Основные понятия и принципы моделирования

lign="justify">Вычислительный  эксперимент становится новым инструментом, методом научного познания, новой  технологией также из-за возрастающей необходимости перехода от исследования линейных математических моделей систем (для которых достаточно хорошо известны или разработаны методы исследования, теория) к исследованию сложных и  нелинейных математических моделей  систем (анализ которых гораздо сложнее). Грубо говоря, наши знания об окружающем мире линейны, а процессы в окружающем мире нелинейны.

 

Вычислительный  эксперимент позволяет находить новые закономерности, проверять  гипотезы, визуализировать ход событий  и т. д.

 

Чтобы дать жизнь новым конструкторским  разработкам, внедрить новые технические  решения в производство или проверить  новые идеи, нужен эксперимент. В  недалеком прошлом такой эксперимент  можно было провести либо в лабораторных условиях на специально создаваемых  для него установках, либо на натуре, т. е. на настоящем образце изделия, подвергая его всяческим испытаниям.

 

С развитием  вычислительной техники появился новый  уникальный метод исследования —  компьютерный эксперимент. Компьютерный эксперимент включает некоторую  последовательность работы с моделью, совокупность целенаправленных действий пользователя над компьютерной моделью.

 

Этап 4. Анализ результатов  моделирования.

Конечная  цель моделирования — принятие решения, которое должно быть выработано на основе всестороннего анализа полученных результатов. Этот этап решающий —  либо вы продолжаете исследование, либо заканчиваете. Возможно, вам известен ожидаемый результат, тогда необходимо сравнить полученный и ожидаемый  результаты. В случае совпадения вы сможете принять решение.

 

Основой для  выработки решения служат результаты тестирования и экспериментов. Если результаты не соответствуют целям  поставленной задачи, значит, допущены ошибки на предыдущих этапах. Это может  быть либо слишком упрощенное построение информационной модели, либо неудачный  выбор метода или среды моделирования, либо нарушение технологических  приемов при построении модели. Если такие ошибки выявлены, то требуется  корректировка модели, т. е. возврат  к одному из предыдущих этапов. Процесс  повторяется до тех пор, пока результаты эксперимента не будут отвечать целям  моделирования. Главное, надо всегда помнить: выявленная ошибка — тоже результат.

 Как говорит  народная мудрость, на ошибках  учатся.

 

1.1 Сущность, содержание  и функции моделей  и моделирования

В широком  смысле моделирование - многоплановый  метод исследования, один из путей  познания. Оно предполагает исследование реально существующих предметов, явлений, социальных процессов, органических и  неорганических систем. А это значит, что сферы применения моделирования, по существу, неограниченны. Ими охватываются все процессы. Но это вовсе не означает, что моделирование является единственным и исчерпывающим методом  познания, хотя моделирование присуще  всякому познавательному процессу.

Моделирование - это специфическое многофункциональное  исследование. Его главная задача - воспроизвести на основании сходства с существующим объектом другой, заменяющий его объект (модель). Модель - это  аналог оригинала. Она должна иметь  сходство с оригиналом, но не повторять  его, так как при этом само моделирование  теряет смысл. Недопустимо и произвольное моделирование; в этом случае оно  не дает должного представления об оригинале модели и также не выполняет  своей функции.

Общество  не может разумно развиваться, не анализируя себя, различные стороны  своей деятельности, не контролируя  себя, не заглядывая вперед. Но для того чтобы этот анализ был эффективным, он должен опираться на точные, объективные  данные, т.е. необходима информационная база, социальная информация. Совокупность проблем, поддающаяся количественному  анализу, может быть формализована, выражена языком цифр и обработана на ЭВМ с помощью математического  моделирования. Но далеко не все процессы общества поддаются количественному  измерению и контролю. Социальные отношения отличаются исключительной сложностью, в них взаимодействуют  самые различные факторы, взаимовлияние  которых друг на друга неоднозначно, вариативно; причинно-следственные связи, их интенсивность и характер подвижны и неопределенны.

К тому же следует  учитывать, что все социальные процессы осуществляются людьми, а поступки, мысли, чувства людей не могут  иметь числового отображения. Отсюда - объективно необходимыми становятся различные методы анализа качественного  содержания процессов в социальной сфере.

А значит, необходимы и самые различные модели, функциями  которых являются:

• углубление познания действующих систем, объектов; определение основных параметров, путей дальнейшего их совершенствования;
• проведение сравнительного анализа оригинала и модели, выявление качественных характеристик.

Моделирование выполняет и важные эвристические  функции: выявляет негативные тенденции, определяет позитивные пути решения  проблем, предлагает альтернативные варианты. Моделирование выступает, таким  образом, в единстве с прогнозированием, являясь его составной частью.

Условно можно  выделить несколько видов (типов) моделей: познавательные, эвристические; модели будущего - прогностические; модели желаемого, заданного состояния. Однако моделирование сложных социальных проблем сочетает в себе все три типа моделей и основные их функции: эвристические, прогностические, прагматические. Многое зависит от цели и способа моделирования, объекта, имеющейся информации, владения методикой, уровня компетентности исследователя.

Цели моделирования. Учитывая остроту и сложность  социальных процессов, моделирование  преследует следующие цели. С одной  стороны отобразить состояние проблемы на данный, момент; выявить наиболее острые "критические" моменты, "узлы" противоречий; с другой стороны определить тенденции развития и те факторы, влияние которых может скорректировать  нежелательное развитие; активизировать деятельность государственных общественных и иных организаций и лиц в  поисках оптимальных вариантов  разрешения социальных задач.

Каким требованиям  должна отвечать модель. Целесообразно  выделить две группы требований. Во-первых, модель должна быть более простой, более  удобной; давать новую информацию об объекте; способствовать усовершенствованию самого объекта. Во-вторых, модель должна способствовать определению или  улучшению характеристик объекта; рационализации способов построения его; управлению или познанию объекта.

Следовательно, правомерно при разработке модели говорить об ее подобии объекту-оригиналу, при  котором, с одной стороны, соблюдается  жесткая целенаправленность, увязка ее параметров с ожидаемыми результатами, а с другой - обеспечивается достаточная "свобода" модели, для того чтобы  она была способной к преобразованию в зависимости от конкретных условий  и обстоятельств, могла быть альтернативной, иметь в запасе наибольшее число  вариантов.

В целом  модель должна соответствовать следующим  требованиям.

Модель должна удовлетворять требованиям полноты, адекватности и эволюционности. Она должна обеспечивать возможность включения достаточно широкого диапазона изменений, добавлений, чтобы было возможно последовательное приближение к модели, удовлетворяющей исследователя по точности воспроизведения социального объекта, явления, процесса.

Модель должна быть достаточно абстрактной, чтобы  допускать варьирование большим  числом переменных, но не настолько  абстрактной, чтобы возникали сомнения в надежности и практической полезности полученных на ней результатов.

Модель должна удовлетворять условиям, ограничивающим время решения задачи.

Модель должна ориентироваться на реализацию с  помощью существующих возможностей, т.е. быть осуществимой на данном уровне развития общества.

Модель должна обеспечивать получение новой полезной информации о социальном объекте (явлении, процессе) в плане поставленной задачи исследования.

Модель должна строиться с использованием установившейся терминологии.

Модель должна предусматривать возможность проверки ее истинности, полноты соответствия ее изучаемому социальному объекту, явлению, процессу.

Различают модели материальные и идеальные. Модель является одновременно и средством, и объектом исследования, заменяющим оригинал.

Оценка моделей. Параметры оценки моделей могут  быть различными. Один из них - прогрессивность  модели, означающая, насколько она  по целому ряду моментов является лидирующей. Определение качества модели не такая  простая задача, особенно когда речь идет о моделях социальной сферы.

Прогрессивность модели определяется характеристиками свойств модели, применимой в той  или иной сфере в зависимости  от целей и задач исследователей.

В качестве главных критериев выступают:

новизна отражения (интуитивное отражение, качественное описание, наглядная имитация, системное  воспроизведение);

распространенность - уровень разработанности

Уровень творческого  решения с помощью модели означает степень выполнения гносеологической (познавательной, объяснительной) и  эвристической (прогностической, творческой) функций.

Последовательность  нарастания этих возможностей, т.е. творческого  решения, следующая:

определение (различение, распознавание), классифицирование  известных фактов, предметов, событий, упорядочение их и решение простых  задач, усовершенствование простейших модельных представлений;

реализация  гносеологических и эвристических  потенций разработанной модели, осуществление  научного прогноза качественно новых  фактов, событий и их практического  использования.

Уровень использования  модели характеризуется такими показателями:

определена  цель применения модели;

углублено знание по тем или иным аспектам применения модели в социальной сфере;

используется  в системе научного знания, в системе  подготовки кадров, в учебных заведениях.

Не менее  важным является рассмотрение структуры  моделей. В структуру моделей  входят три основных компонента: совокупность направлений развития объекта познания: побудительные силы развития; факторы  внешних воздействий.

При исследовании важно зафиксировать степень  реализованного воздействия всех основных компонентов на предыдущем этапе  познания объекта, что может быть осуществлено при ретроспективном  анализе.

 

1.3 Основные принципы  моделирования

Что такое  моделирование?

Словарь Уэбстера определяет модель как "упрощенное описание сложного явления или процесса"; примером может послужить компьютерная модель системы кровообращения и  дыхательных путей. Этот термин является однокоренным с латинским словом modus, которое означает "образ действий либо существования; метод, форма, манера, привычка, способ или стиль". Если быть более точным, то слово "модель" происходит от латинского modulus, означающего "уменьшенный" вариант изначального способа. Так, "модель" объекта обычно представляет собой миниатюрную версию или репрезентацию этого объекта. Действующая модель (например, машины) обозначает нечто, способное выполнять ту же работу, что и сама машина, но в меньшем объеме.

Понятие "модель" со временем стало обозначать также "описание или аналогию, используемую для того, чтобы облегчить визуализацию чего-либо (например, атома), недоступного непосредственному наблюдению". Этот термин может использоваться также  для обозначения "системы постулатов, данных и выводов, формального описания некого явления или положения  вещей".

Таким образом, миниатюрный поезд, карта расположения основных станций или расписание поездов являются примерами различных  моделей железнодорожной системы. Они служат для имитации того или  иного аспекта настоящей системы, а также предоставляют полезную информацию, позволяющую повысить успешность взаимодействия с этой системой. С  помощью игрушечной железной дороги, к примеру, можно оценить поведение  поезда в тех или иных физических условиях. Карта важнейших железнодорожных  станций позволяет наиболее эффективно построить маршрут для путешествия  в тот или иной город. Расписание поездов можно использовать, чтобы  рассчитать время, которое потребуется  на это путешествие. С этой точки  зрения, основную ценность любого типа модели представляет ее полезность.