1 Общие вопросы теории моделирования

1.1 Понятия объекта и его модели

Моделирование – это средство выявления экономических, политических и социальных закономерностей предупреждения и предотвращения негативных тенденций, получения теоретических и практических знаний о проблеме и формулирования на этой основе практических выводов. Моделирование представляет собой циклический процесс. Знания об исследуемой проблеме расширяются и уточняются, а исходная модель постоянно совершенствуется. Моделирование основано на сценарном подходе (Рис.1.1).

Рис.1.1 Процесс моделирования

Сценарий – совокупность тенденций, характеризующих ситуацию в настоящий момент, желаемых целей развития, комплекса мероприятий, воздействующих на развитие ситуации, и системы наблюдаемых параметров (факторов), иллюстрирующих поведение процессов. Сценарий может моделироваться по трем основным направлениям. 1. Прогноз развития ситуации без всякого воздействия на процессы в ситуации – ситуация развивается сама по себе. 2. Прогноз развития ситуации с выбранным комплексом мероприятий (управлений) – прямая задача. 3. Синтез комплекса мероприятий для достижения необходимого изменения состояния ситуации – обратная задача.

В работе мы часто сталкиваемся с проблемами, для решения которых у нас не хватает информации: выбор ценовой политики, стратегическое развитие фирмы, все вопросы, связанные с политикой. Вроде и возможностей для действий много, и определенные ресурсы есть – только непонятно, что делать, как наши действия изменят ситуацию. Снизим цены – будет ли такое увеличение объема продаж, что прибыль возрастет? Стоит ли развивать этот вид бизнеса, вкладываться в дорогое оборудование – будут ли продажи? Какие принять условия предоставления земли под застройку, чтобы и жилищное строительство росло, и городская инфраструктура развивалась? Наша проблема, оказывается, в том, что выбор действий у нас слишком широк, а механизм (и результат) – неясен. Как в кабине самолета – приборов и ручек/кнопок много, а что делать непонятно. Вот бы нам какую-нибудь карту наших возможных действий, модель проблемной ситуации – мы бы с ней поиграли и выбрали подходящую стратегию действий.

Одна беда – в нашу проблему существенным образом входит поведение внешнего мира. Это и поведение покупателей, и возможные действия конкурентов, поведение целой строительной отрасли. При описании субъектов роль играет не индивидуальное поведение одного человека или фирмы (тут уж есть с кем договариваться), а статистические результаты действия больших групп. Т.е. нет ответственного лица за определенные процессы – как это отличается от внутреннего мира фирмы, где хотя бы в идеале каждый процесс должен иметь своего владельца. Нам даже не у кого спросить об их поведении – сами субъекты-действователи вовсе не обязательно рефлектируют свои действия, не задумываются, что именно они делают и почему. Они вам ответят – только не считайте, что именно так они и действуют (в этом существенная трудность маркетинговых исследований).

Сложная система является многоуровневой иерархической конструкцией из взаимодействующих элементов, объединяемых в подсистемы различных уровней. Представление моделируемого объекта в виде многоуровневой системы называется его структуризацией. Математическая модель сложной  системы образуется композицией (в рамках выделенной структуры) математических моделей элементов и взаимодействий между ними.

Пусть имеется некоторая конкретная система. Лишь в единичных случаях мы имеем возможность провести с самой этой системой все интересующие нас исследования. С ростом сложности системы возможности натурного эксперимента резко падают. Он становится дорогим, трудоемким,  длительным по времени, в слабой степени вариативным. Тогда предпочтительнее работа с моделью. В ряде же случаев мы вообще не имеем возможности наблюдать систему в интересующем нас состоянии. Например, разбор аварии на техническом объекте приходится вести по ее протокольному описанию.  Специалист  по  электронной  технике  будет  изучать большинство типов ЭВМ по литературе, и только часть из них опробует на практике. В этих примерах доступна лишь модель, но это не мешает нам эффективно познавать систему.

Рассмотрение вместо самой системы (явления, процесса, объекта) ее модели практически всегда несет идею упрощения. Мы огрубляем представления о реальном мире, так как оперировать категорией модели экономичнее, чем действительностью. Но вопрос выделения и формальной фиксации тех особенностей, которые существенны для целей рассмотрения, весьма непрост. Известно большое количество удачных моделей, составляющих предмет гордости человеческой мысли, — от конечно-элементной модели в прикладных задачах математической физики до модели генетического кода. Однако велико количество процессов и явлений, для которых на настоящий момент нет удовлетворительного описания.

Модель в общем смысле есть создаваемый с целью получения и (или) хранения информации специфический объект (в форме мысленного образа, описания знаковыми средствами либо материальной системы), отражающий свойства, характеристики и связи объекта – оригинала  произвольной природы, существенные для задачи, решаемой субъектом.

Непосредственно из структуры принятого определения вытекает ряд общих свойств моделей, которые обычно принимаются во внимание в практике моделирования.

1. Модель представляет собой «четырехместную конструкцию», компонентами которой являются: субъект; задача, решаемая субъектом; объект-оригинал и язык описания или способ воспроизведения модели. Особую роль в структуре обобщенной модели играет решаемая субъектом задача. Вне контекста задачи или класса задач понятие модели не имеет смысла.

2. Каждому материальному объекту, вообще говоря, соответствует бесчисленное множество в равной мере адекватных, но различных по существу моделей, связанных с разными задачами.

3. Паре задача-объект тоже соответствует множество моделей, содержащих в принципе одну и ту же информацию, но различающихся формами ее представления или воспроизведения.

4. Модель по определению всегда является лишь относительным, приближенным подобием объекта-оригинала и в информационном отношении принципиально беднее последнего. Это ее фундаментальное свойство.

Модель в общем смысле есть создаваемый с целью получения и (или) хранения информации специфический объект (в форме мысленного образа, описания знаковыми средствами либо материальной системы), отражающий свойства, характеристики и связи объекта – оригинала  произвольной природы, существенные для задачи, решаемой субъектом.

Непосредственно из структуры принятого определения вытекает ряд общих свойств моделей, которые обычно принимаются во внимание в практике моделирования.

1. Модель представляет собой «четырехместную конструкцию», компонентами которой являются: субъект; задача, решаемая субъектом; объект-оригинал и язык описания или способ воспроизведения модели. Особую роль в структуре обобщенной модели играет решаемая субъектом задача. Вне контекста задачи или класса задач понятие модели не имеет смысла.

2. Каждому материальному объекту, вообще говоря, соответствует бесчисленное множество в равной мере адекватных, но различных по существу моделей, связанных с разными задачами.

3. Паре задача-объект тоже соответствует множество моделей, содержащих в принципе одну и ту же информацию, но различающихся формами ее представления или воспроизведения.

4. Модель по определению всегда является лишь относительным, приближенным подобием объекта-оригинала и в информационном отношении принципиально беднее последнего. Это ее фундаментальное свойство.

Как это все можно смоделировать? Большинство известных методологий моделирования, претендующих на строгость (IDEF0, DFD, UML ) начинаются с отделения системы от внешней среды, т.е. для моделирования самой внешней среды они не предназначены. Методологии же моделирования внешней среды или системы-в-среде – SWOT, PEST и т.п. поразительно лишены количественных оценок. А нам хочется посчитать, достигнем ли мы требуемых результатов и, если не достигнем, то насколько к ним приблизимся. Подходящей модели нет, никто не может точно сказать, как оно все происходит (это касается внешнего мира, там просто некого спросить). Что же делать?

Но ведь что-то мы делаем, как-то эти проблемы решаем! Иногда даже успешно. Вот и попытаемся выложить наше видение ситуации на бумагу, а если повезет, то и в компьютерную модель. Для чего нам это? По двум соображениям:

Во-первых, положив свое видение ситуации на бумагу, мы отделим его от себя и можем анализировать, увидеть тупики своего мышления. Для этого часто хватает даже одной графической модели, без количественных оценок. Мы можем увидеть новую точку приложения сил к проблеме, иначе взглянуть на ситуацию. Это дорогого стоит.

Во-вторых, часто над проблемой мы работаем не в одиночку, а тут важно, чтобы все понимали проблему и предлагаемые решения одинаково, нужен общий язык. Как известно, большинство усилий при коллективной работе тратится не на саму работу, а на коммуникацию. Чем больше группа, тем больше в ней связей (количество связей растет пропорционально квадрату величины группы) и поддержание этих связей требует все больше и больше сил и времени (в этом причина того, что эффективными бывают в основном малые рабочие группы). Решить проблему можно путем «единого текста» – когда все знание выражается на едином, понятном для всех языке в «едином тексте» (в частности – в единой модели). Тогда все связи приобретают вид звезды (человек–текст–человек) и их количество пропорционально размеру группы ( рис.1.2).

Рис.1.2 Виды связей

Очевидно, что любую предметную область человек воспринимает через систему понятий, которая в ней принята и используется. Логически, в пользовательском интерфейсе можно выделить три основные системы понятий [11]:

- система понятий пользователя, в терминах которой он осуществляет свое взаимодействие с программной системой, поэтому в интерфейсе должна быть определена система понятий пользователя;

- профессиональная система понятий разработчика интерфейса, состоящая из двух основных частей: терминологии, описывающей структуру и состав средств для отображения информации в интерфейсе, а также терминология для описания сценария диалога.

- система понятий, с помощью которой осуществляется взаимодействие прикладной программы и пользовательского интерфейса – имена переменных, их типы, область возможных значений, типы протоколов и др.

Таким образом, в интерфейсе должно быть определено три основные системы понятий, между которыми, безусловно, существуют определенные связи, которые также должны быть определены в интерфейсе и являются его неотъемлемой составляющей.