Моделирование

Модели́рование — исследование объектов познания на их моделях; построение и изучение моделей реально существующих объектов, процессов или явлений с целью получения объяснений этих явлений, а также для предсказания явлений, интересующих исследователя.

Виды моделирования

Пример научного моделирования. Схема химических процессов и процессов переноса в атмосфере.

В силу многозначности понятия «модель» в науке и технике не существует единой классификации видов моделирования: классификацию можно проводить по характеру моделей, по характеру моделируемых объектов, по сферам приложения моделирования (в технике, физических науках, кибернетике и т. д.). Например, можно выделить следующие виды моделирования:

• Информационное моделирование
• Компьютерное моделирование
• Математическое моделирование
• Математико-картографическое моделирование
• Молекулярное моделирование
• Цифровое моделирование
• Логическое моделирование
• Педагогическое моделирование
• Психологическое моделирование
• Статистическое моделирование
• Структурное моделирование
• Физическое моделирование
• Экономико-математическое моделирование
• Имитационное моделирование
• Эволюционное моделирование
• Графическое и геометрическое моделирование
• Натурное моделирование

и т. д.

Процесс моделирования

Процесс моделирования включает три элемента:

• субъект (исследователь),
• объект исследования,
• модель, определяющую (отражающую) отношения познающего субъекта и познаваемого объекта.

Первый этап построения модели предполагает наличие некоторых знаний об объекте-оригинале. Познавательные возможности модели обусловливаются тем, что модель отображает (воспроизводит, имитирует) какие-либо существенные черты объекта-оригинала. Вопрос о необходимой и достаточной мере сходства оригинала и модели требует конкретного анализа. Очевидно, модель утрачивает свой смысл как в случае тождества с оригиналом (тогда она перестает быть моделью), так и в случае чрезмерного во всех существенных отношениях отличия от оригинала. Таким образом, изучение одних сторон моделируемого объекта осуществляется ценой отказа от исследования других сторон. Поэтому любая модель замещает оригинал лишь в строго ограниченном смысле. Из этого следует, что для одного объекта может быть построено несколько «специализированных» моделей, концентрирующих внимание на определенных сторонах исследуемого объекта или же характеризующих объект с разной степенью детализации.
На втором этапе модель выступает как самостоятельный объект исследования. Одной из форм такого исследования является проведение «модельных» экспериментов, при которых сознательно изменяются условия функционирования модели и систематизируются данные о её «поведении». Конечным результатом этого этапа является множество (совокупность) знаний о модели.
На третьем этапе осуществляется перенос знаний с модели на оригинал — формирование множества знаний. Одновременно происходит переход с «языка» модели на «язык» оригинала. Процесс переноса знаний проводится по определенным правилам. Знания о модели должны быть скорректированы с учетом тех свойств объекта-оригинала, которые не нашли отражения или были изменены при построении модели.
Четвёртый этап — практическая проверка получаемых с помощью моделей знаний и их использование для построения обобщающей теории объекта, его преобразования или управления им.
Моделирование — циклический процесс. Это означает, что за первым четырёхэтапным циклом может последовать второй, третий и т. д. При этом знания об исследуемом объекте расширяются и уточняются, а исходная модель постепенно совершенствуется. Недостатки, обнаруженные после первого цикла моделирования, обусловленные малым знанием объекта или ошибками в построении модели, можно исправить в последующих циклах.

Сейчас трудно указать область человеческой деятельности, где не применялось бы моделирование. Разработаны, например, модели производства автомобилей, выращивания пшеницы, функционирования отдельных органов человека, жизнедеятельности Азовского моря, последствий атомной войны. В перспективе для каждой системы могут быть созданы свои модели, перед реализацией каждого технического или организационного проекта должно проводиться моделирование.

Математическое моделирование исторической динамики

В последнее время интенсивно развивается математическое моделирование исторической динамики (клиодинамика). К настоящему времени основными достижениями клиодинамики можно считать разработку математических моделей «вековых» социально-демографических циклов и достаточно успешное математическое моделирование долгосрочного развития Мир-Системы.

В объектно-ориентированном проектировании мы имеем дело с множествами взаимосвязанных объектов. Каждый объект может рассматриваться как переменная или константа структурного типа (при таком рассмотрении методы, описываемые в объекте, трактуются как адреса функций, которые разрешено применять к этому объекту). Следовательно, множество объектов - это множество взаимосвязанных данных, т.е. нечто очень похожее на базу данных. Поэтому применение понятий баз данных часто оказывается полезным при объектно-ориентированном анализе и объектно-ориентированном проектировании прикладных программных систем. Рассмотрим на примерах некоторые особенности применения указанных понятий.

Метаданные

Метаданными называются данные, описывающие другие данные. Например, определение класса - это метаданные, так как класс описывает другие данные - объекты этого класса. Модели являются метаданными, так как они описывают моделируемые объекты. Еще одним примером метаданных является абстрактный класс. Определение абстрактного и конкретного классов может быть представлено с помощью объектной модели.


Класс описывает множество объектов - экземпляров этого класса. Объекты данного класса порождаются по описанию класса с помощью процесса, называемого тиражированием. Процесс тиражирования можно распространить и на другие случаи порождения экземпляров объектов по образцам. Рассмотрим, например, модели автомобилей, выпускаемых различными производителями. Класс модель автомобиля имеет свои атрибуты (как например, имя модели, год выпуска, базовая цена) и зависимости (в частности, этот класс связан зависимостью с классом фирма). Но каждая модель_автомобиля может рассматриваться как метакласс, описывающий множество автомобилей, принадлежащих конкретным людям - их владельцам. Каждый класс автомобиль получает атрибуты от своего метакласса, но может иметь и собственные атрибуты (как например, серийный номер, цвет, комплектация). При этом гораздо удобнее и экономнее получать различные классы автомобиль тиражированием метакласса модель автомобиля. Тиражирование изображается пунктирной стрелкой.