Лекции у Макаровой и Хасановой+вопросы к экзамену / Моделиров_ИСЭПП_лекции
.docМоделирование как один из этапов системных исследований.
Т.о., Модель – это есть объект-заменитель, который в опред-ой ситуации заменяет объект-оригинал и отражает лишь интересующие исследователя свойства объекта-оригинала и обладает перед последним преимуществами: наглядностью, обозримостью, доступностью эксперимента.
Особенности понятия «модели»:
Модель – триедина:
-
модель – способ существования знаний
-
модель – способ сужения (концентрации) знаний
-
модель – способ генерации новых знаний.
Виды моделей:
1. по целям использования моделей:
-
познавательные (учебные) – в целях использования для обучения и для генерации новых знаний.
-
Прагматические (рабочие) – цель: генерация правильных действий при функционировании реального объекта.
2. по режиму работы:
-
статические – отражают равновесие работы с\с (S = D)
-
динамические – неравновесные режимы работы с\с.
3. по виду средств, используемых для построения моделей:
-
абстрактные модели (все, что построено средствами сознания, мышления: язык, мысли, идеи)
-
материальные модели – построены средствами материального мира.
Существуют 3 вида подобия, положенных в основу создания материальных моделей:
-
прямое – подобие возникает в рез-те непосредственного взаимодействия (физич-ого) моделей и оригинала (напр, уменьшенные копии здания, вид непосредственного взаимодействия это масштабирование, фотографии, голографические снимки).
-
косвенное подобие – это подобие возникает, когда модель и оригинал различны по физической природе, однако ведут себя при некоторых условиях аналогично. Это подобие явл-ся объективным и обнаруживается в природе в виде совпадения абстрактных моделей различных по природе реальных объектов (напр, подопытные животные, электромеханическая аналогия движения маятника и протекания тока (электрическая с\с) описываются одинаковыми диф.уравнениями (абстрактные модели одинаковы). Это позволяет вместо проведения громоздких экспериментов с механическими с\с провести эксперимент с моделями в электрических схемах).
-
условное подобие (по договоренности) (напр, паспорт – модель владельца, деньги – модель стоимости, сигналы – модель сообщения, карта – модель местности, предложение на естественном языке – модель мысли).
Самый главный представитель условного подобия – знаковые модели, которые занимают промежуточное положение м\у абстрактными и материальными моделями, и является материальным воплощением абстрактных моделей, т.е. является способом временного отчуждения от сознания мысли (абстрактных моделей) и способом перевоплощения их в матер.модель. Это делается с 2-мя целями:
Абстрактная модель (мысли, знания) → условное подобие → знаковая модель (материальная форма абстрактной модели).
Цель: 1. передача знания (абстр. Модель) во времени.
1) Семиотика – наука о знаках;
2) семантика – соотношения м\у знаками и инфо, кот в них заложена;
3) прагматика – это отношение м\у знаками и воспринятым смыслом.
Цель 2. передача знания от одного объекта к другому.
Свойства моделей и требования к ним.
-
свойство «конечность» - требование «быть целенаправленной» - модель создается с определенной целью, согласно которой на реальный объект исследователь смотрит под определенным углом зрения, с разных точек зрения. Отсюда: моделированию подвергается только ряд важных свойств – конечное число свойств.
-
упрощенность (сложность) – быть удобной в обращении. Причины упрощенности:
-
объективная – связана с 1-ым свойством.
-
субъективная – исследователь сам стремится упростить модель
сложность модели
удобство обращения
Сложность реал объекта
Отражение основных закономерностей,
важных с позиций целей моделирования
Достоинства упрощенности:
-
упрощение является очень сильным средством для выявления главных эффектов в исследуемом объекте (идеальный газ, матем.маятник, абс.черное тело).
-
возможность оперирования с моделью и возможность получения новых решений (линеализация, уменьшение кол-ва переменных в уравнениях, переход от стохастических к детерминированным).
-
загадочный аспект.
Из двух моделей, одинаково точно описывающих реальный объект, та, которая проще, оказывается ближе к истинной природе исследуемого явления.
3. приближенность – быть достаточно точной. Приближенность хар-ет количественное различие м\у моделью и оригиналом (точность часов: бытовые и спортивные).
4. адекватность – быть достаточно полным. В понятие адекватности входит степень сложности (упрощенности, степень приближенности, степень истинности).
Под адекватностью понимается степень качественного и количественного соответствия модели оригиналу, достаточную для достижения цели.
Проверка адекватности осуществляется в 2 этапа: 1) верификация, 2) валидация.
5. Истинность – давать правильные ответы.
Основные задачи, решаемые с помощью моделирования.
Модель предназначена для решения след основных классов задач:
1. задачи анализа:
Дано: система с известной структурой.
Необходимо: выявить свойства, хар-ки с\с.
1. задачи оценки.
Дано: реальная с\с с известной структурой и идеальная с\с с известной структурой. Необходимо: сравнить свойства этих с\с (конкурентоспособность, фин.устойчивость).
2. задачи сравнения.
Дано: 2 реальные с\с с известной структурой.
Необходимо: сравнить свойства.
Примечание: в качестве свойств могут рассматриваться функц-ые, инфо-ые хар-ки, чувствительность.
2. задачи синтеза:
Дано: желаемые свойства, характеристики с\с.
Требуется: найти структуру с\с, удовлетворяющей желаемым хар-кам, свойствам.
1. задачи оптимизации:
Дано: желаемый критерий оптимальности и ограничения по ресурсам.
Требуется: найти оптимальный план, т.е. синтезировать некоторые решения (элемент с\с управления).
2. другие виды постановок задач принятия решений.
3. Задачи прогнозирования.
Дано: инфо о с\с – ретроспектива
Необходимо: выдать инфо о будущем поведении с\с.
Виды задач прогнозирования:
-
прогноз без знания о структуре с\с, на основе только стат. инфо о с\с.
-
прогноз с учетом знания инфо о структуре с\с (имитационное моделирование).
4. Задачи идентификации:
Дано: инфо о входах с\с и выходах с\с (как реакция на заданные входы).
Необходимо: сопоставить реальной с\с некоторую модель.
Определение процесса моделирования.
Процесс моделирования в широком смысле включает в себя:
-
процесс разработки модели
-
процесс расчета по модели (моделирование в узком смысле)
-
процесс анализа результатов расчета по модели.
Структурная схема процесса моделирования:
Разработка модели
Расчет по модели
Верификация
Валидация
Анализ рез-тов
модел-ия
Цели,задачи СА модель рез-ты рез-ты рез-ты
вериф адеква
Инфо об объекте расчета
Верификация – это есть проверка соответствия данных, которая выдает модель предположениям экспериментатора.
Валидация – это проверка соответствия данных, кот выдает модель реальному ходу процессов в реальной с\с. Эта проверка осуществляется в ретроспективе.
Уточненная схема основных этапов СА сложных систем (см. Лекция 1).
моделирование
и
ФП ВЦ
ПЗ
В с.с. ОИ
РМ
Расч по модели
Вериф
Валид
Анализ рез-тов
модел
ПР
Внедрение
ФП – формулировка проблемы
ВЦ ПЗ - выявление цели и постановка задачи
РМ – разработка модели
Расч по М – расчет по модели
Вер – верификация
Вал – валидация
В с.с. ОИ – выявление содержимого системных свойств.
-
определение границ с\с, кот содержит проблему с позиций целей исследования.
-
Определение целей с\с
-
Определение списка элементов с\с и анализ их свойств
-
Определение списка связей м\у элементами подс\с и анализ их свойств
-
Выявление сути целостности с\с (анализ свойства эмерджентности)
-
Анализ взаимосвязей м\у элементами с\с и элементами внешней среды, анализ целей элементов внешней среды
-
Анализ соблюдения системных законов и принципов функционирования с\с
-
Уточнение границ с\с (возможен возврат на 1 пункт)
-
Выбор способа декомпозиции с\с и базового элемента
-
Первоначальная структуризация с\с построения структуры (возможен возврат на пункт9).