1. Технологии моделирования
Понятие моделирования и модели
Термин «моделирование» вошел в употребление сравнительно недавно, хотя, по сути, как метод научного познания моделирование использовалось всегда. Достаточно вспомнить механику Ньютона. Наблюдая за движением различных тел, ученый вывел закономерности и сформулировал их, как законы движения абстрактного объекта - материальной точки. Используя эти уравнения, можно получить данные, справедливые и для песчинки и для планеты, в зависимости от исходных данных задачи.
Интенсивное развитие методологии, называемой моделированием, пришлось на середину 20 века. Можно сказать, что это произошло из-за социального заказа - выполнения национальных програм СССР и США по созданию ракетно-ядерного щита, которые не могли быть реализованы традиционными методами. Для этой цели, в общем, и были разработаны компьютеры, (тогда больше использовался термин ЭВМ), возможности которых по нынешним меркам, были весьма скромными. Однако, ядерные взрывы и полеты ракет и спутников были предварительно рассчитаны ЭВМ с помощью математических моделей и лишь затем претворены в жизнь. Этот успех и определил дальнейшие достижения методологии, без применения которой в развитых странах ни один крупномасштабный технический, экологический или экономический проект теперь не рассматривается.
Итак, моделирование необходимо для формализованного описания реального объекта или явления, подобно выводу уравнений движения в механике. Здесь производится замена реального движущегося тела его абстрактной моделью – материальной точкой, никак не учитывающей, например, форму движущегося объекта. А полученные уравнения, являющиеся матиматической моделью, пренебрегают, например, сопротивлением воздуха, неизбежно возникающим в реальных системах. Таким образом, моделирование всегда связано с упрощением реальной ситуации.
Модель – это описание объекта в терминах некоторой области знаний, которое отражает его существенные особенности. Можно также привести определение модели по А. А. Ляпунову:
«Моделирование — это опосредованое практическое или теоретическое исследование объекта, при котором непосредственно изучается не сам интересующий нас объект, а некоторая вспомогательная искусственная или естественная система (модель):
- находящаяся в некотором объективном соответствии с познаваемым объектом;
- способная замещать его в определенных отношениях;
- дающая при её исследовании, в конечном счете, информацию о самом моделируемом объекте.» [сноска 1]
С понятием «моделирование» тесно связано наблюдение и эксперемент. В результате эксперимента или наблюдения за явлением или процессом надо получить данные, анализ которых позволит построить информационное описание этого явления. Так что моделирование как понятие, разбивается на две части, ставшие основой для определения и классификации моделей.
В одном аспекте моделирования данные наблюдений или экспериментов первичны и на основе их анализа строится некоторая модель процесса или явления. С помощью этой модели можно, например, предсказать поведение процесса в будущем.
С другой стороны, эксперимент, или наблюдение далеко не всегда возможен, а в настоящее время еще и весьма дорогостоящий. Поэтому для получения данных все чаще используется иммитация [гиперссылка 1]. Конечно, этот способ стал возможен только с использованием современной компьютерной техники, поэтому стали выделять еще один вид моделирования- компьютерное моделирование. По существу, это использование запрограммированных алгоритмов исследования объекта и представление полученных результатов в удобном виде.
Таким образом, моделирование – это:
построение моделей реально существующих объектов (предметов, явлений, процессов);
имитация - замена реального объекта;
исследование объектов познания на их моделях, в последнее время получил распространение термин «имитационное моделирование».