Что такое моделирование и как оно осуществляется

При любом способе познания человек, так или иначе, отражает в своем сознании окружающую действительность. Всякий процесс познания сопровождается созданием мысленного образа, возникающего как реакция на восприятие объекта. Человеческий мозг стремится найти такую форму отражения, чтобы он был в состоянии переработать и использовать поступающую информацию. Такой всеобщей формой отражения является моделирование.

Моделирование основано на способности человека абстрагировать сходные признаки или свойства у различных объектов и устанавливать определенные соответствия. Подобие, сходство каких-то свойств, признаков или отношений у различных в целом объектов называют аналогией. Установление сходства (или различия) между объектами осуществляется в результате их сравнения. Метод аналогии применяется в самых различных областях науки. Известный ученый-энергетик В.А. Веников сказал: «Иногда говорят: «Аналогия – не доказательство». Разве мало того, что верно увиденное сходство дает могучий импульс творчеству?»

Аналогия – наиболее простой и понятный путь от старого к новому. Вывод по аналогии в самом общем смысле можно определить как перенос информации с одного объекта на другой. При этом первый объект, который собственно и подвергается исследованию, именуется моделью, а другой объект, на который переносится информация, полученная в результате исследования первого объекта (модели), называется оригиналом (иногда — прототипом, образцом и т. д.). Таким образом, модель всегда выступает как аналогия, т. е. модель и отображаемый с ее помощью объект (оригинал) находятся в определенном сходстве (подобии).

Реальные системы слишком сложны. Поэтому осуществляют «сокращение размерности» решаемой задачи. Первоначально создают упрощенный образ реальной системы, а затем модель (рис.1).

Рис.1. Представления о моделировании.

Упрощенный образ реальной системы отличается от системы-оригинала тем, что в него входят только доминирующие факторы (переменные, ограничения и параметры), определяющие основную линию поведения реальной системы.

Модель – дальнейшее упрощение образа оригинала. В нее входят наиболее существенные для описания системы соотношения. Правил перехода от оригинала к модели не существует. Все зависит от теоретических способностей и интуиции разработчиков.

Модель считается адекватной, если она способна обеспечить достаточно надежное предсказание поведения системы. Общий метод проверки адекватности модели состоит в сопоставлении полученных результатов с характеристиками системы, которые при тех же исходных условиях имели место в прошлом (если система новая, то такой метод проверки невозможен).

«...Под моделированием понимается изучение моделируемого объекта (оригинала), базирующееся на взаимооднозначном соответствии определенной части свойств оригинала и замещающего его при исследовании объекта (модели) и включающее в себя построение модели, изучение ее и перенос полученных сведений на моделируемый объект — оригинал»

Каждое природное явление описывают совокупностью многих, иногда слабо связанных между собой моделей, каждая из которых лишь чем-то похожа на природный объект.

В рациональном мышлении в качестве моделей выступают абстрактные конструкции, когда из реального природного объекта исключается «все лишнее» и взгляд исследователя сосредотачивается на какой-либо одной характерной его стороне. То есть, чтобы что-то понять во Вселенной, строят модели, которые во многом упрощают явления, но другого пути нет. В этом смысле научная модель скорее напоминает карикатуру, в которой как бы намеренно усиливаются некоторые признаки объекта и игнорируются другие признаки объекта, чем на его фотографию, где все воспроизводится детально.

способами моделирования действительности отличаются естественнонаучный и гуманитарный типы мышления.

В науке, то есть при рациональном мышлении, модель так же рациональна. Это значит, что при ее построении сознательно производится отбор наиболее значимых особенностей объекта в рамках принятой гипотезы и столь же осознанно опускается то, что считается несущественным.

В рациональном познании независимо от того, как была построена модель – исключительно с доказательством или с опорой на интуицию – необходимо убедить других в своей правоте, то есть в том, что данная модель действительно соответствует изучаемому объекту.

При интуитивном мышлении также возникают модели. Однако здесь в этом качестве выступают обобщенные образы природы или символы, целиком и сразу воспринимаемые сознанием человека.

Эмоциональный способ восприятия действительности, более свойственный гуманитарной и художественной среде, в некотором роде близок к интуитивному мышлению. Художественный образ как модель синтетичен. Это целостный сплав мысли и чувства. Но он сугубо индивидуален. Именно поэтому мы с легкостью узнаем автора того или иного произведения, даже если это произведение мы ранее не знали. Опытные ценители сразу видят «руку мастера», то есть при этом идентифицируется индивидуальная творческая манера или, говоря другим языком, специфика художественного моделирования.

В художественном моделировании автор может заявить, что он так видит (воспринимает) объект.

Различие между логическим и интуитивным способами моделирования можно сравнить с различием между алфавитной и иероглифической системами письменности. Алфавитная система предельно «атомизирует» процесс письма, расчленяя его на отдельные элементы. Иероглифическая система позволяет передать мысль синтетически, когда отдельный иероглиф отражает слог, слово или даже целое предложение.

Классификация моделей.

Модель – искусственный, созданный человеком объект любой природы (умозрительный или материально реализованный), который замещает или воспроизводит исследуемый объект так, что его изучение способно давать новую информацию об этом объекте.

Модель в естествознании в основном является теоретической конструкцией, с помощью которой воссоздаются и интерпретируются объекты и процессы природы. Реже используются материальные модели, воссоздающие в некотором масштабе зрительный образ объекта в виде графического изображения или определенной конструкции, например – модель кристалла в виде системы разных шариков, связанных в определенном порядке проволочками или пружинками.

Научные модели подразделяются на несколько типов.

- Описательные – это теоретические конструкции, например, типа планетарной модели атома, когда его уподобляют системе движущихся небесных тел.

- Абстрактные – это обобщенные понятия типа «атом» или «молекула».

- Математические в виде уравнений, описывающих динамику поведения объекта.

Как правило, два последних типа всегда дополняют друг друга.

Математический формализм придает модели эвристический характер. Это означает, что в системе «объект-модель» существуют следующие динамические отношения. С одной стороны, для того, чтобы построить модель, необходимо владеть определенной информацией об исходном объекте хотя бы в форме гипотезы. Она черпается из экспериментальных данных или из модели более низкого уровня. Но после того, как модель уже построена, то есть воссоздан ее математический образ, изучение ее поведения позволяет получить новую информацию. Существует много примеров того, как исследования решений математических уравнений приводило к предсказанию новых свойств уже известных объектов и даже к прогнозированию открытий не известных ранее объектов. Так, на «кончике пера» в физике П. Дираком было предсказано существование позитрона, который вскоре и был обнаружен экспериментально.

Таким образом, для естествознания моделирование служит средством получения, кодирования и передачи информации об объекте.

Различные модели неравноценны с точки зрения их значимости в общей системе естественнонаучного знания. Поэтому весь банк используемых моделей можно разделить на:

- фундаментальные, которые имеют практически всеобщую сферу применения и черпаются в основном из таких наук, как физика и биология;

- частные, справедливые для определенных специфических ситуаций.

подвергается один объект, а вы­вод делается о другом объекте. Поэтому в зависимости от характера используемых в научном исследовании моделей различают несколько видов моделирования.

Виды моделирования