Определение модели

Модельпредставляет собой абстрактное описание системы (объекта, процесса, проблемы, понятия) в некоторой форме, отличной от формы их реального существования. Модель служит средством, помогающим исследователю в объяснении, понимании или совершенствовании системы (процесса). Моделирование, в свою очередь, как один из основных методов познания, является формой отражения действительности и заключается в выяснении или воспроизведении тех или иных свойств реальных объектов, предметов и явлений с помощью других объектов, процессов, явлений, либо с помощью абстрактного описания в виде изображения, плана, карты, совокупности уравнений, алгоритмов и программ.

В процессе моделирования всегда существует оригинал (объект) и модель, которая воспроизводит (моделирует, описывает, имитирует) некоторые черты объекта. Модель может быть как точной копией исследуемой объекта(хотя и выполненной из другого материала и в другом масштабе), так и отображением некоторых характерных свойств объекта в абстрактной форме. Моделирование основано на наличии у многообразия естественных и искусственных систем, отличающихся как целевым назначением, так и физическим воплощением, сходства или подобия некоторых свойств: геометрических, структурных, функциональных, поведенческих. Это сходство может быть полным (изоморфизм)и частичным (гомоморфизм). Моделирование появилось в человеческой деятельности как только человечество стало стремиться к пониманию окружающей действительности; и сейчас, по существу, прогресс науки и техники находит свое наиболее точное выражение в развитии способности человека создавать модели объектов и понятий.

Способы исследования системы можно условно разделить на следующие: эксперимент с реальной системой и эксперимент с моделью. Эксперимент с реальной системой не всегда возможен из-за неоправданной дороговизны подобного эксперимента или по той причине, что система еще находится в стадии проектирования. В этом случае прибегают к исследованию системы с помощью модели. Условно модели по способу представления можно разделить на физические и математические.

Физические (материальные) модели представляют собой реальные системы той же природы, что и исследуемый объект, например, модель самолета в уменьшенном масштабе, которая испытывается в аэродинамической трубе для оценки аэродинамической устойчивости. К математическим (абстрактным) моделям относятся те, в которых для представления процесса или системы используются символы, а не физические устройства. Например, модель, представленная набором дифференциальных уравнений, описывает поведение системы независимо от ее материальной природы, основываясь лишь на характере протекающих в ней процессов, обеспечивая тем самым высшую степень абстракции.

По способу математического описания в классе математических (абстрактных) моделей можно выделить аналитические и алгоритмические модели. В аналитических моделях процессы функционирования систем представляются в виде некоторых математических выражений, отображающих зависимость определяемых характеристик системы от ее параметров и параметров внешней среды, т.е. в виде алгебраических выражений, систем алгебраических или дифференциальных уравнений и систем ограничений на переменные. Примерами таких моделей могут служить модель движения твердого тела в безвоздушном пространстве, модель межотраслевого баланса в экономике и т.п. Имитация процессов функционирования здесь является вырожденной, она сводится к расчетам по указанным выражениям. В аналитических моделях структура моделируемых систем и процессы их функционирования представлены в неявном виде.

Рисунок 1.1 – Способы исследования системы

Однако большинство существующих систем являются очень сложными, и для них невозможно создать реальную модель, описанную аналитически. Такие модели следует изучать с помощью алгоритмического моделирования. Алгоритмические модели сочетают в своей структуре сложные функциональные зависимости, логико-аналитическая структура которых не поддается прямому решению, и традиционные математические формы. При алгоритмическом моделировании структура моделируемой системы непосредственно отображается в модели, а процессы ее функционирования проигрываются (имитируются) на построенной модели. Таким образом, алгоритмическое моделирование, как правило, является имитационным. Построение же имитационной модели заключается в описании структуры и процессов функционирования системы.

Вычислительная техника может быть компонентом всех видов моделирования, хотя это и необязательно. Компьютер используется для численной оценки характеристик модели, а с помощью полученных данных рассчитываются ее реальные характеристики.

Для научного исследования системы прибегают к определенным допущениям, касающимся ее функционирования. Эти допущения, как правило, имеющие вид математических или логических отношений, составляют модель, с помощью которой можно получить представление о поведении соответствующей системы.

Исследование современных сложных систем предполагает различные классы моделей. Развитие информационных технологий можно интерпретировать как возможность реализации моделей различного вида в рамках информационных систем различного назначения, например, информационные системы, системы распознавания образов, системы искусственного интеллекта, системы поддержки принятия решений. В основе этих систем лежат модели различных типов: семантические, логические, математические и т.п.

Приведем общую классификацию основных видов моделирования:

• концептуальное моделирование – представление системы с помощью специальных знаков, символов, операций над ними или с помощью естественных или искусственных языков,

• физическое моделирование – моделируемый объект или процесс воспроизводится исходя из соотношения подобия, вытекающего из схожести физических явлений;

• структурно-функциональное – моделями являются схемы (блок схемы), графики, диаграммы, таблицы, рисунки со специальными правилами их объединения и преобразования;

• математическое моделирование в различных его видах– построение модели осуществляется средствами математики и логики.

Указанные виды моделирования могут применяться как самостоятельно, так и одновременно, в некоторой комбинации.

Поиск по сайту: