Классификация моделей. Границы между моделями различных типов или классов, а также отнесение модели к какому-то типу или классу чаще всего условны

Границы между моделями различных типов или классов, а также отнесение модели к какому-то типу или классу чаще всего условны. Рассмотрим наиболее распространенные признаки, по которым классифицируются модели:

· область использования;

· отрасль знаний;

· фактор времени;

· случайные воздействия;

· область применения;

· способ представления.

По области использования выделяются модели учебные, опытные, имитационные, игровые, научно - технические.

Учебные модели – это могут быть наглядные пособия, различные тренажеры, обучающие программы.

Опытные модели — это уменьшенные или увеличенные копии проектируемого объекта. Их называют также натурными и используют для исследования объекта и прогнозирования его будущих характеристик. Например, модель корабля испытывается в бассейне для определения устойчивости судна при качке, а уменьшенная копия автомобиля "продувается" в аэродинамической трубе для изучения обтекаемости его кузова. На модели проверяется каждый элемент конструкции здания, а модель гидростанции еще при разработке проекта помогает решить гидротехнические, экологические и многие другие проблемы.

Научно-технические модели создают для исследования процессов и явлений. К ним можно отнести, например, и синхротрон — ускоритель электронов, и прибор, имитирующий разряд молнии, и стенд для проверки телевизоров.

Игровые модели — это военные, экономические, спортивные, деловые игры. Они как бы репетируют поведение объекта в различных ситуациях, проигрывая их с учетом возможной реакции со стороны конкурента, союзника или противника.

Имитационные модели предназначены для испытания или изучения проигрывания возможных путей развития и поведения объекта путем варьирования некоторых или всех параметров объекта. Например, в ряде опытов на мышах испытывается новое лекарственное средство, чтобы выявить побочные действия и уточнить дозировки.

По отрасли знаний выделяются модели биологические, химические, экономические, исторические, социологические и т.д.

По фактору времени выделяются модели статические и динамические.

Статическая модель — это как бы одномоментный срез информации по объекту, она описывает объект в определенный момент времени. Динамическая модель отражает процесс функционирования объекта или изменения и развития процесса во времени. Например, при строительстве дома рассчитывают прочность и устойчивость к постоянной нагрузке его фундамента, стен, балок — это статическая модель здания. Но еще надо обеспечить противодействие ветрам, движению грунтовых вод, сейсмическим колебаниям и другим, изменяющимся во времени, факторам. Это можно решить с помощью динамических моделей.

Динамические модели подразделяются на дискретные и непрерывные. Модель дискретная, если она описывает поведение системы только в дискретные моменты времени. Например, если рассматривать движение свободно падающего тела только в определенные моменты времени t: 0, 1, 2, …, 10 (с), то модель S = qt ²/2 или числовая последовательность S ₀ = 0, S ₁ = q /2, S ₂ = 2 q, S ₃ = 9 q /2, …, S ₁₀ = 50 q, является дискретной. Модель непрерывная, если она описывает поведение системы для всех моментов времени из некоторого промежутка. Например, модель S = qt ²/2, 0 < t < 100 непрерывна на промежутке времени (0; 100).

По наличию воздействий на систему модели делятся на детерминированные (в системе отсутствуют случайные воздействия) и стохастические (в системе присутствуют вероятностные воздействия). Например, приведенные выше модели – детерминированные. Если в модели движения свободно падающего тела S (p) = q (p) t ²/2, 0 < t < 100 был бы учтен случайный параметр – порыв ветра с силой р, то мы бы получили стохастическую модель (уже не свободного падения).

По области применения модели подразделяются на универсальные, предназначенные для использования несколькими системами, и специализированные, предназначенные для использования только одной системой. К универсальным моделям относятся: базы данных и СУБД, автоматизированные системы управлении, базы знаний, экспертные системы. Специализированные модели являются уникальными по своим возможностям и обладают большей точностью.

По способу представления выделяются модели предметные (натурные, материальные) и информационные (нематериальные).

Предметные модели - это материальные копии объектов моделирования. Они всегда имеют реальное воплощение, воспроизводят геометрические или физические свойства, либо действия объекта-оригинала. Например, глобус - модель формы земного шара, кукла - модель внешнего вида человека, робот - модель действий человека на вредном производстве и тренажер – модель, имитирующая различные ситуации и позволяющая отрабатывать методы ее разрешения. Материальное моделирование использует экспериментальный (опытный) метод познания.

Информационная модель - это совокупность информации об объекте, описывающая свойства и состояние объекта, процесса или явления, а также связи и отношения с внешним миром.

Информационную модель нельзя потрогать, у нее нет материального воплощения, она строится только на информации. Информационное моделирование использует теоретический метод познания.

Информационные модели делятся на вербальные и знаковые.

Вербальные (от латинского слова verbalize - устный) модели это представление информационной модели средствами естественного разговорного языка. Полученные в результате раздумий и умозаключений, вербальные модели могут остаться мысленными или быть выражены словесно. Примером такой модели может стать поведение человека при переходе улицы. Человек анализирует ситуацию на дороге (что показывает светофор, как далеко находятся машины, с какой скоростью они движутся и т.п.) и вырабатывает свою модель поведения. Если ситуация смоделирована правильно, то переход будет безопасным, если нет, то может произойти авария. К таким моделям можно отнести и идею, возникшую у изобретателя, и музыкальную тему, промелькнувшую в голове композитора, и рифму, прозвучавшую пока еще в сознании поэта.

Знаковая модель – это информационная модель, выраженная средствами любого формального языка. Знаковоемоделирование использует алфавиты формальных языков: условные знаки, специальные символы, буквы, цифры и предусматривает совокупность правил оперирования с этими знаками. Например, специальные языковые системы, физические или химические формулы, математические выражения и формулы, нотная запись, программа, записанная по правилам языка программирования и т.д. К знаковым моделям относятся рисунки, тексты, таблицы, схемы, чертежи, графики, планы, карты.

Вербальные и знаковые модели, как правило, взаимосвязаны. Мысленный образ, родившийся в мозгу человека, может быть облечен в знаковую форму. И наоборот, знаковая модель помогает сформировать в сознании верный мысленный образ.

По форме представления различают следующие виды информационных моделей:

• геометрические модели - графические формы и объемные конструкции;

• словесные модели - устные и письменные описания с использованием иллюстраций;

• математические модели - математические формулы, отображающие связь различных параметров объекта или процесса;

• структурные модели - схемы, графики, таблицы и т. п.;

• логические модели - модели, в которых представлены различные варианты выбора действий на основе умозаключений и анализа условий;

• специальные модели - ноты, химические формулы и т. п.;

• компьютерные и некомпьютерные модели.

По способу реализации информационные знаковые модели подразделяются на компьютерные и некомпьютерные модели.

Некомпьютерная модель - это модель для реализации которой используется традиционный набор инструментов инженера или конструктора (например, карандаш и линейка).

Компьютерная модель - это модель, реализованная средствами программной среды. Имея дело с компьютером как с инструментом, нужно помнить, что он работает с информацией. Поэтому следует исходить из того, какую информацию и в каком виде может воспринимать и обрабатывать компьютер. Современный компьютер способен работать со звуком, видеоизображением, анимацией, текстом, схемами, таблицами и т. д. Но для использования всего многообразия информации необходимо как техническое, так и программное обеспечение. Сейчас имеется широкий круг программ, позволяющих создавать различные виды компьютерных знаковых моделей: текстовые процессоры, редакторы формул, электронные таблицы, графические редакторы, системы управления в базах данных, профессиональные системы проектирования, а также различные среды программирования.