Modelare - studiul obiectelor de cunoaștere pe modelele lor ; construirea și studiul modelelor de obiecte, procese sau fenomene din viața reală pentru a obține explicații ale acestor fenomene, precum și pentru a prezice fenomene de interes pentru cercetători.
Datorită ambiguității conceptului de „model”, în știință și tehnologie nu există o clasificare unică a tipurilor de modelare: clasificarea poate fi efectuată în funcție de natura modelelor, natura obiectelor care sunt modelate și zonele. de aplicare a modelării (în inginerie , științe fizice , cibernetică etc.).
În prezent, în funcție de tehnologia de modelare și domeniul de aplicare, se disting următoarele tipuri principale de modelare:
si etc.
Procesul de modelare include trei elemente:
Prima etapă a construirii unui model presupune anumite cunoștințe despre obiectul original. Capacitățile cognitive ale modelului sunt determinate de faptul că modelul afișează (reproduce, imită ) orice caracteristică esențială a obiectului original. Problema gradului necesar și suficient de similaritate între original și model necesită o analiză specifică. Evident, modelul își pierde sensul atât în cazul identității cu originalul (atunci încetează să mai fie model), cât și în cazul unei diferențe excesive față de original în toate privințele esențiale. Astfel, studiul unor aspecte ale obiectului modelat se realizează cu prețul refuzului de a studia alte aspecte. Prin urmare, orice model îl înlocuiește pe original doar într-un sens strict limitat. Rezultă de aici că mai multe modele „specializate” pot fi construite pentru un singur obiect, concentrând atenția asupra anumitor aspecte ale obiectului studiat sau caracterizând obiectul cu diferite grade de detaliu.
În a doua etapă, modelul acționează ca un obiect de studiu independent. Una dintre formele unui astfel de studiu este realizarea de experimente „model” , în care condițiile de funcționare a modelului sunt modificate în mod deliberat și sunt sistematizate datele despre „comportamentul” acestuia. Rezultatul final al acestei etape este un set (set) de cunoștințe despre model.
În a treia etapă, se realizează transferul de cunoștințe de la model la original - formarea unui set de cunoștințe. În același timp, are loc o tranziție de la „limba” modelului la „limbajul” originalului. Procesul de transfer de cunoștințe se desfășoară după anumite reguli. Cunoștințele despre model trebuie corectate ținând cont de acele proprietăți ale obiectului original care nu au fost reflectate sau au fost modificate în timpul construcției modelului.
A patra etapă este verificarea practică a cunoștințelor obținute cu ajutorul modelelor și utilizarea acestora pentru a construi o teorie generală a obiectului, transformarea sau controlul acestuia.
Modelarea este un proces ciclic . Aceasta înseamnă că primul ciclu în patru etape poate fi urmat de al doilea, al treilea etc. În același timp, cunoștințele despre obiectul studiat sunt extinse și rafinate, iar modelul original este îmbunătățit treptat. Deficiențele constatate după primul ciclu de modelare, din cauza puținei cunoștințe a obiectului sau a erorilor în construcția modelului, pot fi corectate în ciclurile ulterioare.
Acum este dificil să indicați zona activității umane în care modelarea nu ar fi aplicată. De exemplu, au fost dezvoltate modele pentru producția de mașini, cultivarea grâului, funcționarea organelor umane individuale, viața Mării Azov , consecințele unui război atomic . În viitor, pentru fiecare sistem, se pot crea propriile modele, înainte de implementarea fiecărui proiect tehnic sau organizatoric, ar trebui efectuată modelarea.
Modelele sunt utilizate de obicei atunci când nu este posibil sau practic să se creeze condiții experimentale în care oamenii de știință pot măsura direct rezultatele. Măsurarea directă a rezultatelor în condiții controlate (vezi Metoda științifică ) va fi întotdeauna mai fiabilă decât estimările simulate ale rezultatelor.
În modelare și simulare , un model este o simplificare și o abstracție intenționată a percepției realității din cauza limitărilor fizice și cognitive. [1] Modelarea este determinată de sarcini deoarece modelul urmărește să rezolve anumite întrebări sau probleme date.
Simplificarile au scopul de a omite toate entitățile cunoscute și observabile și relațiile lor care nu sunt importante pentru problema luată în considerare. Abstracția reunește informațiile care sunt importante, dar care nu sunt necesare, în același detaliu ca obiectul de studiu. Ambele acțiuni, simplificarea și abstractizarea, sunt efectuate cu intenție. Cu toate acestea, ele sunt realizate pe baza percepției realității. Această percepție este deja un model în sine, deoarece este asociată cu limitări fizice.
Există, de asemenea, limite la ceea ce putem observa în mod oficial cu instrumentele și metodele noastre actuale, precum și bariere cognitive care limitează ceea ce putem explica cu teoriile științifice existente. Un astfel de model include entitățile, comportamentul lor și relațiile lor formale și este adesea menționat ca model conceptual. Pentru a crea un astfel de model, acesta trebuie implementat prin simulare pe calculator. Acest lucru necesită un eșantion mare printr-o aplicație cum ar fi aproximarea numerică sau utilizarea euristicii . [2] În ciuda tuturor acestor limitări epistemologice și computaționale, simularea a fost recunoscută ca una dintre cele trei componente cheie ale metodelor științifice: construirea teoriei, modelarea și experimentarea. [3]
Simularea (sinonim cu modelarea prin simulare) este un proces complex de comportament al modelului în condiții de modelare date. O simulare statică oferă informații despre un sistem la un moment dat în timp (de obicei la echilibru, dacă o astfel de stare există). Simularea dinamică oferă informații de-a lungul timpului. Simularea aduce modelul la viață și arată cum se va comporta un anumit obiect sau fenomen. Simularea poate fi utilă pentru testare, analiză sau învățare atunci când obiectele sau conceptele din lumea reală pot fi reprezentate ca modele [4] .
Structura este un concept fundamental, dar adesea intangibil, care include recunoașterea, observarea, geneza , păstrarea constanței tiparelor și a relațiilor entităților modelate. De la descrierea verbală a unui fulg de zăpadă de către un copil până la o analiză științifică detaliată a proprietăților câmpurilor magnetice , conceptul de structură este fundamentul aproape tuturor modalităților de explorare și descoperire în știință , filozofie și artă . [5]
Un sistem este un set de entități care interacționează sau interdependente, reale sau abstracte, care formează un întreg integrat. În general, un sistem este un construct sau un set de elemente diferite care împreună pot duce la rezultate care nu pot fi obținute de elementele în sine. [6] Conceptul de „întreg integrat” poate fi formulat și în termenii unui sistem care întruchipează un set de relații care sunt distincte de relațiile mulțimii cu alte elemente și de relațiile dintre un element al mulțimii și elemente. care nu fac parte din modul relațional. Există două tipuri de modele de sistem: 1) discrete, în care variabilele se modifică instantaneu în momente separate în timp și 2) continue, când variabilele de stare se modifică continuu în timp. [7]
Modelarea este procesul de creare a unui model ca reprezentare conceptuală a unui fenomen. De obicei, un model se va ocupa doar de unele aspecte ale fenomenului luat în considerare, iar două modele ale aceluiași fenomen pot diferi semnificativ, adică diferențele dintre ele nu vor fi doar în simpla redenumire a componentelor lor constitutive.
Astfel de diferențe se pot datora cerințelor diferite ale utilizatorilor finali ai unui model dat sau preferințelor distinctive conceptuale sau estetice ale creatorilor modelului și deciziilor lor luate în timpul procesului de modelare. Considerațiile designerilor care pot afecta proiectarea modelului pot fi în zona preferințelor profesionale personale pentru, de exemplu, utilizarea unei ontologii reduse, sau preferințe privind utilizarea modelelor statistice versus cele deterministe, discrete versus continue. , etc. În orice caz, utilizatorii modelului trebuie să înțeleagă ipotezele făcute de creatori care guvernează utilizarea modelului.
Abstracția este necesară pentru a construi un model. Ipotezele sunt utilizate în modelare pentru a indica domeniul de aplicare al modelului. De exemplu, relativitatea specială ia un cadru de referință inerțial. Această presupunere a fost contextualizată și explicată în continuare de relativitatea generală. Modelul face predicții precise atunci când ipotezele sale sunt valide și este mai probabil să nu reușească să facă predicții exacte atunci când ipotezele sale nu sunt îndeplinite. Asemenea presupuneri coincid adesea cu momentul în care vechile teorii sunt înlocuite cu altele noi (apropo, relativitatea generală funcționează și în cadre de referință non-inerțiale).
Modelul este evaluat în primul rând în funcție de consistența sa cu datele empirice; orice model incompatibil cu observațiile reproductibile ar trebui schimbat sau respins. O modalitate de a schimba modelul este de a restricționa domeniul de aplicare pe care acesta potrivește observațiile cu un grad ridicat de încredere. De exemplu, fizica newtoniană, care este foarte utilă, cu excepția fenomenelor foarte mici, foarte rapide și foarte masive ale lumii. Cu toate acestea, potrivirea numai cu datele empirice nu este suficientă pentru ca modelul să fie acceptat ca valid. Alți factori importanți atunci când se evaluează un model includ:
Pe baza criteriilor de mai sus, utilizatorul modelului poate încerca să-l cuantifice folosind funcția de utilitate, determinând el însuși prioritatea (ponderea) variabilelor.
Vizualizarea este orice modalitate de a crea imagini, diagrame sau animații pentru un mesaj de comunicare. Vizualizarea cu imagini a fost o modalitate eficientă de comunicare atât a entităților ideaționale abstracte, cât și concrete încă de la începutul istoriei umane - picturi rupestre, hieroglife egiptene , geometrie greacă și metodele revoluționare de traducere tehnică ale lui Leonardo da Vinci pentru sarcini științifice și de inginerie.
Cartografierea spațială se referă la o metodologie care utilizează o tehnică „cvasi-globală” pentru a lega modelele „grosiere” (ideal sau de fidelitate scăzută) însoțitoare de modele „de înaltă fidelitate” (practice sau de înaltă fidelitate) de complexitate variabilă. În optimizarea inginerească, maparea aliniază (afișează) un model grosier foarte rapid cu modelul său de calcul costisitor de înaltă fidelitate, pentru a evita optimizarea costisitoare directă a unui astfel de model. Procesul de cartografiere rafinează iterativ modelul grosier (modelul surogat) comparându-l cu cel de înaltă precizie.
| Vizualizarea informațiilor tehnice | |
|---|---|
| Zone |
|
| Tipuri de imagini |
|
| Personalități |
|
Domenii conexe |
|