Моделирование как метод исследования

Моделирование, или имитация объекта исследования. Выявление существенных параметров. Роль неосознаваемый факторов при моделировании. Математическое моделирование.  Выше уже отмечалось, что основным методом исследования, используемым в настоящей работе, является моделирование с помощью ЭВМ. Моделирование широко используется в науке и технике как метод исследования сложных систем, поддающихся формализации, т. е. таких, свойства и поведение которых могут быть формально описаны с достаточной строгостью. В нашем случае, когда речь идет о процессах творчества, эвристической деятельности, анализе психических функций, игровых задачах, конфликтных ситуациях, процессах принятия решений и т. и., объекты исследований обычно настолько сложны и разнообразны, что трудно говорить об их строгой формализации, тем более что многие глубинные свойства перечисленных объектов (процессов) изучены еще недостаточно.  С другой стороны, в процессе многочисленных неформальных исследований этих объектов сформулированы различные, часто противоречивые умозаключения о свойствах этих объектов, их - структуре, сущности тех иди иных параметров, взаимосвязях отдельных составляющих их элементов и т. п. Совокупность этих умозаключении образует некое представление об объекте, исследования, его неформальную “теорию” или даже несколько взаимоисключающих друг друга “теорий”. Естественно, что такие теории, являющиеся не чем иным, как более или менее правдоподобными гипотезами, нуждаются в проверке, подтверждении и установлении области их применения.  Поясним сказанное простым примером. Так, исследование музыкальных. звуков часто заканчивается на этапе анализа слуховых восприятии или/графической записи звучания, получаемой, например -посредством прибора типа “видимый звук”. Однако, формулируемые при этом выводы - лишь предположения, не всегда достоверные. Обратимся, к анализу одного из выразительных исполнительских приемов игры на виолончели или скрипке - портаменто легато, или портаменто на один смычок- (портаменто - способ певучего исполнения пары звуков путем легкого скольжения от одного звука к другому). Выводы о структурных характеристиках портаменто неправомерно делать на основе анализа тех слуховых восприятии, которые получены при прослушивании исполнения музыкального произведения, где используется этот" прием, или из анализа графической записи исполнения. Ведь одновременно неявно используются и другие, исполнительские приемы - вибрато, изменения силы звука при ведении смычка. Они накладываются друг на друга и этим затушевывают и искажают истинную картину исследуемого приема.  Из приведенного примера видно, что даже в относительно простых задачах непосредственное исследование объекта (процесса) часто оказывается весьма затруднительным и не позволяет получать надежные объективные результаты.  Среди различных способов проверки гипотез, часто полученных и эмпирическим путем, одним из наиболее эффективных является воспроизведение, имитация, интересующих исследователя свойств и сторон анализируемого объекта искусственным путем с учетом закономерностей и особенностей, установленных при предварительном анализе. Метод этот носит название имитационное моделирование.  Так, если при исследовании мелодий какой-нибудь народности удается по закономерностям, выявленным при анализе этих мелодий, построить (синтезировать) новые мелодии и эти мелодии будут восприниматься как мелодии данной народности, то тем самым подтверждается предположение о том, что выявленные закономерности действительно определяют особенности мелодий рассмотренного вида. Заметим, что такое подтверждение будет убедительным, если синтез осуществлялся формально, с использованием только сформулированных предположений, и если при оценке результатов элиминированы субъективные факторы. Если в рассмотренном случае синтез осуществлялся не формально, а выполнялся, например, человеком - музыкантом, которому были сформулированы те закономерности, которые следовало использовать при сочинении мелодии, такой метод проверки теряет свою доказательность и становится субъективным. Это объясняется тем, что в процессе эвристической деятельности, какой является сочинение мелодий, человек может даже неосознанно реализовывать какие-то дополнительные закономерности, помимо заданных. Эти дополнительные неосознанные закономерности и факторы часто могут играть весьма существенную роль, а заданные, осознанные закономерности могут оказаться и несущественными, что подтверждается многочисленными примерами из разных областей творческой деятельности-человека, таких, например, как живопись, музыка, различные игры.  В процессе анализа выявляются различные параметры - признаки или характеристики объекта и часто эти параметры (поскольку они обнаружены в исследуемом объекте) принимаются за существенные. На самом деле” однако, они могут быть и несущественными - они просто не мешают этому объекту быть самим собой, не меняют его сущности. В то же время существенные для него параметры могут оказаться скрытыми для исследователя и не обнаруживаться при анализе.  Таким образом, возникает вторая задача - установление существенности выбранных исходных закономерностей, а также выделение среди них основных, определяющих, и несущественных, которые либо просто не влияют, на исследуемое явление, либо вытекают из остальных закономерностей. Решение этой задачи также может быть осуществлено методами имитационного моделирования.  Используемые во многих творческих процессах теории и знания, как правило, имеют интуитивный характер, не подтверждены формально, логически; так же интуитивно устанавливаются и области применения, и способ их использования. Однако, если эти интуитивные знания приводят к полезным результатам, то есть основания предполагать, что они базируются на объективных закономерностях, которые, будучи выявлены, могут лечь в основу автоматизации соответствующего творческого процесса или, иными словами, послужить основой для его моделирования. Выявление таких объективных закономерностей эвристических, на первый взгляд неформализуемых процессов, каким, в частности, представляется и творчество, осуществляется методами эвристического программирования, т. е. по существу разновидностью имитационного моделирования.  Выше уже отмечалось, что научная ценность и объективная достоверность результатов имитационного моделирования тем выше, чем полнее исключены из них субъективные факторы и чем формальнее строятся такие модели. Поэтому при решении перечисленных задач проверки гипотез, выявления объективных существенных закономерностей, лежащих в основе изучаемого явления или процесса, наиболее удобно имитационное моделирование с помощью ЭВМ, называемое также математическим моделированием.  В основе математического моделирования на ЭВМ лежит математическая модель, т. е. формальное описание известных или предполагаемых закономерностей, выявленных при содержательном, эвристическом анализе исследуемого объекта. Модель эта реализуется в виде машинного алгоритма, результат работы которого - описание имитируемого процесса или исследуемого явления. При моделировании процесса сочинения музыки, напримёр, конечный результат - нотная запись музыкального текста и перечень тех закономерностей, которые участвовали в его синтезе.  Естественно, что ничего “своего”, не осознанного предварительно человеком, модель и алгоритм не содержат. Критерием качества такого математического моделирования, критерием правильности и полноты составленной модели является степень сходства полученных на ЭВМ результатов с результатами соответствующей человеческой деятельности. Неудовлетворительность машинных результатов объективно доказывает неполноту или неправильность исходных посылок, использованных при составлений и алгоритмической (программной) реализации математической модели, и требует пересмотра исходных посылок, дополнения модели новыми данными, т. е. совершенствования построенной модели.  При моделировании на вычислительной машине, таким образом, объективно проверяется достаточность тех знаний, которыми; обладает машина (или, точнее, ее: программа); для реализации изучаемого процесса или объекта. Такое моделирование позволяет подтвердить наши Предположения, гипотезы, о механизме исследуемого объекта или процесса, о его закономерностях, правомерность наших представлений о структуре объекта, а также помогает установить степень его изученности.  Составление алгоритма (машинной программы) требует формализации всех элементов и структуры исследуемого объекта, входящих в этот алгоритм, и тем самым способствует логической ясности в понимании его. Непременным условием при: этом является строгая и формальная точность определения, (раскрытия содержания) всех понятий, вводимых в программу.