Понятие модели

Формальная и неформальная постановка задачи, переход от реальной задачи к информационной модели

Человек издавна использует моделирование для исследования объектов, процессов, явлений (в дальнейшем все это будем называть объектами моделирования) в различных областях. Результаты этих исследований служат:

· для определения и улучшения характеристик реальных объектов и процессов;

· для понимания сути явлений и выработки умения приспосабливаться или управлять ими;

· для конструирования новых объектов или модернизация старых.

Моделирование помогает человеку принимать обоснованные и продуманные решения, предвидеть последствия своей деятельности. Может возникнуть вопрос, почему бы не исследовать сам оригинал, зачем создавать его модель?

В этих и других случаях исходная система заменяется некоторой другой материальной или абстрактной системой. Эта вторая система называется моделью. Первую же будем называть «объект моделирования» или «объект-оригинал». Дадим следующее определение.

Модель - это материальная или идеальная система, которая в определенных условиях может заменить объект-оригинал и служит для получения информации об объекте-оригинале и (или) других объектах, с ним связанных.

Уточняя определение, сформулируем следующие важные положения:

- модель - идеальный или материальный объект;

- модель - отображение или воспроизводство объекта-оригинала;

- модель - источник получения информации.

Можно перечислить характерные случаи, в которых требуется модель (как в научно-исследовательской, так и в производственной деятельности):

- когда объект-оригинал есть сложная система, непосредственное изучение которой затруднено, невозможно или экономически невыгодно;

- когда непосредственное экспериментирование с объектом-оригиналом может оказать разрушительное воздействие на него или другие объекты, с ним связанные;

- когда необходимо спрогнозировать возможное состояние или поведение объекта в будущем;

- когда необходимо разработать варианты и выбрать оптимальное решение, связанное с функционированием объекта-оригинала;

- когда объект-оригинал еще не существует в материальном виде, однако уже на этапе проектирования требуется представить информацию об этом объекте, оценить эффективность выбранных методов и средств его разработки;

- когда в практической деятельности необходимо упрощенное представление информации об объекте-оригинале с целью информационного обеспечения людей, работающих с ним;

- при обучении работе с моделируемой системой, в играх и т.п.

Построение модели должно быть связано с целью моделирования. Каждый объект имеет большое количество различных свойств. В процессе построения модели выделяются главные, наиболее существенные, свойства, которые соответствуют цели.

Формализация - это замена реального объекта или процесса его формальным описанием, т.е. его информационной моделью.

Построив информационную модель, человек использует ее вместо объекта-оригинала для изучения свойств этого объекта, прогнозирования его поведения и пр.

Формализация — это процесс выделения и перевода внутренней структуры объекта в определенную информационную структуру — форму.

Моделирование любой системы невозможно без предварительной формализации. По сути, формализация — это первый и очень важный этап процесса моделирования.

Формальная и неформальная постановка задачи означает исследование объектов с помощью их моделей. В более широком смысле слова моделирование понимается как процесс, включающий в себя не только исследование, но и разработку модели.

Экспериментальное исследование реальных объектов на их моделях называется модельным экспериментом. В модельном эксперименте модель выступает одновременно и средством, и объектом исследования. При этом модель может применяться как для замещения самого объекта, так и быть замещением некоторых внешних условий и (или) систем, связанных с исследуемым объектом в реальном мире.

Чтобы выполнять свои функции, модель должна удовлетворять двум основным требованиям: быть достаточно простой, чтобы в отличие от оригинала ее можно было исследовать, экспериментировать с ней; быть подобной объекту-оригиналу, с необходимой полнотой воспроизводить его свойства.

Информационная модель - это отражение исследования части реального мира в виде информации.

Для построения информационной модели необходимо пройти ряд стадий. Процесс, проводимый от "объекта познания" до "формальной конструкции", носит название "формализация", а обратный процесс - "интерпретация" - чаще всего используется в познании мира и обучении.

Уточним понятия

Модель - это, как правило (или набор правил), искусственно созданный объект, используемый вместо оригинала с какой-то целью, который отражает существенные особенности изучаемого объекта, явления или процесса.

Моделирование — это метод познания, состоящий в создании и исследовании моделей.

Каждый объект имеет большое количество различных свойств. В процессе построения модели выделяются главные, наиболее существенные, свойства.

Цели моделирования:

· понять сущность изучаемого объекта,

· научиться управлять объектом и определять наилучшие способы управления,

· прогнозировать прямые или косвенные последствия,

· решать прикладные задачи.

· Разные науки исследуют объекты и процессы под разным углом зрения и строят различные типы моделей. В физике изучаются процессы взаимодействия и движения объектов, в химии — их внутреннее строение, в биологии — поведение живых организмов и т.д. Возьмем в качестве примера человека, в разных науках он исследуется в рамках различных моделей. В рамках механики его можно рассматривать как материальную точку, в химии — как объект, состоящий из различных химических веществ, в биологии — как систему, стремящуюся к самосохранению и т.д.

· С другой стороны, разные объекты могут описываться одной моделью. Так, в механике различные материальные тела (от планеты до песчинки) могут рассматриваться как материальные точки.

· Один и тот же объект может иметь множество моделей, а разные объекты могут описываться одной моделью. В информатике от вида описания модели зависит точка зрения аналитика: бухгалтер, программист, финансист и т.п.