Моделирование

Современная наука использует различные приемы при изучении явлений внешнего мира, которые зависят от характера решаемых задач.

Объект – некоторая часть окружающего мира, рассматриваемого человеком как единое целое.

Если объект изучения достаточно прост и доступен наблюдению с помощью наших органов чувств и приборов, то используют подходы, носящие название приемов прямого наблюдения. Однако это часто бывает невозможно. Причиной ненаблюдаемости могут быть, например, микро- или макро-размерность оригинала (физика, астрономия), его сложность и интегральность, которая нарушается в ходе прямого наблюдения (функционирование мозга человека при переработке речевой информации) и др. В таких случаях необходимо обратиться к косвенным методам изучения объекта. Основным среди них является метод моделирования, при реализации которого мы наблюдаем не сам объект, а его аналог, т.е. модель.

Моделью называется некий объект-заменитель, который в определенных условиях может заменять объект-оригинал, воспроизводя интересующие нас свойства и характеристики оригинала, причем имеющий существенные преимущества (наглядность, обозримость, доступность испытаний, легкость оперирования и т.д.).

Т.о., моделирование - это метод познания, состоящий в создании и исследовании моделей. Один и тот же объект может иметь множество моделей, а разные объекты могут описываться одной моделью.

Современной науке известно несколько типов моделирования:

1) предметное моделирование, при котором исследование ведется на модели, воспроизводящей определенные геометрические, физические, динамические или функциональные характеристики объекта-оригинала;

2) знаковое моделирование, при котором в качестве моделей выступают схемы, чертежи, формулы. Важнейшим видом такого моделирования является математическое моделирование, производимое средствами математики и логики;

3) мысленное моделирование, при котором вместо знаковых моделей используются мысленно-наглядные представления этих знаков и операций с ними.

В последнее время широкое распространение получил модельный эксперимент с использованием компьютеров, которые являются одновременно и средством, и объектом экспериментального исследования, заменяющими оригинал. В таком случае в качестве модели выступает алгоритм (программа) функционирования объекта.

Типы моделей (по форме представления)

1. предметные (материальные) модели воспроизводят геометрические, физические и др. свойства объектов в материальной форме. Примеры: детские игрушки, скелет человека, чучело, макет солнечной системы, школьные пособия, физические и химические опыты

2. абстрактные (нематериальные) – не имеют реального воплощения. Их основу составляет информация. Это теоретический метод познания окружающей среды. По признаку реализации они бывают:  мысленные и вербальные; информационные.

2.1 Мысленные модели формируются в воображении человека в результате раздумий, умозаключений, иногда в виде некоторого образа. Это модель сопутствует сознательной деятельности человека. Вербальные – мысленные модели выраженные в разговорной форме. Используется для передачи мыслей.

2. Информационные модели – целенаправленно отобранная информация об объекте, которая отражает наиболее существенные для исследователя свойств этого объекта.

Формализация - процесс построения информационных моделей с помощью формальных языков. Естественные языки используются для создания описательных информационных моделей. С помощью формальных языков строятся формальные информационные модели (например, математические и логические информационные модели). В процессе исследования формальных моделей часто проводится их визуализация. Для визуализации алгоритмов используются блок-схемы: пространственных соотношений между объектами - чертежи, моделей электрических цепей - электрические схемы, логических моделей устройств - логические схемы и т. д. Часто используется анимация.

Система является совокупностью взаимосвязанных объектов, которые называются элементами системы. Каждый объект состоит из других объектов, то есть представляет собой систему. Важным признаком системы является её целостное функционирование. Состояние системы характеризуется её структурой, то есть составом и свойствами элементов, их отношениями и связями между собой. Состояние систем изменяется во времени, то есть происходят процессы изменения и развития систем.