МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРИ РЕШЕНИИ ИНЖЕНЕРНЫХ ЗАДАЧ

Решение задач и моделирование

Любой материальный объект характеризуется бесчисленным множеством свойств, признаков и характеристик, но наши знания о материальном объекте конечны и относительны на любом этапе развития.

В процессе познания у человека (субъекта) формируется мысленный образ объекта, который обладает присущими этому объекту свойствами (цвет, запах, размеры, вес, изменчивость во времени и др.). Такой мысленный образ есть мысленная (идеальная) модель объекта (рис. 1.1).

Рис. 1.1. Схема формирования модели

Познавательный процесс человека носит целенаправленный характер, а именно: во всех случаях субъект решает некоторую задачу для достижения своих целей. Задача выделяет из бесконечного множества свойств объекта конечную совокупность и дает возможность перейти к обозримому по своим масштабам «заместителю» объекта – модели. Задача – это фильтр, позволяющий отсеять из всей информации об объекте несущественную.

Таким образом, задача определяет характер формируемой модели.

Рассмотрим несколько примеров.

Пример 1. Сконструируем трансформатор заданной мощности с возможным диапазоном изменения напряжений на первичной и вторичной обмотках. В качестве ограничений учтем требования по допустимым потерям холостого хода и работе на линейной части характеристики намагничивания сердечника и габаритам трансформатора.

В этом случае необходимо учитывать электрические, магнитные, конструктивные, геометрические, тепловые свойства трансформатора.

Вводить понятие модели без четкого указания задачи или задач неправомерно. Вне контекста задачи или класса задач понятие модели не имеет смысла.

Фундаментальным свойством модели является простота по отношению к объекту. Модель всегда «беднее» объекта в информационном отношении. «Точная модель» недоступна, как и сам оригинал.

Задача своими условиями и требованиями позволяет определить ограничения и допущения в построении любой модели.

Пример 2. Рассмотрим маятник – груз, подвешенный на нити. Модель (геометрическая) дана на рис. 1.2. Модель (математическая) движения маятника в общем является довольно сложным нелинейным дифференциальным уравнением, но при принятых допущениях, «дозволенных» задачей, это уравнение становится достаточно простым и легко решается. Перечислим допущения, которые принимаются при этом:

· размерами маятника пренебрегаем, и его масса сосредоточена в одной точке (пренебрегаем сопротивлением воздуха);

· растяжением нити пренебрегаем;

· массой нити пренебрегаем.

Вводится также ограничение: амплитуда колебаний пренебрежимо мала по сравнению с длиной нити.

При таких допущениях и ограничениях получается модель – математический маятник. Период малых колебаний математического маятника не зависит от массы маятника и амплитуды его колебаний. Уравнение движения маятника записывается в виде

где s – длина дуги, по которой маятник совершает движение; g – ускорение свободного падения; l – длина нити.

Как известно, наблюдения над колебаниями маятников используются для определения ускорения g силы тяжести в разных широтах земного шара.

Человечество за свою жизнь накопило огромное количество теорий и законов. Это практически достоверное обобщенное описание объектов реального мира.

Иногда для решения частных задач вводятся еще большие ограничения и допущения, которые упрощают известные теории и законы. В этом случае появляются модели моделей, в которые переходят все допущения и ограничения исходных моделей.

Классификация моделей

Существуют разные способы классификации моделей:

· по классам задач;

· по области использования;

· по способу представления и др.

Из классов задач , по которым разделяют модели, можно назвать: анализ, синтез, конструирование, проектирование, управление, утилизация и т. п.

По области использования модели разделяют:

· учебные – наглядные пособия, различные тренажеры, обучающие программы;

· опытные – копии объектов, которые используются для исследования объекта и прогнозирования его характеристик в будущем;

· научно-технические, используемые для исследования процессов и явлений (различные стенды, моделирующие физические и природные явления);

· игровые – военные, экономические, спортивные и деловые игры;

· имитационные, которые моделируют с той или иной точностью работу объекта в различных условиях и, как правило, с учетом случайных факторов. Алгоритм (компьютерная программа), реализующий имитационную модель, воспроизводит процесс функционирования системы во времени, причем имитируются элементарные события, составляющие процесс, с сохранением их логической структуры и последовательностью протекания во времени. Это позволяет по исходным данным получить сведения о состоянии процесса в определенные моменты времени, дающие возможность оценить характеристики системы. Примером имитационной модели может служить программа расчета аварийного переходного процесса в электроэнергетической системе, когда во время протекания процесса имитируются события срабатывания различной автоматики и коммутации оборудования системы.

Способ представления модели – наиболее важный признак классификации моделей.

Все модели можно разделить на две группы: материальные и идеальные (информационные). В свою очередь физические модели разделяют на физические, аналоговые и геометрически подобные (макеты) (рис. 1.3).

Рис. 1.3. Классификация моделей по способу представления

Физические модели имеют ту же природу, что и моделируемые объекты. Это, как правило, уменьшенные копии объектов, сохраняющие его основные физические свойства. Так, например, работу гидравлической турбины можно исследовать на лабораторной установке, воспроизводящей в масштабе настоящую турбину. Исследование работы генератора электростанции также можно выполнить на малой электрической машине переменного тока. Модели автомобилей, судов, самолетов, луноходов и других машин, которые являются физическими моделями, помогают инженерам исследовать механические, тепловые, электрические, магнитные, химические и другие свойства различных машин.

Иногда исследования проводятся на моделях, которые имеют отличную от исходного объекта физическую природу. Так, механические свойства движения вращающегося объекта (вала) можно исследовать на электрической модели, и, наоборот, токи и напряжения электрической цепи можно моделировать с помощью сил и скоростей элементов механической системы. Такие модели называют аналоговыми. Получило развитие направление моделирования с помощью специальных аналоговых вычислительных машин (АВМ), в отличие от цифровых вычислительных машин (ЦВМ).

Многие физические и аналоговые модели исследуются в динамике, т. е. изменении их параметров и свойств во времени. Моделирование предусматривает масштабирование не только по переменным модели, но и по времени; таким образом, процессы, протекающие в моделях, воспроизводятся в замедленном или ускоренном движении.

Геометрически подобные модели – это макеты зданий, сооружений и природных объектов. Они изготавливаются для решения учебных, архитектурных, экологических и инженерных задач.

Идеальные модели носят информационный характер. Они возникают и строятся в сознании людей и используются как любая информация. Можно сказать, что информация – это модель окружающего нас мира. Идеальные модели в зависимости от средств их изображения, передачи, хранения и использования подразделяются на знаковые и вербальные.

Знаковые модели используют какой-либо формализованный язык – литературный, математический, алгоритмический и др. Вербальными можно считать образные модели в сознании людей и передаваемые ими посредством разговорной речи.

Знаковые и вербальные модели взаимосвязаны. Мысленный образ, родившийся в мозгу человека, может быть облечен в знаковую форму, и, наоборот, знаковая модель позволяет сформировать в сознании верный мысленный образ.

Знаковые модели, записанные на каком-либо носителе (бумажном, магнитном, электрическом, оптическом и др.), передаются между людьми, обрабатываются на компьютерах и сохраняются для следующих поколений. В зависимости от этого можно выделить несколько видов знаковых моделей: дескриптивные, имитационные, алгоритмические, математические, базы данных и знаний.

Математическое представление об объекте должно согласовываться с возможностью дальнейшего анализа и исследования объекта по его математической модели. Каждый объект и система могут моделироваться на разных иерархических уровнях восприятия человеком окружающего мира. Принято разделять моделирование технических объектов по трем уровням: микро-, макро- и метауровень. На каждом из этих уровней применимы свои классы моделей, различающиеся главным образом представлением пространства и времени. Описание моделей разных иерархических уровней дано в разд. 1.6–1.8.

New Page 2

Моделирование систем. Урок 5. Модель "Маятник".

Это последний урок из серии "Моделирование систем", публикуемый в бесплатном разделе. Начиная со следующего, публикация уроков будет продолжена в . В бесплатном же разделе иногда, возможно, будут опубликованы некоторые отдельные статьи, посвященные моделированию систем.

Исходники к уроку можно скачать .

Сегодня мы разработаем программу для моделирования простейшего пружинного маятника. Сначала разработаем математическую модель. И так, маятник у нас имеет массу m, в текущий момент времени он находиться в положении x, имеет скорость v и ускорение a. На него действует сила натяжения пружины F, которая равна

F= -Fx * x

где Fx - удельная сила натяжения пружины. Знак минус означает, что пружина тянет маятник в сторону, противоположную смещению маятника из положения равновесия.

Сила натяжения пружины создает маятнику ускорение

a=F/m

Скорость маятника меняется по формуле:

v=v0+a*t

где v0 - старая скорость, a - ускорение, t - размер кванта времени.

За квант времени t местоположение маятника меняется по такому закону:

x=x+v*t

Теперь реализуем это программно:

class Pendulum : BaseClass /// /// Координата x маятника /// public double x { get ; set ; } /// /// Масса маятника /// public double m { get ; set ; } /// /// /// public double Fx { get ; set ; } private double _F; /// /// Сила натяжения пружины /// public double F get return _F; /// /// Скорость движения маятника /// public double v { get ; set ; } /// /// Ускорение маятника /// public double a { get ; set ; } /// /// Размер кванта времени /// public double quantumTimeSize { get ; set ; } /// /// Отработка одного кванта времени /// public void quantumTime() F = - Fx * x; A = F / m; //вычислим ускорение, создаваемое силой натяжения пружины /// /// Заголовок класса /// /// Заголовок класса public override string GetClassCaption() return "Маятник" ;

для тестирования вновь создадим форму с Chart, как это делали на :

Вот как у нас будет выглядеть процедура симуляции:

Pend.a = Convert .ToDouble(tba.Text); Pend.Fx = Pend.m = Convert .ToDouble(tbm.Text); Pend.v = Convert .ToDouble(tbv.Text); Pend.x = Convert .ToDouble(tbx.Text); Chart.Series.Clear(); Chart.Series.Add(" Коордианат x" ); Chart.Series.Add(" Скрость v" ); Chart.Series.Add(" Ускорение a" ); Chart.Series.ChartType = SeriesChartType .Line; Chart.Series.BorderWidth = 3; Chart.Series.ChartType = SeriesChartType .Line; Chart.Series.BorderWidth = 3; for (int i = 1; i < cn; i++) pend.quantumTime();

И вот как будет выглядеть график движения маятника:

теперь немножко усложним модель и добавим к ней внешнее воздействие - кратковременные толчки силой Fp, длительностью N квантов времени и периодичность M квантов времени. Для этого нам надо немного переделать класс Pendulum:

Using System; Using System.Collections.Generic; Using System.Linq; Using System.Text; Namespace WindowsFormsApplication1 class Pendulum : BaseClass /// /// Координата x маятника /// Public double x { get ; set ; } /// /// Масса маятника /// public double m { get ; set ; } /// /// Удельная сила натяжения пружины /// Public double Fx { get ; set ; } /// /// Внешняя сила /// public double Fp { get ; set ; } /// /// Длительность импульса внешней сила, квантов времени /// public double N { get ; set ; } /// /// Периодчиность следования импульстов, квантов времени /// public double M { get ; set ; } private double _F; private double _n; private double _m; /// /// Сила натяжения пружины /// public double F get Return _F; /// /// Скорость движения маятника /// public double v { get ; set ; } /// /// Ускорение маятника /// public double a { get ; set ; } /// /// Размер кванта времени /// Public double quantumTimeSize { get ; set ; } public Pendulum() N = 0; M = 0; /// /// Отработка одного кванта времени /// Public void quantumTime() double _Fp=0; if (_m == 0) N = N; M = M; else M = _m-1; if (_n != 0) Fp = Fp; N = _n - 1; else Fp = 0; V = v + a * quantumTimeSize; //вычислим изменения скорости X = x + v * quantumTimeSize; //вычислим новое положение маятника на оси x F = - Fx * x; //вычислим силу натяжения пружины A = (_Fp + F) / m; //вычислим ускорение, создаваемое силой натяжения пружины и внешней силой /// /// Заголовок класса /// /// Заголовок класса Public override string GetClassCaption() return " Маятник " ;

ну, и, соответственно, чуть чуть внесем изменения в процедуру симуляии:

private void btnSimul_Click(object sender, EventArgs e) Pendulum pend = new Pendulum (); Pend.a = Convert .ToDouble(tba.Text); Pend.Fx = Convert .ToDouble(tbFx.Text); Pend.m = Convert .ToDouble(tbm.Text); Pend.quantumTimeSize = Convert .ToDouble(tbquantumTimeSize.Text); Pend.v = Convert .ToDouble(tbv.Text); Pend.x = Convert .ToDouble(tbx.Text); Pend.M = Convert .ToDouble(tb_M.Text); Pend.N = Convert .ToDouble(tbN.Text); Pend.Fp = Convert .ToDouble(tbFp.Text); Chart.Series.Clear(); Chart.Series.Add(" Коордианат x" ); Chart.Series.Add(" Скрость v" ); Chart.Series.Add(" Ускорение a" ); Chart.Series.ChartType = SeriesChartType .Line; Chart.Series.BorderWidth = 3; Chart.Series.ChartType = SeriesChartType .Line; Chart.Series.BorderWidth = 3; Chart.Series.ChartType = SeriesChartType .Line; Chart.Series.BorderWidth = 3; int cn = Convert .ToInt32(tbCount.Text); for (int i = 1; i < cn; i++) Chart.Series.Points.AddXY(i, pend.x); Chart.Series.Points.AddXY(i, pend.v); Chart.Series.Points.AddXY(i, pend.a); pend.quantumTime();

Теперь посмотрим, как будет вести себя система при разном значении частоты толчков:

Если частота близка к резонансной.

Задание N 1.

Объем текстовой информации в сообщении на 40 страницах (на странице 40 строк по 80 символов в каждой) в кодировке ASCII равен…

Решение:

Объем текстовой информации вычисляется так: сначала определяется количество символов в тексте. В данном примере В кодировке ASCII каждый символ имеет 8-битовый код, т.е. занимает 1 байт. Следовательно, объем равен 128000 (байт). Переведем объем в килобайты., поэтому объем в килобайтах равен(Кбайт)

Задание N 2

Отрицательное число –2009 в 16-разрядном компьютерном представлении будет равно … Решение:

Для представления отрицательных чисел в компьютере используют дополнительный код. Дополнительный код представляет собой дополнение модуля отрицательного числа до 0. Алгоритм получения дополнительного кода для отрицательного числа состоит из 3-х шагов. Шаг 1: Записать модуль числа в прямом коде в n двоичных разрядах. Число 2009 в двоичной системе счисления равно 11111011001. Прямой 16-разрядный код числа 2009 равен 0000011111011001. Шаг 2: Получить обратный код, инвертируя значения всех битов в прямом коде числа. В нашем примере получим обратный код: 1111100000100110. Шаг 3: Прибавить 1 к полученному обратному коду. . Итак, отрицательное число –2009 в 16-разрядном компьютерном представлении будет равно1111100000100111 .

Задание N 3.

Записанное в шестнадцатеричной системе счисления число Е7F,8 16 в десятичной системе будет иметь вид (с точностью до двух знаков после запятой) …

Решение:

Для перевода используем формулу: гдеa – цифра данной системы счисления, n – номер старшего разряда числа, m – число знаков после запятой. E7F,8 16 = 14*16 2 + 7*16 1 + 15*16 0 + 8*16 -1 = 14*256 + 112 + 15 + 8*0,0625 = 3584 + 127 + 0,5 = 3711,50 10 .

Задание N 4.

В результате упрощения логического выражения получится выражение… Решение:

Необходимо вспомнить (по порядку применения) следующие законы алгебры логики: законы де Моргана, двойного отрицания, ассоциативности, дистрибутивности, равносильности, поглощения констант.

Задание N 5.

На рисунке представлено условное графическое изображение логической схемы. Связь между выходом z и входами х и у для данной логической схемы записывается в виде …

Решение:

На рисунке в вопросе представлено условное обозначение логической схемы И-НЕ . Схема И-НЕ является комбинацией элемента И и инвертора (НЕ ). Она осуществляет операцию отрицания результата схемы И . Связь между выходом и входами x и y схемы записывается в виде и читается как «инверсия x и y».

Задание N 6.

Общие принципы функционирования ЭВМ предложил…

Решение:

Джон фон Нейман сформулировал общие принципы функционирования ЭВМ: 1. Принцип программного управления. Этот принцип обеспечивает автоматизацию процессов вычислений на ЭВМ. 2. Принцип однородности памяти. Отсутствие принципиальной разницы между программой и данными дало возможность ЭВМ самой формировать для себя программу в соответствии с результатом вычислений. 3. Принцип адресности. Структурно основная память состоит из пронумерованных ячеек. Процессору в произвольный момент времени доступна любая ячейка. 4. Принцип двоичного кодирования. Согласно этому принципу вся информация, поступающая в ЭВМ, кодируется с помощью двоичных сигналов. По мнению фон Неймана, компьютер прежде всего должен иметь следующие устройства : 1. Арифметическо-логическое устройство, которое выполняет арифметические и логические операции. 2. Устройство управления, которое организует процесс выполнения программ. 3. Запоминающее устройство для хранения программ и данных. 4. Внешние устройства для ввода-вывода информации. Компьютеры, построенные на этих принципах, относят к типу фон-неймановских. На сегодняшний день это подавляющее большинство компьютеров. Но есть и компьютерные системы с иной архитектурой, например, системы для параллельных вычислений.

Задание N 7.

Процессоры на основе x86 команд, вплоть до Pentium 4, имели CISC архитектуру.

Решение:

Все х86-процессоры, вплоть до Pentium 4, являлись CISC-процессорами. CISC (англ. Complex Instruction Set Computing ) – концепция проектирования процессоров, которая характеризуется следующим набором свойств: - нефиксированное значение длины команды; - кодирование арифметических действий в одной инструкции; - небольшое число регистров, каждый из которых выполняет строго определенную функцию.

Задание N 8.

Минимальный перечень устройств, необходимых для работы каждой ЭВМ архитектуры Джона фон Неймана, обязательно включает в себя …

оперативную память

процессор

устройства ввода-вывода

Задание N 9.

Промежуточный буфер с быстрым доступом, содержащий копию той информации, которая хранится в памяти с менее быстрым доступом, но с наибольшей вероятностью может быть оттуда запрошена, называют …

Решение:

Промежуточный буфер с быстрым доступом, содержащий копию той информации, которая хранится в памяти с менее быстрым доступом, но с наибольшей вероятностью может быть оттуда запрошена, называют кэш-памятью . Доступ к данным в кэше идет быстрее, чем выборка исходных данных из медленной памяти или их перевычисление, за счет чего уменьшается среднее время доступа.

Задание N 10.

К основным характеристикам монитора или проектора не относятся(-ятся) …число точек на дюйм

Решение:

Основной характеристикой мониторов и проекторов в плане качества демонстрируемых изображений являются максимальное число отображаемых пикселей по вертикали и горизонтали , а также глубина цвета (количество воспроизводимых цветов), максимальная яркость и контрастность . Часто первую характеристику заменяют парой – размером экрана (диагонали) и размером зерна (элемента изображения). Большое число точек на единицу длины не так важно для мониторов, в отличие от сканеров, поскольку размеры зерна мониторов обычно меньше размеров одного пикселя воспроизводимого цифрового изображения.

Задание N 11

В состав интегрированной системы программирования входят … Текстовый редактор, Редактор связей

Решение:

Процесс создания программ включает в себя следующие этапы: составление исходного кода программы на языке программирования; этап трансляции, необходимый для создания объектного кода программы; создание загрузочного модуля, готового к исполнению. Совокупность этих программных средств входит в состав систем программирования.Системы программирования (или инструментальное программное обеспечение ) – это системы для автоматизации разработки новых программ на языке программирования. В самом общем случае для создания программы на выбранном языке программирования нужно иметь следующие компоненты: 1. Текстовый редактор для создания и редактирования исходного кода программы на языке программирования. Так как текст программы записывается с помощью ключевых слов, обычно происходящих от слов английского алфавита, и набора специальных символов для записи всевозможных операций, то формировать этот текст можно в любом редакторе, получая в итоге текстовый файл с исходным текстом программы. Однако лучше использовать специализированные редакторы, которые ориентированы на конкретный язык программирования и позволяют в процессе ввода текста выделять ключевые слова и идентификаторы разными цветами и шрифтами. 2. Компилятор . Исходный текст с помощью программы-компилятора переводится в промежуточный объектный код. Исходный текст большой программы состоит из нескольких модулей (файлов с исходными текстами). Каждый модуль компилируется в отдельный файл с объектным кодом, которые затем надо объединить в одно целое. Кроме того, надо добавить машинные коды подпрограмм, реализующих различные стандартные функции (например, функции sin или ln ). Такие функции содержатся в специальных библиотеках, которые поставляются вместе с компилятором. 3. Редактор связей , который выполняет связывание объектных модулей и машинного кода стандартных функций, находя их в библиотеках, и формирует на выходе работоспособное приложение – исполнимый код. Исполнимый код – это законченная программа, которую можно запустить на любом компьютере, где установлена операционная система, для которой эта программа создавалась. Как правило, итоговый файл имеет расширение .ЕХЕ или .СОМ .

Задание N 12.

По реализации интерфейса пользователя операционные системы разделяются на …

Решение:

По реализации интерфейса пользователя различают неграфические и графические операционные системы. В неграфических ОС реализован интерфейс командной строки . Основным устройством управления в этом случае является клавиатура. Управляющие команды вводятся в поле командной строки, где их можно и редактировать. Исполнение команды начинается после нажатия клавиши ЕNTER. В графических ОС реализован более сложный тип интерфейса, в котором в качестве устройства управления кроме клавиатуры может использоваться мышь или другое устройство позиционирования. Работа в графической ОС основана на взаимодействии активных и пассивных экранных элементов управления. В качестве активного элемента управления выступает указатель мыши – графический объект, перемещение которого на экране синхронизировано с перемещением мыши. В качестве пассивных элементов управления выступают графические элементы управления приложений (экранные кнопки, значки, переключатели, флажки, строки меню, раскрывающиеся списки и т.п.).

Задание N 13.

Определите, какую из приведенных последовательностей символов допустимо использовать в качестве имени файла.Любимые_стихи_Александр_Блок.doc

Решение:

Начиная с операционной системы Windows95 допускается использование «длинных» имен файлов. Такое имя может содержать до 255 символов. «Длинное» имя может содержать любые символы, кроме девяти специальных: \ / ? : * " > < | . В имени разрешается использовать пробелы и несколько точек. Расширением имени считаются все символы, идущие после последней точки.

Задание N 14.

Увеличенная первая буква в начале раздела документа, иногда украшенная орнаментом, рисунком и т.д. – это … буквица

Задание N 15.

При копировании содержимого ячейки C3 в ячейку E6 в ячейке E6 была получена формула =C4+$B4+E$1+$D$1. В ячейке C3 была записана формула… =A1+$B1+C$1+$D$1

Задание N 16.

Дан фрагмент электронной таблицы в режиме отображения формул. После выполнения вычислений была построена диаграмма по значениям диапазона ячеек A1:A4. Укажите получившуюся диаграмму.

Задание N 17.

Графическим форматом, поддерживающим не более 256 цветов, является GIF -формат. Решение:

GIF – это формат обмена графическими данными, не зависящий от аппаратного обеспечения и разработанный информационной службой CompuServe в 1987 г. для эффективной пересылки графики по электронной почте. Широко используется для хранения простых растровых изображений , содержащих большие поля одного цвета. Изображение может иметь максимальный размер 65536×65536 пикселей и 256 цветов . Формат GIF способен хранить сжатые данные без потери качества в формате до 256 цветов. В 1989 г. формат был модифицирован, были добавлены поддержка прозрачности и анимации . GIF использует LZW-компрессию, что позволяет неплохо сжимать файлы , в которых много однородных заливок (логотипы, надписи, схемы). GIF-формат широко используется на страницах Всемирной паутины.

Задание N 18.

Если в MS Power Point нажать на клавишу в ситуации, показанной на рисунке, то …

добавится пустой слайда без имени

Задание N 19.

Сетевая база данных представляет собой такую организацию данных, при которой… связи между данными носят произвольный характер

Задание N 20. Под понятием «безопасность баз данных» подразумевается… немедленное и автоматическое сохранение измененных данных

Решение:

Базы данных – это файлы, но работа с ними отличается от работы с файлами других типов, создаваемых прочими приложениями. Всю работу по обслуживанию файловой структуры берет на себя операционная система . Для баз данных предъявляются особые требования с точки зрения безопасности, поэтому в них реализован другой подход к сохранению данных. При работе с обычными приложениями для сохранения данных мы выдаем соответствующую команду, задаем имя файла и доверяемся операционной системе. Если мы закроем файл, не сохранив его, то вся работа по созданию или редактированию файла пропадет безвозвратно. Базы данных – это особые структуры. Информация, которая в них содержится, очень часто имеет общественную ценность . Нередко с одной и той же базой (например, с базой регистрации автомобилей в ГИБДД) работают тысячи людей по всей стране. Поэтому целостность содержимого базы не может и не должна зависеть ни от конкретных действий некоего пользователя, забывшего сохранить файл перед выключением компьютера, ни от перебоев в электросети. Проблема безопасности баз данных решается тем, что в СУБД для сохранения информации используется двойной подход . В части операций, как обычно, участвует операционная система компьютера, но некоторые операции сохранения происходят в обход операционной системы. Операции изменения структуры базы данных, создания новых таблиц или иных объектов происходят при сохранении файла базы данных. Об этих операциях СУБД предупреждает пользователя. С другой стороны, операции по изменению содержания данных, не затрагивающие структуру базы, максимально автоматизированы и выполняются без предупреждения. Если, работая с таблицей данных, мы что-то меняем в составе данных, то изменения сохраняются немедленно и автоматически. Обычно, решив отказаться от изменений в документе, его просто закрывают без сохранения и вновь открывают предыдущую копию. Этот прием работает практически во всех приложениях, но только не в СУБД. Все изменения, вносимые в таблицы базы, сохраняются на диске без нашего ведома, поэтому попытка закрыть базу «без сохранения» ничего не даст, так как все уже сохранено. Таким образом, редактируя таблицы баз данных, создавая новые записи и удаляя старые, мы как бы работаем с жестким диском напрямую , минуя операционную систему. Кроме того, при работе с СУБД имя файла задается до создания новой базы, а не после того, как вся работа проделана и остается только сохранить результат (как, например, в MS Word или Excel). Сделано это из соображений обеспечения сохранности данных. Все изменения, вносимые в базу данных, сразу же отображаются и в ее файлах (а поэтому программе с самого начала надо знать их имена). Таким образом, сводится к минимуму риск потери важных данных.

Задание N 21.

Правильный порядок установления соответствия в таблице моделирования имеет вид … 1-B, 2-A, 3-D, 4-C

Решение:

В задаче необходимо выполнить моделирование процесса движения искусственного спутника с целью выбора начальных параметров для вывода спутника на соответствующую орбиту. Начальными параметрами служат моделируемые характеристики – начальная скорость и начальный угол запуска. Моделируемый процесс – движение тела, моделируемый объект – искусственный спутник, целью моделирования является выбор значений начальных параметров для вывода спутника на соответствующую орбиту.

Задание N 22.

Натурное моделирование – это… исследование, в котором модель всегда имеет визуальную схожесть с объектом-оригиналом

Решение:

Натурное моделирование представляет собой специально поставленные исследования на реальном объекте («на натуре») при специально созданных или подобранных условиях с последующей обработкой результатов эксперимента на основе теории подобия . В натурном моделировании в модели всегда узнается моделируемый объект, то есть модель всегда имеет визуальную схожесть с объектом-оригиналом. Натурное моделирование подразделяется на научный эксперимент, комплексные испытания и производственный эксперимент. Научный эксперимент характеризуется широким использованием средств автоматизации, применением весьма разнообразных средств обработки информации, возможностью вмешательства человека в процесс проведения эксперимента. Одна из разновидностей эксперимента – комплексные испытания , в процессе которых вследствие повторения испытаний объектов в целом (или больших частей системы) выявляются общие закономерности в характеристиках качества, надежности этих объектов. В этом случае моделирование осуществляется путем обработки и обобщения сведений о группе однородных явлений. Наряду со специально организованными испытаниями возможна реализация натурного моделирования путем обобщения опыта, накопленного в ходе производственного процесса , т.е. можно говорить о производственном эксперименте . Здесь на базе теории подобия обрабатывают статистический материал по производственному процессу и получают его обобщенные характеристики. Необходимо помнить про отличие эксперимента от реального протекания процесса. Оно заключается в том, что в эксперименте могут появиться отдельные критические ситуации и определиться границы устойчивости процесса.

Задание N 23.

Для моделирования движения идеального маятника используется(-ются) … дифференциальные уравнения

Задание N 24.

В соревнованиях по бегу получен протокол, представленный на рисунке. Время финиша спортсменов в строке протокола...

Решение:

Если исходить из распределения мест, то бегун Г затратил на дистанцию меньше всего времени, чуть больше времени затратил бегун Б, еще чуть больше затратил бегун В и всех больше времени на прохождение дистанции затратил бегун А. По результатам данной финишной таблицы бегун А затратил на дистанцию 50 минут, бегун Б – 35 минут, бегун В – 40 минут, бегун Г – 10 минут. Таким образом, места распределились так: первое место – бегун Г, второе место – бегун Б, третье место – бегун В, четвертое место – бегун А, что соответствует протоколу.

Задание N 25. Утверждение «Языковый процессор, который построчно анализирует исходную программу и одновременно выполняет предписанные действия, а не формирует на машинном языке скомпилированную программу, которая выполняется впоследствии» справедливо для … интерпретатора

Решение:

Интерпретатор анализирует и тут же выполняет программу покомандно, по мере поступления ее исходного кода на вход интерпретатора. Алгоритм работы простого интерпретатора: 1) прочитать инструкцию; 2) проанализировать инструкцию и определить соответствующие действия; 3) выполнить соответствующие действия; 4) если не достигнуто условие завершения программы, прочитать следующую инструкцию и перейти к пункту 2.

Задание N 26.

Задан одномерный массив X 1 , X 2 , …,X N . Фрагмент алгоритма

определяет…

Решение:

Фрагмент алгоритма определяет индекс последнего отрицательного элемента . Проверкой условия определяется отрицательность очередного элемента массива.

Если элемент массива отрицателен, то его номер (индекс) запоминается в переменной К . Когда будут проверены все элементы массива, цикл завершит свою работу. В переменной К будет храниться индекс последнего найденного отрицательного элемента массива.

Задание N 27.

Языками сценариев являются …

Решение:

В условиях постоянного роста производительности компьютеров, растущей значимости графических интерфейсов пользователя и компонентных архитектур и, наконец, экспансии Интернета одним из фундаментальных изменений в подходе к программированию стало появление в 90-х годах ХХ века целого класса языков программирования, которые получили название языков сценариев или скриптов . В рамках данного подхода программа представляет собой совокупность возможных сценариев обработки данных, выбор которых инициируется наступлением того или иного события (щелчок по кнопке мыши, попадание курсора в определенную позицию, изменение атрибутов того или иного объекта, переполнение буфера памяти и т.д.). События могут инициироваться как операционной системой (в частности, Microsoft Windows), так и пользователем . Присмотритесь к сайтам, которые вы посещаете. На каждой странице содержится текст и некоторое количество картинок. Быть может, есть часы, показывающие время, или бегущий текст в строке состояния браузера. Возможно, на сайте имеется форма, которую нужно заполнить. Если пропустить какую-либо графу анкеты, то появится сообщение об ошибке. На некоторых страницах встречаются движущиеся по экрану изображения или текст, изменяющийся при щелчке мыши. Таким образом, вы можете наблюдать сценарии в действии. Основные достоинства языков данного класса унаследованы от объектно-ориентированных языков программирования. Это интуитивная ясность описаний, близость к предметной области, высокая степень абстракции, хорошая переносимость. Широкие возможности повторного использования кода также унаследованы сценарными языками от объектно-ориентированных предков. Существенным преимуществом языков сценариев является их совместимость с передовыми инструментальными средствами автоматизированного проектирования и быстрой реализации программного обеспечения, или так называемыми CASE- (Computer-Aided Software Engineering) и RAD- (Rapid Application Development) средствами . В отличие от сложных языков программирования, языки написания сценариев интерпретируются : инструкции последовательно выполняются промежуточной программой, называемой интерпретатором команд. К языкам сценариев относятся языки Perl, Python, Tcl/Tk, JavaScript, VBScript .

Задание N 28.

Фрагмент блок-схемы

представляет алгоритм, который содержит … две команды ветвления в полной форме, одна из которых вложена в другую

Решение:

Разветвляющаяся конструкция относится к базовым алгоритмическим конструкциям и обеспечивает выбор между двумя альтернативами в зависимости от входных данных . Вначале проверяется условие (вычисляется логическое выражение). Если условие истинно , то выполняются действия 1 – последовательность команд, на которую указывает стрелка с надписью «да» (положительная ветвь ). В противном случае выполняются действия 2 (отрицательная ветвь ). Различают полное и неполное ветвления. Полное ветвление позволяет организовать две ветви в алгоритме, каждая из которых ведет к общей точке их слияния, так что выполнение алгоритма продолжается независимо от того, какая ветвь была выбрана. Неполное ветвление предполагает наличие некоторых действий только по одной ветви, вторая ветвь отсутствует, т.е. для одного из результатов проверки никаких действий выполнять не надо, управление сразу переходит к точке слияния. В предложенной задаче и во внешней, и во внутренней развилке действия присутствуют в обеих ветвях

Задание N 29.

В приведенном ниже фрагменте алгоритма переменные a, b, c имеют тип «строка», а переменные i, k – тип «целое». Используются следующие функции: Длина(a) – возвращает количество символов в строке a (тип «целое»). Извлечь (a,i) – возвращает i-ый (слева) символ в строке a (тип «строка). Склеить (a,b) – возвращает строку, в которой записаны сначала все символы строки a , а затем все символы строки b (тип «строка). Значения строк записываются в одинарных кавычках (например, a :="дом"). a:= ‘ ИНФОРМАТИКА’ i: = Длина(a)- 5 k: =1 b: =‘А’ пока i > 2 нц c: =Извлечь(a,i) b: =Склеить(c,b) i: =i-k кц Определите значение переменной b после выполнения вышеприведенного фрагмента алгоритма.

‘ФОРМА’

Решение:

Для того чтобы много раз повторить какую-либо последовательность действий, применяют алгоритмические конструкции , которые называются циклами . Саму последовательность действий при этом называют телом цикла . Существуют три типа циклических алгоритмов : цикл с параметром (арифметический цикл, цикл типа для ), цикл с предусловием (цикл типа пока ) и цикл с постусловием . Цикл с предусловием предполагает исполнение всех команд внутри цикла, пока выполняется условие (в данном случае пока i > 0 ). Составим таблицу:
В первой строке таблицы записаны все операции, которые выполнились до начала цикла. Следующие четыре строки – это работа внутри цикла, который закончился потому, что дляi перестало выполняться условие i>2 (i стало равно 2).

Задание N 30.

Создана программа с использованием средств объектно-ориентированного подхода. На форме размещено два объекта: «Кнопка» и «Поле Выбора». Обработчик события «Нажатие кнопки» запрограммирован таким образом, чтобы изменить визуальные свойства этих объектов. На рисунке представлены объекты и их размещение до и после выполнения заявленного события. Если считать, что пространственные координаты объектов – это также визуальные свойства, то у объектов «Кнопка» и «Поле Выбора» изменилось _______визуальных свойств.7

Алгоритмизация и программирование

Модели решения функциональных и вычислительных задач

1. Аналог (образ) предмета, процесса или явления, используемый в качестве заменителя оригинала, с целью изучения его свойств называется:

ü моделью

2. Степень соответствия модели исходному объекту характеризует уровень ее:

ü адекватности

3. Назначение модели заключается в том, что она:

ü выступает как инструмент для познания объекта

4. Модели, использующие алгебраические, дифференциальные и другие уравнения, и предусматривающие осуществление однозначной вычислительной процедуры, приводящей к их точному решению, называются:

ü аналитическими

5. Модели, воспроизводящие свойства и способы функционирования исследуемой системы, называются:

ü имитационными

6. Порядок следования этапов компьютерного моделирования:

а) планирование и проведение компьютерных экспериментов;

б) создание алгоритма и написание программы;

в) разработка концептуальной модели, выявление основных элементов системы и элементарных актов взаимодействия;

г) формализация, переход к математической модели;

д) постановка задачи, определение объекта моделирования;

е) анализ и интерпретация результатов.

ü д); в); г); б); а); е)

7. Отвлечение от несущественных деталей называется:

ü абстрагированием

8. Для одного объекта, рассматриваемого с разных точек зрения:

ü может быть построено несколько моделей

9. В аналитической модели движения маятника, образованного тяжелым грузом, подвешенным на нити, к существенным факторам является:

ü регулярный характер колебаний

10. Модель представляет собой _______________ реального объекта

ü упрощение

11. Элементы процесса моделирования:

ü субъект

ü модель, опосредующая отношения субъекта и познаваемого объекта

процессор

1. Виды моделей по возможности реализации:

ü мысленные (наглядные, символические, математические)

ü реальные (физические)

ü информационные

2. Виды моделей по отношению ко времени:

ü статические

ü динамические

3. Виды динамических моделей в зависимости от представления в них времени:

ü дискретные – непрерывные

4. При математическом моделировании непрерывных динамических объектов в качестве моделей обычно выступают:

ü дифференциальные уравнения

5. Модель, содержащая стохастические параметры, должна описываться аппаратом:

ü теории вероятностей

6. Дискретная модель характеризуется тем, что:

ü переменная времени задана на дискретном множестве значений

7. Виды моделей по области применения:

ü универсальные

ü специализированные

8. Математическая модель, не имеющая в качестве входных параметров переменной времени, называется …

ü статической

1. Ряд Фибоначчи является _____________ моделью размножения кроликов.

ü дискретной

2. При моделировании дорожного движения используется:

ü стохастическая модель

3. Для моделирования движения идеального маятника используются:

ü дифференциальные уравнения

4. Пусть функционирование системы во времени описывает оператор F S :

переменные: являются:

ü независимыми

5. Пусть функционирование системы во времени описывает оператор F S :

вектор является:

ü зависимым

6. Пусть функционирование системы во времени описывает оператор F S :

независимыми параметрами оператора являются:

7. Пусть функционирование системы во времени описывает оператор F S :

зависимыми параметрами оператора являются:

8. Идеальный газ является ____________ моделью реальных газов.

ü мысленной

9. Методы, применяемые к аналитической модели при известных входных параметрах для получения результата:

ü численные

ü аналитические

1. Описание реального объекта, процесса или явления в виде совокупности его характеристик называется:

ü информационным объектом

2. Информационные элементы, характеризующие объект, процесс или явление в информационном объекте, называются:

ü атрибутами

3. Связанная совокупность информационных объектов, описывающих информационные процессы предметной области, называется:

ü информационной моделью

4. К информационным моделям относятся:

ü базы данных

ü базы знаний

5. На рисунке представлена _______________ информационная модель.

ü иерархическая

6. Узлы, помеченные на рисунке номерами 5-6, 8-10 и 12-14, называются:

ü листьями

7. К основным понятиям иерархической модели данных относятся:

ü уровень

ü потомок

8. Родословная собаки описывается следующей информационной моделью:

ü двоичное дерево

9. На рисунке представлена _______________ информационная модель.

ü сетевая

10. К методам моделирования решений интеллектуальных задач относятся:

ü модель лабиринтного поиска

ü эвристическое программирование

ü методы математической логики

11. Модели представления знаний:

ü продукционные модели

ü семантические сети

12. Ядро любой интеллектуальной системы:

ü база знаний

13. Знания в интеллектуальных системах делятся на:

ü процедурные - декларативные

14. Программные комплексы, аккумулирующие знания специалистов и тиражирующие их эмпирический опыт для решения задач прогнозирования, принятия решений и обучения, называются:

ü экспертными системами

Алгоритмизация и программирование

1. Точное предписание, определяющее последовательность действий, обеспечивающую получение требуемого результата из исходных данных, называется:

ü алгоритмом

2. Формы представления алгоритмов:

ü блок-схема

ü программа для ЭВМ

3. К свойствам алгоритмов относятся:

ü массовость

ü дискретность

ü детерминированность

4. Свойство детерминированности алгоритмов означает, что:

ü каждый шаг однозначно определяется состоянием системы

5. Свойство массовости алгоритмов означает, что:

ü алгоритм применим для разных наборов исходных данных

6. Свойство результативности алгоритмов означает, что:

ü алгоритм достигает результата за конечное число шагов

7. Свойство формальности алгоритмов означает, что:

ü инструкции алгоритма могут выполняться формально (бездумно)

8. Способы описания алгоритмов:

ü словесное описание

ü псевдокод

ü программа

9. В блок-схеме блоком «прямоугольник» обозначается:

ü процесс (выполнение операции или группы операций)

10. В блок-схеме блоком «шестиугольник» обозначается:

ü оператор цикла с параметром

11. В блок-схеме блоком «ромб» обозначается:

ü условный оператор

12. В блок-схеме следующим блоком обозначается:

ü начало/конец алгоритма

13. В блок-схеме блоком «параллелограмм» обозначается:

ü ввод-вывод данных (носитель не определен)

14. В результате выполнения фрагмента блок-схемы алгоритма:

при вводе значений Х, А, В, С, равных: 2, 0, 4 и 0,25 соответственно, значение Y будет равно:

15. В результате выполнения фрагмента блок-схемы алгоритма:

при вводе значений А, В, С, равных: «1000», «100», и «10» соответственно, значение Y будет равно:

ü «100010010»

1. В программе, вычисляющей сумму положительных чисел из 20, введенных с клавиатуры,

если а > 0, то

конец цикла For

необходимо вставить оператор:

2. В программе, вычисляющей произведение отрицательных чисел из N, введенных с клавиатуры,

Если,то P:=P*a

конец цикла For

необходимо вставить условие:

3. Следующая программа:

если M < x то M:=x

конец цикла For

вычисляет…

ü максимальное число из одиннадцати, введенных с клавиатуры

4. Следующая программа выводит:

если M > x то выполнить действия M:=x, k:=i

конец цикла For

ü номер наименьшего из 10 чисел, вводимых с клавиатуры

5. В Задаче: «Найти номер максимального числа из десяти последовательно вводимых чисел» необходимо вставить строку:

если M < x то M:= x, k: = i

конец цикла For

ü For i:=2 To 10

6. В задаче: «Найти количество четных чисел из последовательности, считываемой с клавиатуры до тех пор, пока не встретится ноль» необходимо вставить строку:

если x Mod 2 = 0 то n:= n + 1

конец цикла

ü While x <> 0

7. В задаче: «Найти количество нечетных чисел из последовательности, считываемой с клавиатуры до тех пор, пока не введена единица» необходимо вставить строку:

While x <> 1

если x Mod 2 = 1 то n: = n + 1

конец цикла While

8. Результат выполнения алгоритма, описанного блок-схемой, равен

9. Результат выполнения алгоритма, описанного блок-схемой, равен:

10. Результат выполнения алгоритма, описанного блок-схемой, равен:

11. Фрагмент программы вычисляет:

конец цикла for

ü среднее из десяти чисел, введенных с клавиатуры

1. Правильная запись выражения y = Ax 2 + Bx + C на алгоритмическом языке:

ü y:= A*x^2 + B*x + C

2. Правильная запись выражения на алгоритмическом языке:

ü y:= A ^ x + B / x ^ C

3. Какой алгоритм соответствует заданию: «ввести два числа и найти их среднее арифметическое и среднее геометрическое и выдать результат»:

ü а) ввод А, B

S1:= (A + B) / 2

S2:= корень (А * B)

вывод S1, S2

4. В результате выполнения фрагмента блок-схемы алгоритма:

При вводе значений Х, А, В, С, равных: 5, 2, 467 и 0 соответственно, значение Y будет равно:

5. В результате выполнения фрагмента блок-схемы алгоритма:

при вводе значений Х, А, В, С, равных: 3, 2048, 2047 и -1 соответственно, значение Y будет равно:

6. Значение Y в результате выполнения алгоритма:

ввод А,В,С,Х

при вводе значений: 10, 3, 14, 4, будет равно:

7. В результате выполнения алгоритма:

А:= 2 * А – В

ü А = 14; В = 7

8. В результате выполнения алгоритма:

А:= А / 5 – В

переменные А и В примут значения:

ü А = 10; В = ЛОЖЬ

9. В результате выполнения алгоритма:

А:= А / 5 – В

В:= «A > B»

переменные А и В примут значения:

ü А = 10; В = «A > B»

10. Правильная запись выражения Y = А х+1 × В + 2С на алгоритмическом языке:

ü Y:= A ^ (X + 1) * B + 2 * C

11. Фрагмент алгоритма

КОНСТ Р = 3,1416

Х:= Р * R ^ 2 * H

рассчитывает:

ü объем цилиндра

12. В результате выполнения алгоритма:

Х:= А + В + С

значение переменной Х будет равно:

1. Следующий фрагмент программы вычисляет:

ЕСЛИ Х>Y ТО

ЕСЛИ X>Z ТО

ЕСЛИ Y>Z ТО

ü максимум из трех чисел

2. Следующий фрагмент алгоритма определяет:

ü максимум из трех чисел

3. Следующий фрагмент программы вычисляет:

ЕСЛИ Х

ЕСЛИ X

ЕСЛИ Y

ü минимум из трех чисел

4. Следующий фрагмент алгоритма определяет:

ü минимум из трех чисел

5. После выполнения фрагмента программы значение переменной а будет равно:

a=(8+2*cos(2*π))/2

if a+b > 30 or b-a < 17 then

6. После выполнения фрагмента программы значение переменной а будет равно:

if (a < b*2)and (b > 15) then

7. В результате выполнения фрагмента программы значение переменной х будет равно:

y =(x + 1)*2-x/2

if not(x > y) or not(y = 17) then

8. Вычисленное по блок-схеме значение переменной S для входных данных X=1, Y=2, Z=3 равно:

9. Вычисленное по блок-схеме значение переменной S для входных данных X=1, Y=1, Z=3 равно:

1. Вычисляемое в фрагменте алгоритма значение переменной n равно:

2. Фрагмент программы вычисляет:

если a < m то m:= a

конец цикла for

ü минимальное отрицательное число из 10, введенных с клавиатуры

3. В результате выполнения фрагмента программы:

Повторять

Пока не x>=y

значение переменной k будет равно

4. Программа считает количество чисел, вводимых с клавиатуры до тех пор, пока не будет введен ноль. Пропущенным условием в ней является:

если x<>0 то

повторять

пока не

печатать k

иначе печатать «k=0»

5. После выполнения следующей последовательности операторов значение переменной a будет равно:

a:=7+cos(0)/(2-sin(π/2))

k:=корень(9)

конец цикла while

6. В приведенной программе поиска наименьшего четного числа, большего заданного N, необходимо вставить условие:

начало цикла пока