Моделирование
ПРОГНОЗИРОВАНИЕ – в узком значении специальные научные исследования
конкретных перспектив развития какого-либо явления. Как одна из форм
конкретизации научного предвидения в социальной сфере находится во
взаимосвязи с планированием, программированием, проектированием,
управлением. Выделяют три класса методов прогнозирования: экстраполяция,
моделирование, опрос экспертов.
Существует множество определений модели, в зависимости от той сферы, в
которой она строится. Вот лишь некоторые примеры,
1) Устройство, воспроизводящее, имитирующее строение и действие какого-
либо другого («моделируемого») устройства в научных, производственных
(при испытаниях) или спортивных целях.
2) В широком смысле любой образ, аналог (мысленный или условный:
изображение, описание, схема, чертеж, график, план, карта и т.п.)
какого-либо объекта, процесса или явления («оригинала» данной модели),
используемый в качестве его «заместителя», «представителя».
3) В математике и логике моделью какой-либо системы аксиом называют любую
совокупность (абстрактных) объектов, свойства которых и отношения
между которыми удовлетворяют данным аксиомам, служащим тем самым
совместным (неявным) определением такой совокупности.
4) Модель в языкознании, абстрактное понятие эталона или образца какой-
либо системы (фонологической, грамматической и т.п.), представление
самых общих характеристик какого-либо языкового явления; общая схема
описания системы языка или какой-либо его подсистемы.
Но, несмотря на такое разнообразие формулировок, все же попытаемся дать
моделированию надлежащее определение.
Итак, моделирование – это исследование каких-либо явлений, процессов или
систем объектов путем построения и изучения их моделей; использование
моделей для определения или уточнения характеристик и рационализации
способов построения вновь конструируемых объектов. Моделирование одна из
основных категорий теории познания: на идее моделирования по существу
базируется любой метод научного исследования как теоретической (при
котором используются различного рода знаковые, абстрактные модели), так и
экспериментальный (использующий предметные модели).
Построение моделей как одна из сторон диалектической пары
противоположностей анализ-синтез имеет много аспектов, из которых
некоторый выдвигается на первый план.
Особенно существенным при построении моделей является аспект отражения,
понимаемого в смысле теории познания.
Каждая модель хранит знания в надлежащей форме; при этом запоминание
знаний, как правило, связано с уменьшением избыточности. Поэтому каждая
модель имеет также языковую функцию. Содержание знаний является
семантической стороной; способы, с помощью которых знания вводятся в
модель, кодируются в ней, являются синтаксической стороной. Последний
языковой компонент имеет большое значение при активизации модели при
каждом приведении ее в действие.
Но в то же время модель в своей функции как структура для хранения
знаний является связующим звеном между теоретическим и эмпирическим
познанием. Фразу «нет ничего проще хорошей теории» следует воспринимать
дословно. Формализованная теория позволяет описать большое число частных
фактов с помощью наибольшего числа основных результатов. Следовательно,
главное назначение теории – в уменьшении избыточности, обусловленной
изобилием частных фактов, и связанных с этим более глубоким познанием
закономерных связей.
В основе каждой модели лежит более или менее развитая теория
отображаемого объекта; эта теория укладывается в синтаксически
установленные рамки, в концепцию системы, положенную в основу конкретного
построения модели.
Системная концепция фиксирует общие рамки модели, иначе говоря,
определяет структуру памяти модели. Конкретная форма модели, в которой
она может действовать в качестве замены только одного конкретного
объекта, получается благодаря тому, что экспериментальные, то есть
эмпирические, данные приводятся в соответствии с этими рамками, то есть
для параметров модели, ее степеней свободы шаг за шагом устанавливаются
все более достоверные значения. В этом смысле каждая разработанная модель
выражает компромисс между теорией и практикой, между теоретическими
познаниями и эмпирическими данными.
Следует отметить некоторые вещи и процессы, используемые в процессе
моделирования.
Например, гибридная вычислительная система – комплекс из нескольких ЭВМ
или вычислительных устройств (аналоговых и цифровых), объединенных единой
системой управления. Ее применяют при моделировании сложных систем, для
оптимизации систем автоматического управления, решения нелинейных
уравнений в частных производных и т.д.
Следует также упомянуть идеализацию – процесс идеализации, мыслительное
конструирование понятий об объектах, процессах и явлениях, не
существующих в действительности, но таких, для которых имеются прообразы
в реальном мире (например, «точка», «абсолютно твердое тело», «идеальный
газ»). Идеализация позволяет формулировать законы, строить абстрактные
схемы реальных процессов.
Наконец, вероятностный автомат – устройство (система), автоматически
изменяющее свое состояние в зависимости от последовательности предыдущих
состояний и случайных входных сигналов. Вероятностный автомат используют
при моделировании сложных процессов, например систем автоматического
управления движением транспорта на перекрестке двух улиц.
Языки программирования также тесно связаны с моделированием. Это
формальные языки для описания данных (информации) и алгоритма (программы)
их обработки на ЭВМ. Основу языков программирования составляют
алгоритмические языки. Первыми языками программирования были машинные
языки, представляющие собой системы команд для конкретных ЭВМ. С
развитием вычислительной техники появились более сложные языки
программирования, ориентированные на решение различных задач: обработка
экономической информации (КОБОЛ), инженерные и научные расчеты (Фортран),
обучение программированию (алгол-60, Паскаль), моделирование (сленг,
стимула) и другие.
Важный аспект построения моделей заключается в том, что модель должна
быть в приблизительном смысле заменителем реального положения вещей,
реальной системы. Следовательно, речь идет не только об уменьшении
избыточности запоминания информации, но и о такой семантике и о таком
синтаксисе модели, при котором ее поведение оказывается сравнимым с
поведением реального объекта. Так представляется роль модели как замены
объекта, по крайней мере, при моделировании реальных типов поведения. При
постановке других целей моделирования роль модели, заключающаяся в том,
чтобы быть в какой-то степени адекватной исходному объекту, должна
пониматься аналогично.
Оптимизация описывает аспект управления или аспект синтеза. Поскольку
речь идет о том, чтобы «не объяснить мир, но изменить его», то едва ли
можно, теоретико-познавательную сторону моделирования отделить от функции
управления, присущей модели, поэтому в духе компромисса на практике
иногда приходится отказываться от возможного выигрыша в знаниях в пользу
большей целенаправленности модели. Модель, построенная на основе
системного анализа, должна быть существенным вспомогательным средством
для отыскания решений.
При практических применениях мы, как правило, ограничены в средствах,
которые можно затратить на моделирование и оптимизацию; следовательно,
автоматически сталкиваемся с требованиями построения моделей при
минимальных затратах.
Для теории характерно, что ее положения получаются в результате
обобщения частных фактов, а достоверность проверяется путем применения
теории к случаям, которые хотя и охватываются теорией, однако не
принадлежат области источников ее начальных положений. Факты, которые по
области своей значимости не связаны с этими источниками, являются чисто
эмпирическими и не могут рассматриваться как относящиеся к теории.
Издревле люди занимались моделированием. Возьмем к примеру, Леонардо да
Винчи. Как ученый и инженер Леонардо да Винчи обогатил проницательными
наблюдениями и догадками почти все области знания того времени,
рассматривая свои заметки и рисунки как наброски к гигантской
натурфилософской энциклопедии. Он был ярким представителем нового,
основанного на эксперименте естествознания. Особое внимание Леонардо
уделял механике, называя ее «раем математических наук» и видя в ней ключ
к тайнам мироздания; он попытался определить коэффициенты трения
скольжения, изучал сопротивление материалов, увлеченно занимался
гидравликой. Страсть к моделированию приводила Леонардо к поразительным
техническим предвидениям, намного опережавших эпоху: таковы наброски
проектов металлургических печей и прокатных станов, ткацких станков,
печатных, деревообрабатывающих и прочих машин, подводной лодки и танка, а
также разработанные после тщательного изучения полета птиц конструкции
летальных аппаратов и парашюта.
Следующим примером моделирования может служить разработка модели Земли.В
первой половине 20 века норвежские, бельгийские, французские и русские
путешественники обследовали приполярные области, составили их описания и
карты. В 1909 А. Мохорович выделил планетарную грницу раздела, являющуюся
подошвой земной коры. В 1916 сейсмолог Б.Б. Голицын зафиксировал границу
верхней мантии, а в 1926 Б. Гутенберг установил в ней наличие
сейсмического волновода. Этот же ученый определил положение и глубину
границы между мантией Земли и ядром. В 1935 Ч. Рихтер ввел понятие
магнитуды землетрясения, разработал совместно с Гутенбергом в 1941-45
шкалу Рихтера. Позднее на основе этих сейсмологических и гравиметрических
данных была разработана модель внутреннего строения Земли, которая
остается практически неизменной до наших дней. С 1980-90-х гг.
развивается геофизическая томография, с помощью которой построены
сейсмические разрезы нижней и верхней мантии, что в совокупности с
геотермическими и другими геофизическими данными позволило осуществить
качественное и количественное моделирование мантийной конвекции
циркуляционного перемещения вещества мантии.
Запуски межпланетных космических аппаратов к Меркурию, Марсу, Венере, а
также к более отдаленным планетам позволили также углубить знания о
стоении и эволюции Земли на основе сравнительного изучения планет.
Полученные данные вместе со сведениями о структуре земной коры и
глубинных недр планеты послужили основой для разработки моделей развития
Земли, начиная с момента ее образования из протопланетного облака.
После второй мировой войны интенсивное развитие получила техническая
кибернетика. Одним из важнейших ее направлений стало построение моделей,
что в особенности проявилось благодаря разносторонней научной
деятельности ИФАК. Вследствие этого возникло ширко распространенное
убеждение, будто построение моделей по существу равнозначно
индентификации параметров в характеристиках определенных типов. Это
представление неверно.
Развитие кибернетики в последние годы, давшее, в частности, системный
подход к так называемым большим системам, который сильнее всего проявился
в многообразных попытках глобального моделирования, привело к существенно
более широкому пониманию моделирования.
При этом дело дошло до переосмысления источников модельных конструкций,
которые собственно существовали еще задолго до периода бурного развития
науки и техники. Оказалось, что с давних пор наиболее значительными
науками, занимающимися построением моделей, была физика, в частности
механика. Уже из традиционных подходов к описанию физических объектов
можно получить существенные представления о построении моделей. Конечно,
методология такого построения развилась далеко за пределы известного и
обычного для физики.
В общем и целом, построение моделей и их оптимизация – главные
направления междисциплинарных работ, дающие возможность надежного
описания систем и процессов. Они являются предпосылками для
целенаправленного использования их свойств в интересах общества.
Модели способствуют плодотворному производству во всех сферах жизни так
как:
- сокращают издержки;
- показывают несостоятельность некоторых идей;
- экономят время ( модели доводятся до совершенства и лишь затем на их
основе начинается производство, строительство и т.д.)
Моделирование – одна из основных категорий научного познания, на идее
моделирования базируется любой, в частности теоретический или
практический, метод научного познания.
Список использованной литературы:
1. Вернадский В.И. Избранные трактаты по истории науки. М., 1981
2. Энциклопедии «Кирилл и Мефодий» 1998-2000:
- Универсальная
- Энциклопедия персонального компьютера
3. Заворотов В.А. От идеи до модели. М., 1990
|
