какое место может занимать язык пролог в базовом курсе информатики тест с ответами
8.4. язык логики и его место в базовом курсе
8.4. язык логики и его место в базовом курсе
Подходы к раскрытию темы в учебной литературе
Логика — наука, изучающая методы установления истинности или ложности одних высказываний на основе истинности или ложности других высказываний. Основы логики как науки были заложены в IV в. до н.э. древнегреческим ученым Аристотелем. Правила вывода истинности высказываний, описанные Аристотелем (силлогизмы) оставались основным инструментом логики вплоть до второй половины XIX в., когда в трудах Дж. Буля, О. де Моргана и др. возникла математическая логика. Средствами этой новой науки все прежние достижения логики были переведены на точный язык математики. Развивается аппарат алгебры логики (булевой алгебры), исчисления высказываний, исчисления предикатов. Развитие математической логики имело большое значение для всей математической науки, повысив уровень ее строгости и доказательности.
Логика относится к числу дисциплин, образующих математический фундамент информатики. Знакомство учащихся с элементами математической логики в рамках fcypca информатики может происходить в следующих аспектах:
• в логическом программировании;
К первому аспекту относится использование логических величин и логических выражений в языках программирования процедурного типа, а также в работе с электронными таблицами, с базами данных. В условных операторах, условных функциях, реализующих алгоритмическую структуру ветвления, используются логические выражения. В запросах на поиск информации в базах данных также присутствуют логические выражения. Использование в программах величин логического типа позволяет эффективно решать сложные логические задачи, «головоломки».
Впервые в школьной информатике элементы логического программирования языка Пролог были включены в учебник [19]. Согласно авторской концепции одной из главных задач школьной информатики должно быть развитие логического мышления учащихся, умения рассуждать, доказывать, подбирать факты, аргументы и обосновывать предлагаемые решения. Как известно, парадигма логического программирования является альтернативной к процедурной парадигме. В механизме вывода Пролога используется аппарат исчисления предикатов.
В контексте моделирования знаний элементы логического программирования присутствуют в учебнике [9]. В первой части учебника рассказывается лишь об идее построения логической модели знаний. Реализация этой идеи на Прологе раскрывается во второй части, ориентированной на углубленное изучение базового курса.
Под схемотехническим аспектом понимается знакомство с логическими схемами элементов компьютера: вентилей, сумматоров, триггера, предназначенных для обработки и хранения двоичной информации. При изучении данной темы следует обратить внимание учеников на то обстоятельство, что основой внутреннего языка компьютера является язык логики, булева алгебра. Это связано с двумя обстоятельствами: во-первых, внутренний язык компьютера и язык логики используют двоичный алфавит (0 и 1); во-вторых, все команды языка процессора реализуются через три логические операции: И, ИЛИ, НЕ.
Тема логических схем элементов ЭВМ присутствует в учебниках [17, 19]. Обширный материал по использованию математической логики в курсе информатики содержится в пособии для учителя [14]. Практический материал по теме «Логическая информация и основы логики» имеется в учебном пособии [10].
Методические рекомендации по изучению темы
ª Логические величины, операции, выражения.
ª Математическая логика в базах данных.
ª Математическая логика в электронных таблицах.
ª Математическая логика в программировании.
В данном подразделе будет отражена методическая схема введения основных понятий математической логики, необходимых при изучении базового курса информатики, а также их использования при работе с прикладным программным обеспечением и в языках программирования. Основными понятиями здесь являются: высказывание, логическая величина (константа, переменная), логические операции, логическое выражение.
Основные понятия математической логики
Высказывание (суждение) — это повествовательное предложение, в котором что-либо утверждается или отрицается. По поводу любого высказывания можно сказать, истинно оно или ложно. Например:
«Лед — твердое состояние воды» — истинное высказывание.
«Треугольник, это геометрическая фигура» — истинное высказывание.
«Париж — столица Китая» — ложное высказывание.
Математическая логика в программировании. В большинстве современных процедурных языков программирования высокого уровня (ЯПВУ) имеется логический тип данных, реализованы основные логические операции. Использование этих средств позволяет решать на ЭВМ сложные логические задачи, моделировать логику человеческого мышления в программных системах искусственного интеллекта. В программах решения задач с математическим содержанием логические выражения чаще всего применяются для описания систем неравенств (отношений). Решая задачи такого типа, ученики прежде всего должны проявить знания математики, а затем уже — умение переложить математические отношения на язык логики и оформить решение задачи на языке программирования.
Пример. Составить программу на Паскале, по которой выведется значение true, если точка с заданными координатами (х, у) лежит внутри заштрихованной области (рис. 8.1), и false — в противном случае.
Решение. Рассматриваемая область состоит из двух частей, каждая из которых описывается системой неравенств.
1-я часть: x £ 0; x2 + y2 £ 9; y ³ x 3
or (X >= 0) and (Sqr(X) + Sqr(Y) Предмет: Информатика Автор: М.П.ЛАПЧИК Год издания: 2001 Язык учебника: русский Рейтинг: 
Просмотров: 5725
Информационное моделирование
ПРОЛОГ является языком логического программирования. Как известно, в программировании для ЭВМ существует несколько различных направлений (парадигм): процедурное программирование, функциональное программирование, логическое программирование, объектно-ориентированное программирование. В языке Пролог реализована логическая парадигма. Однако в рамках базового курса информатики использование Пролога очень ограничено и о программировании, в полном смысле этого слова, здесь речи не идет. Пролог рассматривается лишь как средство построения несложных баз знаний логического типа. При таком подходе систему Пролог можно рассматривать как своеобразную систему управления базами знаний (по аналогии с СУБД). Она позволяет создавать базу знаний и обращаться к ней с запросами.
Реализации Пролога существуют для большинства компьютеров, доступных школам. Поэтому представляется возможным предлагать Пролог в качестве средства для практической работы по теме «Искусственный интеллект и моделирование знаний».
Требования к знаниям и умениям учащихся по линии формализации и моделирования
Учащиеся должны знать:
что такое модель; в чем разница между натурной и информационной моделью;
какие существуют формы представления информационных моделей (графические, табличные, вербальные, математические);
что такое реляционная модель данных; основные элементы реляционной модели: запись, поле, ключ записи;
что такое модель знаний, база знаний;
из чего строится логическая модель знаний;
какие проблемы решает раздел информатики «Искусственный интеллект»;
что такое система, системный анализ, системный подход;
что такое граф, элементы графа;
что такое иерархическая система и дерево;
состав базы знаний на Прологе;
как в Прологе представляются факты и правила;
как в Прологе формулируются запросы (цели).
Учащиеся должны уметь:
приводить примеры натурных и информационных моделей;
проводить в несложных случаях системный анализ объекта (формализацию) с целью построения его информационной модели;
ставить вопросы к моделям и формулировать задачи;
проводить вычислительный эксперимент над простейшей математической моделью;
ориентироваться в таблично-организованной информации;
описывать объект (процесс) в табличной форме для простых случаев;
различать декларативные и процедурные знания, факты и правила.
ориентироваться в информационных моделях на языке графов;
описать несложную иерархическую систему в виде дерева;
построить базу знаний на Прологе для простой предметной области (типа родственных связей);
сформулировать на Прологе запросы к данной базе знаний;
работать на компьютере в среде системы программирования Пролог.
Примерное содержание и планирование линии «Формализация и моделирование» в базовом курсе средней школы по учебнику Макаровой Н.В. «информатика 7 – 9 кл.»
Моделирования
Учащихся по линии формализации и
Требования к знаниям и умениям
Учащиеся должны знать:
• что такое модель; в чем разница между натурной и информационной моделью;
• какие существуют формы представления информационных (моделей (графические, табличные, вербальные, математические);
• что такое реляционная модель данных; основные элементы (реляционной модели: запись, поле, ключ записи;
• что такое модель знаний, база знаний;
• из чего строится логическая модель знаний;
• какие проблемы решает раздел информатики «Искусствен-|ный интеллект»;
• *что такое система, системный анализ, системный подход;
• *что такое граф, элементы графа;
• *что такое иерархическая система и дерево;
• *состав базы знаний на Прологе;
• *как в Прологе представляются факты и правила;
• *как в Прологе формулируются запросы (цели).
Учащиеся должны уметь:
• приводить примеры натурных и информационных моделей;
• проводить в несложных случаях системный анализ объекта (фор-|мализацию) с целью построения его информационной модели;
• ставить вопросы к моделям и формулировать задачи;
• проводить вычислительный эксперимент над простейшей [математической моделью;
• ориентироваться в таблично-организованной информации;
• описывать объект (процесс) в табличной форме для простых случаев;
• различать декларативные и процедурные знания, факты и [правила.
• *ориентироваться в информационных моделях на языке графов;
• *описать несложную иерархическую систему в виде дерева;
• *построить базу знаний на Прологе для простой предметной эбласти (типа родственных связей);
• *сформулировать на Прологе запросы к данной базе знаний;
• *работать на компьютере в среде системы программирования |Пролог.
Вопросы для самоконтроля и обсуждения к главе 10
1. Обоснуйте необходимость включения содержательной линии «Формализация и моделирование» в базовый курс информатики.
2. Какие разделы информационного моделирования отражены в первом школьном учебнике информатики? На примерах каких задач это сделано?
3. В каком из учебников информатики линия моделирования является ведущей? Как осуществлена ее связь с другими содержательными линиями базового курса?
4. Какие средства программного обеспечения ЭВМ могут рассматриваться при изучении информационного моделирования?
5. В чем различие и в чем связь между понятиями «моделирование» и «формализация»?
6. Как можно разделить учебные задачи на тему информационного моделирования по уровням сложности?
7. Предложите несколько примеров табличных моделей типа «объект-свойство», «объект-объект», двоичная матрица.
8. Какое место занимает системный анализ в информационном моделировании?
9. Сформулируйте логически последовательную цепочку определений для следующих понятий (порядок указан произвольно): дерево, элемент, структура, система, сеть, отношение, граф.
10. Где вы видите в линии моделирования пересечение информатики и кибернетики?
11. Каким основным признакам должна удовлетворять компьютерная информационная модель?
12. На каких примерах можно объяснить ученикам модельный характер базы данных?
13. С какими методическими проблемами связано решение задачи проектирования БД? Как их можно объяснить ученикам?
14. Какие характерные признаки имеет компьютерная математическая модель?
15. Какие свойства электронных таблиц делают их удобным инструментом для математического моделирования?
16. Как пересекается содержательная линия моделирования с линией искусственного интеллекта?
17. Какое место может занимать Пролог в базовом курсе информатики; с какими содержательными линиями он может пересекаться?
Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет
Какое место может занимать язык пролог в базовом курсе информатики тест с ответами
Рейтинг: 
5 + 4 = 12р =(1×р + 2)10= 910.
Пример 4. В какой системе счисления выполнено следующее сложение?
Решение. Решение этой задачи рекомендуется искать методом гипотез. Очевидно, что основание системы р > 8. Можно предположить, что оно меньше 10, поскольку нет буквенных цифр, а правилам десятичной арифметики данный пример не удовлетворяет. Примем гипотезу о том, что р равно 8 или 9. Выполним сложение младших разрядов в десятичной системе:
6 + 7 + 6 + 4= 2310 = X7р
В системе с основанием р это двузначное число с младшей цифрой 7и неизвестной первой цифрой Х слева. Переведем число 2310 в восьмеричную и девятеричную системы. Получим:
Очевидно, подходит варианту = 8. Проверяя выполнение сложения других разрядов в восьмеричной системе, убеждаемся, что предположение сделано правильное. Ответ: р = 8.
8.4. Язык логики и его место в базовом курсе
Подходы к раскрытию темы в учебной литературе
Логика — наука, изучающая методы установления истинности или ложности одних высказываний на основе истинности или ложности других высказываний. Основы логики как науки были заложены в IV в. до н.э. древнегреческим ученым Аристотелем. Правила вывода истинности высказываний, описанные Аристотелем (силлогизмы) оставались основным инструментом логики вплоть до второй половины XIX в., когда в трудах Дж. Буля, О. де Моргана и др. возникла математическая логика. Средствами этой новой науки все прежние достижения логики были переведены на точный язык математики. Развивается аппарат алгебры логики (булевой алгебры), исчисления высказываний, исчисления предикатов. Развитие математической логики имело большое значение для всей математической науки, повысив уровень ее строгости и доказательности.
Логика относится к числу дисциплин, образующих математический фундамент информатики. Знакомство учащихся с элементами математической логики в рамках fcypca информатики может происходить в следующих аспектах:
• в логическом программировании;
К первому аспекту относится использование логических величин и логических выражений в языках программирования процедурного типа, а также в работе с электронными таблицами, с базами данных. В условных операторах, условных функциях, реализующих алгоритмическую структуру ветвления, используются логические выражения. В запросах на поиск информации в базах данных также присутствуют логические выражения. Использование в программах величин логического типа позволяет эффективно решать сложные логические задачи, «головоломки».
Впервые в школьной информатике элементы логического программирования языка Пролог были включены в учебник [19]. Согласно авторской концепции одной из главных задач школьной информатики должно быть развитие логического мышления учащихся, умения рассуждать, доказывать, подбирать факты, аргументы и обосновывать предлагаемые решения. Как известно, парадигма логического программирования является альтернативной к процедурной парадигме. В механизме вывода Пролога используется аппарат исчисления предикатов.
В контексте моделирования знаний элементы логического программирования присутствуют в учебнике [9]. В первой части учебника рассказывается лишь об идее построения логической модели знаний. Реализация этой идеи на Прологе раскрывается во второй части, ориентированной на углубленное изучение базового курса.
Под схемотехническим аспектом понимается знакомство с логическими схемами элементов компьютера: вентилей, сумматоров, триггера, предназначенных для обработки и хранения двоичной информации. При изучении данной темы следует обратить внимание учеников на то обстоятельство, что основой внутреннего языка компьютера является язык логики, булева алгебра. Это связано с двумя обстоятельствами: во-первых, внутренний язык компьютера и язык логики используют двоичный алфавит (0 и 1); во-вторых, все команды языка процессора реализуются через три логические операции: И, ИЛИ, НЕ.
Методика преподавания информатики (стр. 59 )
 | Из за большого объема этот материал размещен на нескольких страницах: 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 |
Такой способ решения задачи оказывается, в некотором смысле, полуавтоматическим. Ученик приходит к окончательному ответу, анализируя полученную числовую таблицу. Визуально он определяет, какому положению станции соответствует (в каком столбце таблицы находится) найденное оптимальное расстояние 7,21 км. Если требуется уменьшить шаг дискретизации, то, изменив величину шага в ячейке Е1, нужно будет увеличивать число столбцов в расчетной таблице. Делается это легко, простым копированием столбцов. Максимальный размер электронной таблицы, хотя и ограничен, но все-таки достаточно большой (в Excel — 256 столбцов). Правда, в этом случае придется подправить формулу в ячейке D10.
Все эти дополнительные проблемы компенсируются прозрачностью модели. Ученик видит все промежуточные результаты расчетов, видит весь механизм работы выбранной модели. Понятие вычислительного эксперимента становится для учеников более содержательным, более наглядным.
Электронная таблица — средство более высокого уровня, чем язык программирования. В то же время задача проектирования расчетной таблицы того же типа, что нами рассмотрена, совсем не тривиальна. Можно говорить о том, что язык электронных таблиц — это своеобразный язык программирования — язык табличных алгоритмов. Следовательно, этап алгоритмизации в табличном способе математического моделирования тоже присутствует. Большим достоинством электронных таблиц является возможность легко осуществлять графическую обработку данных, что бывает очень важным в математическом моделировании.
10.5. Моделирование знаний в курсе
информатики
✦ Что такое база знаний.
✦ Различные типы моделей знаний.
✦ Логическая модель знаний и Пролог.
Впервые в школьной информатике тема моделирования знаний нашла отражение в учебнике [23], где рассматриваются базы знаний, основанные на применении логической модели, реализуемые на языке Пролог. В учебнике [31] разговор о базах знаний ведется в контексте знакомства с искусственным интеллектом — разделом современной информатики. В будущем в школьной информатике, несомненно, предстоит развитие линии искусственного интеллекта. Материал на эту тему, изложенный в доступной форме, содержится в пособии [12] в разделе «Искусственный интеллект».
Среди разнообразных систем искусственного интеллекта наиболее распространенными являются экспертные системы. В основе экспертной системы лежит база знаний — модель знаний в определенной предметной области, представленная в формализованном виде и сохраненная в памяти компьютера.
Существуют различные типы моделей знаний. Наиболее известные из них — продукционная модель, семантическая сеть, фреймы, логическая модель.
Продукционная модель знаний построена на правилах (они нарываются продукциями), представляемыми в форме:
ЕСЛИ выполняется некоторое условие ТО выполняется некоторое действие
На основе поступающих данных экспертная система, анализируя имеющиеся правила, принимает решение о необходимых действиях. Например:
Вот пример фрейма под названием «Битва»:
Такое представление называется прототипом фрейма. Если же в слоты подставить конкретные значения, то получится экземпляр фрейма. Например:
Слоты сами могут быть фреймами. Таким образом, возможны иерархии фреймов, сети фреймов. К фреймам применимо понятие наследования свойств. Для реализации моделей знаний с использованием фреймов хорошо подходит технология объектно-ориенированного программирования.
Логическая модель знаний представляет собой совокупность утверждений. О каждом утверждении можно сказать: истинно оно или ложно. Утверждения делятся на факты и правила. Совокупность фактов представляет собой базу данных, лежащую в основе базы знаний. Правила имеют форму «ЕСЛИ А, ТО Б» (здесь есть сходство с продукционной моделью). Механизм вывода основан на аппарате математической логики (он называется исчислением предикатов первого порядка). Прикладные возможности этой модели весьма ограничены. Логическая модель знаний лежит в основе языка ПРОЛОГ.
ПРОЛОГ является языком логического программирования. Как известно, в программировании для ЭВМ существует несколько различных направлений (парадигм): процедурное программирование, функциональное программирование, логическое программирование, объектно-ориентированное программирование. В языке Пролог реализована логическая парадигма. Однако в рамках базового курса информатики использование Пролога очень ограничено и о программировании, в полном смысле этого слова, здесь речи не идет. Пролог рассматривается лишь как средство построения несложных баз знаний логического типа. При таком подходе систему Пролог можно рассматривать как своеобразную систему управления базами знаний (по аналогии с СУБД). Она позволяет создавать базу знаний и обращаться к ней с запросами.
Реализации Пролога существуют для большинства компьютеров, доступных школам. Поэтому представляется возможным предлагать Пролог в качестве средства для практической работы по теме «Искусственный интеллект и моделирование знаний». Материал на эту тему содержится во второй части учебника [30]. В качестве дополнительной литературы по Прологу можно рекомендовать пособия [3, 5, 27].
10.6. Требования к знаниям и умениям
учащихся по линии формализации и
моделирования
Учащиеся должны знать:
• что такое модель; в чем разница между натурной и информационной моделью;
• какие существуют формы представления информационных (моделей (графические, табличные, вербальные, математические);
• что такое реляционная модель данных; основные элементы (реляционной модели: запись, поле, ключ записи;
• что такое модель знаний, база знаний;
• из чего строится логическая модель знаний;
• какие проблемы решает раздел информатики «Искусствен-|ный интеллект»;
• *что такое система, системный анализ, системный подход;
• *что такое граф, элементы графа;
• *что такое иерархическая система и дерево;
• *состав базы знаний на Прологе;
• *как в Прологе представляются факты и правила;
• *как в Прологе формулируются запросы (цели).
Учащиеся должны уметь:
• приводить примеры натурных и информационных моделей;
• проводить в несложных случаях системный анализ объекта (фор-|мализацию) с целью построения его информационной модели;
• ставить вопросы к моделям и формулировать задачи;
• проводить вычислительный эксперимент над простейшей [математической моделью;
• ориентироваться в таблично-организованной информации;
• описывать объект (процесс) в табличной форме для простых случаев;
• различать декларативные и процедурные знания, факты и [правила.
• *ориентироваться в информационных моделях на языке графов;
• *описать несложную иерархическую систему в виде дерева;
• *построить базу знаний на Прологе для простой предметной эбласти (типа родственных связей);
• *сформулировать на Прологе запросы к данной базе знаний;
• *работать на компьютере в среде системы программирования |Пролог.
Вопросы для самоконтроля и обсуждения к главе 10
1. Обоснуйте необходимость включения содержательной линии «Формализация и моделирование» в базовый курс информатики.
2. Какие разделы информационного моделирования отражены в первом школьном учебнике информатики? На примерах каких задач это сделано?
3. В каком из учебников информатики линия моделирования является ведущей? Как осуществлена ее связь с другими содержательными линиями базового курса?
4. Какие средства программного обеспечения ЭВМ могут рассматриваться при изучении информационного моделирования?
5. В чем различие и в чем связь между понятиями «моделирование» и «формализация»?
6. Как можно разделить учебные задачи на тему информационного моделирования по уровням сложности?
7. Предложите несколько примеров табличных моделей типа «объект-свойство», «объект-объект», двоичная матрица.
8. Какое место занимает системный анализ в информационном моделировании?
9. Сформулируйте логически последовательную цепочку определений для следующих понятий (порядок указан произвольно): дерево, элемент, структура, система, сеть, отношение, граф.
10. Где вы видите в линии моделирования пересечение информатики и кибернетики?
11. Каким основным признакам должна удовлетворять компьютерная информационная модель?
12. На каких примерах можно объяснить ученикам модельный характер базы данных?
13. С какими методическими проблемами связано решение задачи проектирования БД? Как их можно объяснить ученикам?
14. Какие характерные признаки имеет компьютерная математическая модель?
15. Какие свойства электронных таблиц делают их удобным инструментом для математического моделирования?
16. Как пересекается содержательная линия моделирования с линией искусственного интеллекта?
17. Какое место может занимать Пролог в базовом курсе информатики; с какими содержательными линиями он может пересекаться?