4.4. Моделирование

Моделирование – это метод познания, который заключается в исследовании объекта по его модели.

В процессе моделирования участвуют три элемента:

• субъект (исследователь),

• объект исследования (моделируемый объект, процесс или явление),

• модель, определяющую (отражающую) отношения познающего субъекта и познаваемого объекта.

Процесс моделирования можно разбить на следующие этапы:

Первый этап – построение модели. В объекте выделяют наиболее существенные свойства, если требуется, то их формализуют и объединяют в рамках одной модели.

Второй этап – исследование модели. Одной из форм такого исследования является проведение «модельных» экспериментов, при которых сознательно изменяются условия функционирования модели и систематизируются данные о ее «поведении». Конечным результатом этого этапа является множество (совокупность) знаний о модели.

Третий этап – перенос знаний с модели на оригинал (формирование множества знаний). Одновременно происходит переход с «языка» модели на «язык» оригинала. Процесс переноса знаний проводится по определенным правилам. Знания о модели должны быть скорректированы с учетом тех свойств объекта-оригинала, которые не нашли отражения или были изменены при построении модели.

Четвертый этап – практическая проверка получаемых с помощью моделей знаний и их использование для построения обобщающей теории объекта, его преобразования или управления им.

Процесс моделирования является циклическим, за первым четырехэтапным циклом может последовать второй, третий и т.д. При этом знания об исследуемом объекте расширяются и уточняются, а исходная модель постепенно совершенствуется. Недостатки, обнаруженные после первого цикла моделирования, обусловленные малым знанием объекта или ошибками в построении модели, можно исправить в последующих циклах.

4.5. Компьютерное моделирование

В случае изучения сложных систем возникает необходимость проведения большого количества вычислений, справится с которыми человеку достаточно сложно. Сегодня для изучения таких систем применяют компьютерное моделирование, в котором все громоздкие вычисления выполняет техника.

Компьютерное моделирование заключается в проведении серии вычислительных экспериментов на компьютере, целью которых является анализ, интерпретация и сопоставление результатов моделирования с реальным поведением изучаемого объекта и, при необходимости, последующее уточнение модели и т. д.

К основным этапам компьютерного моделирования относятся:

• постановка задачи, определение объекта моделирования;

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

• формализация, то есть переход к математической модели; создание алгоритма и написание программы;

• планирование и проведение компьютерных (вычислительных) экспериментов;

• анализ и интерпретация результатов.

Различают аналитическое и имитационное компьютерное моделирование. При аналитическом моделировании изучаются математические (абстрактные) модели реального объекта в виде алгебраических, дифференциальных и других уравнений, а также предусматривающих осуществление однозначной вычислительной процедуры, приводящей к их точному решению. При имитационном моделировании исследуются математические модели в виде алгоритма(ов), воспроизводящего функционирование исследуемой системы путем последовательного выполнения большого количества элементарных операций.

Сейчас трудно указать область человеческой деятельности, где не применялось бы моделирование. Разработаны, например, модели производства автомобилей, выращивания пшеницы, функционирования отдельных органов человека, жизнедеятельности Азовского моря, последствий атомной войны и природных катаклизмов.