Общие сведения. Понятие о моделях и моделировании

Понятие о моделях и моделировании

Современный компьютер способен действовать только по формальным схемам, заготовленным для него человеком.

Поэтому, чтобы привлечь компьютер к исследованию объекта, процесса, явления или к “рутинной” обработке информации, прежде всего надо:

• четко поставить задачу (разработать модель),
• определить исходные данные, форму представления результатов.
• далее необходимо создать алгоритм решения задачи и программу, которая будет понята компьютером.

Возникает классическая для информатики триада: модель — алгоритм — программа. Во многих случаях этапы моделирования и алгоритмизации неотделимы друг от друга (например, при разработке модели производственного процесса).

Общие сведения

Начиная с древнейших времен, становление человеческой цивилизации неразрывно связано с моделированием, т. е. с построением, изучением и использованием моделей различных объектов, процессов и явлений.

В общей формулировке модель — это некий объект, система объектов, процесс или явление, которые в том или ином смысле подобны другим объектам, системам объектов, процессам или явлениям. Не бывает модели как таковой, — этот термин обязательно требует уточняющего слова или словосочетания, например: модель шахматной игры, модель токарного станка, модель атома, модель данных, модель Вселенной и т. п.

Моделью можно считать физическую установку, имитирующую какую-либо другую установку или процесс, юридический кодекс (уголовный, гражданский и т. д.), моделирующий правовые отношения в обществе, сборник должностных инструкций фирмы и т. п. Даже картину художника или театральный спектакль в определенном смысле можно считать моделью, обобщающей ту или иную сторону духовного мира человека.

В информатике рассматривают частные (но наиболее распространенные) случаи моделирования, и определение модели можно уточнить следующим образом.

Модель — это формализованное описание объекта, системы объектов, процесса или явления, выраженное математическими соотношениями, набором чисел и (или) текстов, графиками, таблицами, словесными формулами и т. п.

Процесс создания (а иногда и исследования) модели называют моделированием. Модели широко используются в научных исследованиях (с целью приобретения новых знаний об окружающем мире), в технике и практической деятельности людей. Никакая модель не может с абсолютной точностью воспроизвести все свойства и поведение своего прототипа, и поэтому получаемые на основе модели числовые или иные результаты соответствуют реальности лишь приближенно, с определенной степенью точности. Иногда точность модели можно выразить в каких-то единицах (например, в процентах), иногда приходится ограничиваться “качественными” оценками или просто здравым смыслом.

Например, математические модели физических процессов, основанные на законах Ньютона, применимы лишь в определенном диапазоне плотностей, скоростей, температур. Создавая модель, человек, прежде всего, старается отобрать наиболее важные, существенные для объекта моделирования черты и свойства, пренебрегая при этом теми характеристиками объекта, которые не оказывают заметного влияния на поведение объекта в рамках поставленной задачи. Например, в геометрических моделях пространственных отношений пренебрегают площадью поверхности точки и толщиной прямой (кривой) линии, хотя в природе не существует точек с нулевой поверхностью и прямых без толщины. Точно так же при изучении многих физических процессов пренебрегают конечными размерами молекул, отражением “абсолютно верного тела” и т. п.

В зависимости от поставленной задачи, один и тот же объект (процесс, явление) можно описать разными моделями (иногда — даже в рамках одного и того же типа модели).

Например, при описании баз данных, различают концептуальную, логическую, физическую модели данных.

Далеко не всегда созданные исследователем модели хорошо описывают реальность: бывают грубые, плохие и никуда не годные модели. Иногда изучаемый объект крайне сложен, иногда объект и сложен, и недоступен для наблюдения (например, Вселенная с ее экстремальными условиями, которые невозможно воспроизвести в лаборатории). Однако бывают и вообще ложные модели, создатели которых, пользуясь для прикрытия “ученой” математикой, выдумывают всевозможные “формулы” предсказаний будущего, истолкования исторических процессов и т. п.

В зависимости от поставленной задачи, способа создания модели и предметной области различают множество типов моделей.

Существуют общепринятые и широко используемые типы:

• математическая (в первую очередь),
• физическая,
• информационная,
• численная;
• однако часто встречаются и модели специальных типов: эвристическая, логическая, концептуальная, сетевая, реляционная и т. д.

В технике и быту термином “модель” обозначают некий эталон, образец, например: модель автомобиля или утюга, фотомодель, модель художника и т. д.