Модели и моделирование
Понятие модели
Модель - создаваемое человеком подобие изучаемых объектов: макеты, изображения, схемы, словесные описания, математические формулы, карты и т.д. Модели всегда проще реальных объектов, но они отражают существенные для целей моделирования особенности изучаемых объектов (процессов, явлений).
Понятие модели
Модель может быть создана для любого объекта, процесса или явления.
Один и тот же объект может иметь множество моделей, а разные объекты могут описываться одной моделью.
Пример: человек в разных науках исследуется в рамках различных моделей (в механике – материальная точка, в химии – объект, состоящий из химических веществ, в биологии
– система, стремящаяся к самосохранению)
Моделирование
Моделирование – это метод познания, состоящий в создании и исследовании моделей
Процесс моделирования состоит из нескольких этапов
Первый этап – постановка задачи.
Определение целей моделирования (понимание, описание, прогнозирование)
Выбор соответствующего типа модели
Выбор инструментария
Второй этап – собственно моделирование, построение модели.
Системный анализ объекта Выделение в нем свойств, существенных для целей моделирования
Представление этих свойств в выбранной форме
Третий этап – оценка качества модели, заключающаяся в проверке соответствия модели целям моделирования и степени подобия оригиналу (адекватность).
Реализация целей моделирования: понимание, описание, прогнозирование объекта-оригинала
Два основных класса моделей: предметные и информационные
Все модели можно разбить на два больших класса: модели предметные (материальные) и модели информационные (знаковые).
Предметные модели воспроизводят геометрические, физические и др. свойства объектов в материальной форме.
Пример: глобус, муляж, модели молекул…
Два основных класса моделей: предметные и информационные
Информационная модель - совокупность информации, характеризующая существенные свойства и состояния моделируемого объекта, процесса, явления, а также взаимосвязь с внешним миром.
Информационные модели нельзя потрогать или увидеть, они не имеют материального воплощения, потому что строятся только на информации.
Информационные модели представляют объекты и процессы в образной или знаковой форме, а также в форме таблиц, блок-схем, графов и т. д.
Классификация моделей
Различные виды классификации:
По способу представления: предметные и информационные.
По области использования
С учетом фактора времени
По области знаний
Классификация по области использования
Учебные модели используются при обучении. Это могут быть наглядные пособия, различные тренажеры, обучающие программы.
Опытные модели — это уменьшенные или увеличенные копии проектируемого объекта. Они используются для исследования объекта и прогнозирования его будущих характеристик.
Научно-технические модели создаются для исследования процессов и явлений. К таким моделям можно отнести и прибор для получения грозового электрического разряда, и стенд для проверки телевизоров.
Игровые модели — это военные, экономические, спортивные, деловые игры. Эти модели как бы репетируют поведение объекта в различных ситуациях.
Имитационные модели не просто отражают реальность с той или иной степенью точности, а имитируют ее. Эксперименты с моделью проводятся при разных исходных данных. Такой метод подбора правильного решения получил название метода проб и ошибок. Например, для выявления побочных действий лекарственных препаратов их испытывают в серии опытов на животных.
Классификация с учетом фактора времени
Модели можно разделить на статические и динамические по тому, как отражается в них динамика происходящих процессов.
Статическая модель — это модель, отражающая состояние в фиксированный момент времени.
Динамическая модель представляет картину изменения объекта во времени.
При строительстве дома рассчитывают прочность его фундамента, стен, балок и устойчивость их к постоянной нагрузке. Это статическая модель здания. Но надо также обеспечить противодействие ветрам, движению грунтовых вод, сейсмическим колебаниям и другим изменяющимся во времени факторам. Эти вопросы можно решить с помощью динамических моделей.
Один и тот же объект можно охарактеризовать и статической, и динамической моделью.