Моделирование как способ познания

Моделирование - метод научного познания, при использовании которого исследуемый объект заменяется более простым объектом - моделью. Не всегда возможно создание материальных моделей, воспроизводящих физические и функциональные характеристики изучаемого объекта, поэтому гораздо эффективней использовать абстрактное моделирование.

Понятие модели (как и понятие системы) не имеет строгого формального определения, допускается много различных трактовок в зависимости от целей моделирования и классификаций моделей (классификация как структурная форма наших представлений о предмете также является моделью).

Термин «модель» имеет весьма многочисленные трактовки. В наиболее общей формулировке мы будем придерживаться следующего определения модели.

Модель (лат. modus - масштаб, способ действия, фр. modиle – образец) – это объект, который имеет сходство в некоторых отношениях с прототипом и служит средствомописания и/или объяснения, и/или прогнозирования поведения прототипа.

Модель является представлением объекта, системы или понятия (идеи) в некоторой форме, отличной от формы их реального существования.

Модель - это опосредованное 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.

Модель - это объект-заместитель объекта-оригинала, обеспечивающий изучение некоторых свойств оригинала.

Модель – это некоторое представление о системе, отражающее наиболее существенные закономерности ее структуры и процесса функционирования и зафиксированное на некотором языке или в некоторой форме.

Модель - некоторая реально существующая или мысленно представляемая система, которая, замещая в познавательных процессах другую систему – оригинал, находится с ней в отношении сходства (подобия), благодаря чему изучение модели позволяет получить информацию об оригинале, о его существенных свойствах и отношениях.

Модель – это материальный или абстрактно представленный объект, который в процессе познания (изучения) замещает оригинал, сохраняя некоторые важные для данного исследования типичные свойства.

Модель - некоторое описание фактов, явлений, процессов, отражающее именно те особенности объекта, которые необходимо представить, исследовать с конкретной целью. Это описание никогда не являются абсолютно полными - существует множество определений понятия "модель".

Модель может выступать как в виде вещественного агрегата или физического процесса, так и в абстрактном виде, в знаковой форме – математическая модель.

Модель дает упрощенный образ, отражающий не все свойства прототипа, а только те, которые существенны для исследования.

Важнейшей особенностью любой модели является ее сходство с оригиналом в одном или нескольких из строго зафиксированных и обоснованных отношений.

Моделирование как способ познания предполагает перенос знания, полученного при анализе модели, на оригинальный объект. Прогресс развития науки и техники определяется возможностью познания - способностью создавать модели явлений, объектов.

Основные разновидности процесса моделирования - математическое и физическое моделирование.

При физическом (натурном) моделировании исследуемая система заменяется соответствующей ей другой материальной системой, которая воспроизводит свойства изучаемой системы с сохранением их физической природы. Примером этого вида моделирования может служить пилотная сеть, с помощью которой изучается принципиальная возможность построения сети на основе тех или иных компьютеров, коммуникационных устройств, операционных систем и приложений.

Физическое моделирование позволяет решать отдельные задачи при задании небольшого количества сочетаний исследуемых параметров системы. При натурном моделировании практически невозможно проверить работу системы для различных вариантов и условий применения.

Во многих случаях предпочтительным оказывается использование математического моделирования.

Математическая модель представляет собой совокупность соотношений (формул, уравнений, неравенств, логических условий), определяющих процесс изменения состояния системы в зависимости от ее параметров, входных сигналов, начальных условий и времени. Это могут быть формулы или уравнения, наборы правил или соглашений, выраженные в математической форме.

В настоящее время широко применяется два вида математического моделирования: аналитическое и имитационное.

Аналитическое моделирование позволяет получать более точное решение, формируя математические законы, связывающие объекты системы, записанные в виде некоторых функциональных соотношений. Задачей аналитического моделирования является решение уравнений для получения теоретических результатов и сопоставление этих результатов с практикой. Наиболее полное исследование процесса функционирования системы можно провести, если известны явные зависимости связывающие искомые характеристики с начальными условиями, параметрами и переменными системы. Однако такие зависимости удается получить для сравнительно простых систем. Чтобы использовать аналитический метод необходимо существенно упростить первоначальную модель, чтобы иметь возможность изучить общие свойства системы.

Имитационные модели представляют собой компьютерную программу, которая шаг за шагом воспроизводит события, происходящие в реальной системе. Преимуществом имитационных моделей является возможность подмены процесса смены событий в исследуемой системе в реальном масштабе времени на ускоренный процесс смены событий в темпе работы программы. Результатом работы имитационной модели являются собранные в ходе наблюдения за протекающими событиями статистические данные о наиболее важных характеристиках сети: временах реакции, коэффициентах использования каналов и узлов, вероятности потерь пакетов и т.п.

Если не существует законченной математической постановки данной задачи, либо еще не разработаны аналитические методы решения сформулированной математической модели, либо если аналитические модели имеются, но процедуры столь сложны и трудоемки, что имитационное моделирование дает более простой способ решения задачи.

Имитационные модели позволяют достаточно просто учитывать случайные воздействия и другие факторы, которые создают трудности при аналитическом исследовании. Данная модель позволяет проводить эксперименты, меняя при этом условия протекания процесса, и в конечном счете определить такие условия, при которых результат удовлетворяет требованиям. Имитационное моделирование, как правило, осуществляется при помощи компьютеров и воспроизводит процесс функционирование системы во времени, имитируя явления, составляющие процесс с сохранением их логической структуры. Данные модели осуществляют прогон программы с заданными параметрами.

В классической физике, механике 17 – 18 веков получили дальнейшее развитие две главные ветви моделирования как способа познания – технико-экспериментальная и теоретическая. Пришло понимание, что математическая формулировка физических законов - это модель реального мира. С углублением познания мира уточняется математическая формулировка законов.

Первой системой математических моделей, адекватно отражающих обширный класс процессов и явлений реального мира, стала классическая механика. Одной из основных задач классической механики была задача прогнозирования движения различных тел и сред. Любая модель механического движения представляет собой систему дифференциальных уравнений относительно координат и скоростей движущегося объекта – из необходимости моделирования и прогнозирования движения возникло дифференциальное исчисление.

Таким образом, модель есть материально или теоретически созданная система, предназначенная заменить или представлять объект исследования в процессе познания. Модель должна быть более удобной для исследования. Изучение модели и реализация с её помощью различных задач позволяет получить информацию о реальном объекте исследования.

Модель обычно служит средством, помогающим в объяснении, понимании или совершенствовании системы. В частности, оно обозначает копию предмета, служащую для его изучения.

Модели могут применяться как средства:

- анализа (изучения) характеристик и поведения реальных объектов в различных условиях;

- синтеза (создания) объектов с требуемыми характеристиками, заданным поведением;

- обучения и тренировки (тренажеры);

- общения (язык, письменность).

При обучении с помощью моделей достигается высокая наглядность отображения различных объектов и облегчается передача знаний о них. Это в основном модели, позволяющие описать и объяснить систему.

В научных исследованиях модели служат средством получения, фиксирования и упорядочения новой информации, обеспечивая развитие теории и практики.

В управлении модели используются для обоснования решений. Такие модели должны обеспечить как описание, так и объяснение и предсказание поведения систем.

О моделировании естественно говорить лишь при использовании модели для познания оригинала.

Моделирование - замещение одного объекта другим с целью получения информации о важнейших свойствах объекта-оригинала с помощью объекта-модели.

При экспериментировании с моделью сложной системы можно получить больше информации о внутренних взаимодействующих факторах системы, чем при манипулировании с реальной системой благодаря изменяемости структурных элементов, легкости изменения параметров модели и т.д.

Польза от моделирования может быть достигнута только при соблюдении достаточно очевидного условия: - модель адекватно отображает свойства оригинала, существенных с точки зрения цели исследования.

Модель и моделирование нужны для того чтобы:

- понять, как устроен конкрентный объект: какова его структура, внутренние связи, основные свойства, законы развития, саморазвития и взаимодействия с окружающей средой;

- научиться управлять объектом или процессом, определять наилучшие способы управления при заданных целях и критериях;

- прогнозировать прямые и косвенные последствия реализации заданных способов и форм воздействия на объект.

Проблема моделирования состоит из трех задач:

- построения модели (эта задача менее формализуема и конструктивна, в том смысле, что нет алгоритма для построения моделей);

- исследования модели (эта задача более формализуема, имеются методы исследования различных классов моделей);

- использования модели (конструктивная и конкретизируемая задача).

Моделирование - процесс построения, изучения и применения моделей. Это изучение объектa путем построения и исследования его модели, осуществляемое с определенной целью и состоит в зaмене экспериментa с оригинaлом экспериментом с моделью.

Исследователи сложных систем занимаются упрощенными формами систем – всеобъемлющие исследования практически невозможны.

Эшби: когда системы становятся сложными, то их теория практически заключается в том, чтобы найти пути их упрощения.

Садовский: теория систем по сути представляет собой теорию упрощений.

Дата добавления: 2014-08-04; просмотров: 878; Нарушение авторских прав

Мы поможем в написании ваших работ!