На протяжении своей истории человечество использовало различные способы и инструменты для создания информационных моделей. Эти способы постоянно совершенствовались. Так, первые информационные модели создавались в форме наскальных рисунков. В настоящее время информационные модели обычно строятся и исследуются с использованием современных компьютерных технологий.

Описательные информационные модели. Такие модели отображают объекты, процессы и явления качественно, т. е. не используя количественных характеристик. Описательные информационные модели обычно строятся с использованием естественных языков и рисунков.

В истории науки известны многочисленные описательные информационные модели. Так, гелиоцентрическая модель мира Коперника на естественном языке формулировалась следующим образом:
- Земля вращается вокруг Солнца, а Луна вращается вокруг Земли;
- все планеты вращаются вокруг Солнца.

Однако более нагляден способ ее представления в виде рисунка (рис. 4.12).

Рис. 4.12. Описательная модель гелиоцентрической системы мира Коперника

В физике явление электростатического взаимодействия двух зарядов описывается на естественном языке так: "Два одноименных заряда отталкиваются, а два разноименных - притягиваются".

Для наглядности можно нарисовать линии напряженности электростатического поля и эквипотенциальные поверхности (рис. 4.13).

Рис. 4.13. Описательная модель взаимодействия электрических зарядов

В химии строение молекулы воды можно качественно описать на естественном языке: "Молекула воды состоит из атома кислорода и двух атомов водорода".

Для наглядности строение молекулы можно нарисовать (рис. 4.14).

Рис. 4.14. Описательная модель молекулы воды

Формализация информационных моделей. С помощью формальных языков строятся формальные информационные модели. Математика является наиболее широко используемым формальным языком. С использованием математических понятий и формул строятся математические модели. Математика включает различные формальные языки, с некоторыми из них (алгебра и геометрия) вы знакомитесь в школе.

В естественных науках (физике, химии и др.) строятся формальные модели явлений и процессов. В большинстве случаев для этого применяется универсальный математический язык алгебраических формул. Однако в некоторых случаях используются специализированные формальные языки (в химии - язык химических формул, в музыке - нотная грамота и т. д.).

Ньютон формализовал гелиоцентрическую систему мира, открыв закон всемирного тяготения и законы механики и записав их в виде формул.
В электростатике взаимодействие электрических зарядов описывается формулой закона Кулона.
В химии строение молекулы воды описывается химической формулой.

Процесс построения информационных моделей с помощью формальных языков называется формализацией.

В процессе познания окружающего мира человечество постоянно использует моделирование и формализацию. При изучении нового объекта сначала обычно строится его описательная информационная модель на естественном языке, затем она формализуется, т. е. выражается с использованием формальных языков.

Визуализация формальных моделей. В процессе исследования формальных моделей часто производится их визуализация. Для визуализации алгоритмов используются блок-схемы, пространственных соотношений между объектами - чертежи, моделей электрических цепей - электрические схемы. При визуализации формальных моделей с помощью анимации может отображаться динамика процесса, производиться построение графиков изменения величин и т. д.

В настоящее время широкое распространение получили компьютерные интерактивные визуальные модели. В таких моделях исследователь может менять начальные условия и параметры протекания процессов и наблюдать изменения в поведении модели.

В качестве примера визуализации формальной модели можно привести компьютерную визуальную интерактивную модель гидравлической машины (рис. 4.15).

Рис. 4.15. Компьютерная визуальная интерактивная модель гидравлической машины

В компьютерном эксперименте можно изменять площади поршней S₁ и S₂ и массы грузов m₁ и m₂ в обоих коленах и вывести формулу соотношения между площадями поршней и действующими на них силами.

1. Какие вы знаете описательные информационные модели?

2. Какие вы можете назвать формализованные информационные модели?

1. Какое значение получится на выходе схемы, если на вход подать а) число 3; б) число 1; в) число 25?

2. Построить таблицу по следующим данным: Средняя глубина Камского водохранилища - 6,5 м. Площадь Горьковского водохранилища - 1400 кв. км. Объем Рыбинского водохранилища - 25 куб. км. Напор Цимлянского водохранилища - 26 м. Площадь Братского водохранилища - 5300 кв. км. Средняя глубина Куйбышевского водохранилища - 10,4 м. Объем Цимлянского водохранилища - 24 куб. км. Площадь Рыбинского водохранилища - 4650 кв. км. Объем Братского водохранилища - 180 куб. км. Площадь Камского водохранилища - 1700 кв.км. Напор Куйбышевского водохранилища - 28 м. Средняя глубина Цимлянского водохранилища - 9,2 м. Напор Камского водохранилища - 21 м. Площадь Куйбышевского водохранилища - 5000 кв. км. Напор Рыбинского водохранилища - 25 м. Средняя глубина Братского водохранилища - 34 м. Объем Куйбышевского водохранилища - 52 куб. км. Напор Горьковского водохранилища - 18 м. Средняя глубина Рыбинского водохранилища - 5,5 м. Объем Камского водохранилища - 11 куб. км. Напор Братского водохранилища - 104 м. Площадь Цимлянского водохранилища - 2600 кв. км. По таблице построить гистограммы: сравнение объемов водохранилищ, сравнение средних глубин и площадей.