15. Модель. Моделирование как метод познания.

Модель – это всегда упрощенное отражение объекта - оригинал. Для одного и того же объекта – оригинала можно построить множество моделей в зависимости от цели моделирования. Моделью могут быть физический материальный объект, система математических зависимостей, программ, имитирующая структуру или функционирование имитируемого объекта. Основные требования к модели – её адекватность объекту – оригиналу относительно моделируемых характеристик.

Процесс создания модели объекта называют моделированием. Или моделирование – это процесс представления различных характеристик поведения физического или абстрактного объекта (системы, реального физического процесса, явления, состояния и пр.) с помощью физического или абстрактного объекта или системы. В процессе моделирования должны присутствовать как минимум три участника: моделирующий субъект (человек), модулируемый объект (объект-оригинал) и объект-заменитель – собственно модель. Создание модели с целью познания – это итерационный процесс, при котором модель сравнивается с оригиналом и уточняется, что происходит в условиях постоянного изменения объекта-оригинала.

Использование метода моделирования позволяет преодолеть трудность исследования элементов, входящих в несколько целостно и качественно различных систем. Моделирование как метод научного познания в логическом плане является дальнейшим примером упрощения и схематизации, облегчающем понимание закономерностей постоянно движущейся природы. Более точное определение понятия «моделирование» будет звучать таким образом: моделирование есть метод опосредованного познания различных объектов путем построения их моделей (сохраняющих некоторые основные особенности этих объектов) с последующим изучением функционирования полученных моделей и переносом добытых знаний на предмет исследования.

Применительно к естественным и техническим наукам принято различать следующие виды моделирования:

• Концептуальное моделирование, при котором совокупность уже известных факторов или представлений относительно исследуемого объекта или системы истолковывается с помощью некоторых специальных знаков, символов. Операций над ними или с помощью естественного или искусственного языков;

• Физическое моделирование, при котором модель и моделируемый объект представляют собой реальные объекты или процесс единой или различной физической природы, причем между процессами в объекте-оригинале и в модели выполняются некоторые соотношения подобия, вытекающие из схожести физических явлений;

• Структурно - функциональное моделирование, при котором моделями являются схемы (блок-схемы), графики, чертежи, диаграммы, таблицы, рисунки, дополненные специальными правилами их объединения и преобразования;

• Математическое (логико-математическое) моделирование, при котором моделирование, включая построение модели, осуществляется средствами математики и логики;

• Имитационное (программное) моделирование, при котором логико-математическая модель исследуемого объекта представляет собой алгоритм функционирования объекта, реализованный в виде программного комплекса для компьютера.

С процессом моделирования тесно связан другой метод информатики – формализация. Чтобы определить суть данного понятия, проще обратиться к понятию «форма», то есть в процессе формализации мы не просто разбираем некую модель, но прежде всего задаем форму этой модели.

Рассмотрим несколько определений понятия «формализация».

• Это – представление какой-либо содержательной области знания (научной теории, рассуждения, процедур поиска и т.п.) в виде формальной системы или исчисления.

• Это – представление информации об исследуемом объекте с помощью знаков и знаковых систем.

• Это – основной метод информатики наряду с моделированием, который характеризуется способами приведения (сведения) существенных свойств и признаков объекта моделирования к заранее обусловленной форме.

В информатике используются два метода моделирования – информационное моделирование и математическое моделирование. Также различают:

• Моделирование аналитическое – описание объекта моделирования (задачи, процесса, системы) с помощью математических формул и логических выражений;

• Моделирование имитационное (исследование сложной системы не её модели);

• Моделирование концептуальное (создание и оптимизация модели данных в терминах СУБД);

• Моделирование машинное (функциональное моделирование проектируемого объекта на компьютере);

• Моделирование мышления (разработка и использования методов смысловой передачи содержания данных формальным способом при сохранении независимости от реализации);

• Моделирование семантическое (математическое описание объекта моделирования);

• Моделирование компьютерное (исполнение компьютерной программы, в которую заложена возможность автоматического или ручного изменения параметров моделируемого объекта).

Модель информационная – понятие, обозначающее модель объекта-оригинала, в которой отражены информационные аспекты моделируемого объекта в виде знаков, символов, слов, теоретических (абстрактных) посторенний, теорий, учений, таблиц, алгоритмов, описаний и т.д. способ представления информационной модели зависит от цели моделирования. К информационным моделям можно отнести модель математическую, то есть модель объекта-оригинала, в которой отражены информационные аспекты моделируемого объекта (теории, учения, функции, зависимости) в виде формализованных знаков конструкций – формул. Любая формула, отражающая какую-либо закономерность, - это математическая модель.

Информационное моделирование еще называют функциональным, потому что моделируется не сам объект, а только его определенные функции. Например, моделируя нейрон (клетку мозга), не изучают происходящие в нем химические процессы, а добиваются лишь того, чтобы модель нейрона обладала его способностью воспринимать и передавать информацию в форме электрических сигналов.

К информационным моделям можно отнести и компьютерную модель – понятие, обозначающее результат исполнения компьютерной программы, в которую заложена возможность автоматического или ручного изменения параметров моделируемого объекта. Благодаря большому быстродействию компьютера на экране дисплея отражается заложенное математической формулой изменение траектории движения, формы и размера объекта. Ярким примеромкомпьютерного моделирования могут служить компьютерные игры. Компьютерное моделирование широко используется в научных исследованиях, при создании мультфильмов, в которых объекты совершают не пустое техническое движение, а движение, наполненное смыслом.