двоичные матрицы отражают качественную связь между объектами: есть связь или нет связи
Слайд 18
Пример таблицы «объект-свойство»
Таблица 1. Административная структура Российской Федерации
Объект
– город
Свойства – принадлежность к соответствующим административно-географическим зонам
(Регион, Округ).
Таблица ОС – это таблица, в которой рассматриваются объекты, принадлежащие одному классу.
Слайд 19
Пример таблицы «объект-объект»
Таблица 2. Успеваемость
Таблица ОО – это
таблица, которая описывает пары объектов и только одно свойство.
В такой таблице строки и столбцы могут поменяться местами:
в строках – информация о предметах, в столбцах – об учениках.
Слайд 20
Двоичная матрица называется матрицей смежности: единицы стоят на
пересечении строк и столбцов с названием смежных (соединенных дорог)
поселков.
Пример таблицы «двоичная матрица» (матрица смежности)
Таблица 3 представляет собой двоичную матрицу, соответствующую структуре сети на слайде
Таблица 3. Дорожная сеть
Слайд 21
Пример структуры данных — модели предметной области
Слайд 22
1 этап
План приёма в университет
Факультеты
Специальности на каждом факультете
План
приёма на каждую специальность
Слайд 23
Все данные о которых говорилось выше, могут быть
объединены в трёхуровневую иерархическую структуру, представленную в виде графа.
Слайд 24
Университет
Юридический
Исторический
Экономический
История
Политология
Финансы и
кредит
Бухгалтерский
учёт
Кротов
Анохин
Петров
Волков
Иванова
Смирнов
Кузин
Сидорова
Слайд 25
Для каждого уровня дерева создаётся таблица
своего типа.
Таблица 1.Факультеты
Слайд 27
При описании структуры таблицы достаточно указать её имя
и перечислить заголовки всех столбцов
Слайд 28
Третий уровень дерева начинает формироваться на втором
этапе работы приёмной комиссии. Абитуриенты пишут заявления о допуске
к поступлению, сдают необходимые документы, заполняют анкету. Каждому присваивается его личный идентификатор – номер регистрации. Далее под этим номером абитуриент будет фигурировать во всех документах.
Слайд 29
Для каждого абитуриента готовится анкета, куда заносятся его
исходные данные (фамилия, имя, отчество, дата рождения и другие
сведения, нужные приёмной комиссии), сведения о факультете и специальности, на которую он поступает.
Слайд 30
В процессе сдачи экзаменов в анкету будут заноситься
полученные оценки. Последней записью в анкете будет запись «зачислен»
или
«не зачислен».
Всю таблицу с перечисленными данными назовём АБИТУРИЕНТЫ.
Слайд 31
Возникает вопрос: как в полученных таблицах отражена связь
между ними, которая явно обозначена на графе?
Такая связь между
таблицами существует за счёт имеющихся в них общих (совпадающих) полей.
В таблицах ФАКУЛЬТЕТЫ и СПЕЦИАЛЬНОСТИ общее поле «Название факультета».
В таблицах СПЕЦИАЛЬНОСТИ и АБИТУРИЕНТЫ общее поле «Название специальности».
Слайд 32
Алгоритм как модель деятельности
Алгоритм – это понятное и
точное предписание конкретному исполнителю совершить конечную последователь-ность действий, приводящую
к поставленной цели.
Слайд 33
Алгоритм является информационной моделью деятельности исполнителя. Такую модель
будем называть алгоритмической.
Рис. Этапы движения от цели к результату.
Определение
цели
Построение
плана-
алгоритма
Работа
исполнителя
Получение
результата
Модель
работы
исполнителя
Слайд 34
Система команд исполнителя
Чтобы построить реальный
план-алгоритм, нужно знать возможности исполнителя. Эти возможности определяются СКИ.
Составляя алгоритм нельзя выходить за рамки СКИ.
Проще построить алгоритм для программно управляемого автомата, чем для человека. Для автомата СКИ – это строго определённый набор команд на формализованном языке описания алгоритмов. Такие языки называются языками программирования, а алгоритм – программой.
СКИ человека невозможно полностью описать.
нет
да нет
Алгоритм для исполнителя-компьютера.
Слайд 36
Алгоритм для исполнителя-компьютера.
Алгоритмический язык
Алг Половинное деление
Цел А, В,
Х
Начало
Ввод А, В, Х
Пока А≠В, повторять
Нц
Если Х≤(А+В)/2
То
В:=ЦЕЛ((А+В)/2)
Иначе А:=ЦЕЛ((А+В)/2)+1
Кц
Вывод А
Конец
Слайд 37
Структурное программирование
Структура построенного алгоритма – цикл с вложенным
ветвлением.
Любой алгоритм можно построить из сочетания трёх основных
алгоритмических структур: следования, ветвления и цикла. Это утверждение – основа методики, которая называется структурным программированием.
Если алгоритм построен структурно, то легко перейти от описания алгоритма к программе.
Слайд 38
Трассировка алгоритма - модель работы процессора.
Программа выполняется по
шагам (первый
столбец таблицы).
В столбце «Команда алгоритма»
отображается содержимое регистра команд процессора, куда помещается очередная команда.
Слайд 39
В столбце «Переменные» отображается содержимое ячеек памяти, отведённых
под переменные величины.
В графе «Выполняемое действие» отражаются действия, выполняемые
арифметико-логическим устройством процессора.