Rodzaje modelowania i ich klasyfikacja

Artykuł omawia rodzaje modelowania. Jest ich dużo i każdy ma wiele charakterystycznych cech.

Modelowanie

Przed rozważeniem rodzajów procesów i zjawisk modelowania, porozmawiajmy o ich ogólnej klasyfikacji. Jest to bardzo złożone i mylące, ponieważ sama koncepcja "modelu" ma wiele znaczeń w różnych dziedzinach nauki i technologii. Klasyfikacja jest możliwa z naciskiem na różne przyczyny. Tak więc może się zdarzyć:

• ze względu na naturę obiektów modelowania;
• z natury samych modeli;
• według obszarów zastosowania (w naukach fizycznych, inżynierii, modelowaniu umysłowym itp.);
• przez modelowanie poziomów (poziom mikro, poziom makro, poziom mezo).

Należy rozumieć, że w tej sprawie żadna klasyfikacja nie będzie wystarczająco kompletna. Należy wziąć pod uwagę fakt, że nie ma konkretnych zasad, według których ma miejsce rozkład grup modelujących. Najczęściej opiera się to na praktycznych, naukowych lub językowych tradycjach. O wiele częściej wszystko zależy od pewnych zadań i warunków w konkretnym przypadku.

Klasyfikacja ze względu na charakter modeli

Rodzaje metod modelowania są dość zróżnicowane, więc rozważymy nie jedną, ale kilka klasyfikacji. Najważniejsze z nich dotyczą podziału charakteru modeli:

1. Modelowanie znakowe, w którym obiektem jest rysunek, schemat lub formuła. Takie modele stały się dość popularne po opracowaniu komputerów.
2. Symulacja mentalna, która polega na tym, że myśli stają się wizualne. Na przykład możesz wziąć znany model atom zaproponowany przez Nielsa Bohra.
3. Modelowanie analogowe, w którym oryginalny i sam model są opisane przy użyciu tej samej zależności matematycznej. Na przykład możesz przynieść modele elektryczne, które są nieodzowne w badaniu zjawisk mechanicznych.
4. Modelowanie przedmiotów jest najbardziej popularne. Polega ona na tym, że fizyczne, geometryczne, funkcjonalne lub geometryczne właściwości obiektu mogą działać jako model. Na przykład podajemy model przypadku maszyny do szycia lub modelu konstrukcji.
5. Eksperyment modelowy. Ten pogląd wyróżnia się, ponieważ w tym przypadku sam przedmiot nie jest zaangażowany w eksperyment, ale jego model, wyposażony we wszystkie niezbędne cechy. Ta metoda idealnie pokazuje, jak arbitralnie jest granica pomiędzy wiedzą empiryczną i teoretyczną.

Temat

W kontekście typów modelowania rozpatrujemy każdy z nich osobno. Techniczne lub tematyczne modelowanie służy do rozwiązywania praktycznych problemów. Dlatego jest tak popularny i pożądany. Opiera się na analizie i teorii podobieństw. Ważnym warunkiem takiej symulacji jest proporcjonalność ilości charakteryzujących rzeczywisty obiekt w stosunku do wartości modelu. Obecność relacji proporcjonalnej jest bardzo ważna, ponieważ pozwala na zmianę wyników eksperymentalnych uzyskanych dla rzeczywistego obiektu poprzez pomnożenie wartości uzyskanych przez pojedynczy czynnik.

Wyrażając współczynniki podobieństwa pewnych wielkości poprzez współczynniki podobieństwa innych wielkości, można uzyskać bezwymiarowe kombinacje dla modelu i obiektu rzeczywistego. Te kombinacje są kryteriami podobieństwa.

Drugim warunkiem koniecznym do modelowania przedmiotu jest pełna równość wszystkich parametrów modelu i obiektu rzeczywistego. Jednak nie zawsze jest możliwe osiągnięcie takiej równości. Dlatego w praktyce badacze często stosują przybliżone modelowanie obiektów, w którym równość nie znajduje się wśród wszystkich elementów. Należy zauważyć, że niezwykle trudne, a czasem niemożliwe, jest określenie i ustalenie wszystkich kryteriów podobieństwa.

Analogowe

Rodzaje systemów modelowania są skrajnie różne. Modele analogowe to takie, które mają naturę fizyczną, która różni się całkowicie od oryginału, ale jednocześnie wspólnym i jednoczącym elementem jest funkcjonowanie oryginału i modelu. Do tego typu modelowania koniecznie wymagany komponent matematyczny. Przykładem modeli analogowych są układy pneumatyczne, mechaniczne, elektryczne lub hydrauliczne. Opis elementów występuje na poziomie logicznym i systemowym.

Stosowane są specjalne relacje, które umożliwiają znalezienie zależności między rzeczywistym obiektem i jego kopią. W takim przypadku tylko ta metoda może wykorzystywać nie jeden, ale kilka modeli jednocześnie. Jednak modelowanie analogowe ma dwie istotne wady. Po pierwsze, budowanie odpowiedniego modelu wymaga dużych nakładów finansowych i umysłowych. Drugą wadą jest to, że dokładność takiego modelowania jest raczej niska.

Znaki

Typy obiektów modelujących można przedstawić w postaci znaków lub symboli. W takim przypadku model można przedstawić w postaci różnych schematów, wzorów, rysunków i wykresów. Odmianą tego typu jest modelowanie matematyczne. To symbole matematyki pozwalają bardzo dokładnie i szczegółowo opisać właściwość, relacje i boki różnych obiektów lub przedmiotów. Za pomocą równań badacz wyraża związki, które powstają w wyniku funkcjonowania badanego podmiotu.

Symulacja numeryczna na komputerze, której podstawą jest matematyka, jest stosowana w przypadkach zbyt dużych obliczeń, które są wykorzystywane do badania modelu. Aby to zrobić, utwórz specjalny program. W tym przypadku model jest algorytmem.

Myśli

Wiele osób może być zaskoczonych, ale istnieje mentalna symulacja. Nie tylko rodzaje modelowania matematycznego są najtrudniejsze, co zrozumiemy poniżej.

Zasadniczo taka symulacja nie może istnieć, jeśli nie istnieją warunki dla jej fizycznego istnienia. To jest inne. Może być wizualny lub symboliczny. Porozmawiajmy trochę o wizualnym modelowaniu mentalnym. Jest to rodzaj modelowania informacji, który jest hipotetyczny. Oznacza to, że jest on używany w przypadku, gdy prawdziwa i rzeczywista wiedza na temat obiektu nie wystarcza do stworzenia formalnego modelu.

Podobne elementy

Często jest to podobne do modelowania analogowego, gdy używa się analogii na różnych poziomach. Jeśli obiekt jest zbyt skomplikowany, użyj różnych modeli analogowych, które odzwierciedlają kilka lub jedną stronę obiektu. Obejmuje to również prototypowanie, ponieważ niektóre procesy występujące w rzeczywistym obiekcie mogą po prostu nie podlegać modelowaniu fizycznemu lub je poprzedzać. Modelowanie symboliczne to sztuczny proces tworzenia obiektu, który zastępuje obiekt rzeczywisty. Obejmuje to jednak modelowanie językowe oparte na tezaurusie. Jest to słownik, w którym nie ma dwuznaczności, tzn. Tylko jedno pojęcie odpowiada każdemu słowu. Rozumiemy, że zestaw słów w tezaurusie jest wciąż ograniczony. Inny podgatunek to modele znakowe, kiedy badacze używają konwencji i operacji na nich. Możesz zrobić konkretną opis obiektu.

Eksperyment modelowy

Eksperyment modelowy jest przeprowadzany w przypadku, gdy bezpośredni eksperyment jest niemożliwy lub zbyt trudny z różnych powodów. Na przykład może nie być opłacalne ekonomicznie. Istotą eksperymentu modelowego jest to, że nie jest badany sam obiekt, a jedynie jego model. Zwykle jest to materiał. Zwykle po wprowadzeniu modelu do eksperymentu badanie staje się bardziej skomplikowane.

Metoda ekstrapolacji

Naukowcy zajmują się szczegółowymi teoretycznymi badaniami różnych aspektów obiektu, aby uzasadnić związek między rzeczywistym obiektem a sztucznym, a następnie ekstrapolować uzyskane dane. Należy pamiętać, że metoda ekstrapolacji polega na tym, że wiedza jest przenoszona z jednego obszaru tematycznego na inny. To znaczy ten, który znamy i którego się uczymy, ten, który jest nam wciąż nieznany. Główną funkcją metody ekstrapolacji jest optymalizacja procesu samej wiedzy. Ponadto sama procedura przekazywania wiedzy tylko w części jest niezależna. Nawiasem mówiąc, obejmuje takie metody, jak analogia, indukcja, matematyka, modelowanie, statystyki.

Rodzaje symulacji komputerowych

Zwróć uwagę, że wiele modeli. W modelowaniu komputerowym stosowane są głównie modele matematyczne, imitacyjne i graficzne. Ich studiowanie opiera się na trzech etapach. Na pierwszym etapie powstaje model, na drugim etapie jest badany, a na trzecim wyniki badań są stosowane w praktyce. Modele matematyczne są modelami znaków, które mogą opisywać pewne obiekty lub procesy w relacji liczbowej. Modele graficzne są wizualną reprezentacją przedmiotu lub procesu, który jest tak złożony, że niemożliwe jest opisanie ich inną metodą normalnego zrozumienia. Modele symulacyjne pozwalają obserwować analogię tego modelu, przeprowadzać na nim eksperymenty, zmieniać parametry. W związku z faktem, że technologia komputerowa poprawia się z roku na rok, a komputery osobiste rozprzestrzeniają się z ogromną siłą, powstają ogromne perspektywy rozwoju przed modelowaniem. Dzięki temu metoda wiedzy Możesz nie tylko odkrywać świat i różne procesy, ale także badać ludzkie społeczeństwo.

Funkcje specjalne

Główną cechą symulacji komputerowej jest to, że pewne oprogramowanie jest dla niej bardzo ważne. Sam proces odbywa się za jego pomocą. Oprogramowanie może być uniwersalne lub specjalistyczne. Uniwersalne oprogramowanie może być używane prawie wszędzie, jest w domenie publicznej. Czasami jednak tworzone są specjalistyczne programy eksperymentalne, które są unikatowe. Symulacja komputerowa różni się tym, że różne typy mogą się wzajemnie uzupełniać. Tak więc, jeśli wzór matematyczny jest zbyt złożony i długi i nie można go przedstawić dostatecznego zrozumienia, stosuje się modele graficzne lub symulacyjne. Należy pamiętać, że czasami wizualizacja komputerowa może być znacznie tańsza niż odtworzenie prototypu prawdziwego obiektu. Jeśli modele są zbyt złożone i konieczne jest zbadanie każdego elementu, użyj imitacji. Dzięki komputerowi możliwe jest odtworzenie pewnego cyklu wydarzeń tymczasowych i przy pomocy specjalnych programów do przetwarzania ogromnej ilości informacji. Ważne jest, aby zrozumieć, że komputer jest najpotężniejszym narzędziem do tworzenia i studiowania modeli, ale wciąż nie może ich wymyślić. Ta rola nadal należy do człowieka. Abstrakcyjną analizę zawsze wykonuje człowiek.

Modelowanie matematyczne

Przyjrzeliśmy się modelom modeli w celu zrozumienia, że ​​obszar ten jest bardzo zróżnicowany. Mogą być prezentowane jako złożone formuły, a także obrazy. Podsumowując, porozmawiajmy o typach modelowania matematycznego. Może być analityczny, połączony lub imitacja. Rozważaliśmy już ten drugi gatunek, ale w nieco innym kontekście, ale nie będziemy się nad nim rozwodzić. Modelowanie analityczne charakteryzuje się tym, że różne procesy są opisane w postaci relacji funkcjonalnych, na przykład całkowych, algebraicznych, różnicowych i tak dalej. Jest to również bardzo ważny warunek logiczny. W tym przypadku model analityczny może być badany nie tylko metodami analitycznymi, ale także numerycznymi i jakościowymi. Modelowanie kombinowane obejmuje elementy analityczne i imitacyjne. Jest to proces, w którym występuje jednocześnie. analiza i synteza informacje, aby połączyć je w coś złożonego. Przed zbudowaniem połączonego modelu wszystkie komponenty są podzielone na podprocesy. Wiele z nich zostało zastąpionych przez modele analityczne. W przypadkach, w których nie jest to możliwe, stosuje się symulację.

Rozważaliśmy wszystkie możliwe typy modeli w modelowaniu. Rozumiemy z tego, jak zróżnicowany i złożony jest ten proces. Jako przykłady typów modelowania rozważano najczęstsze zjawiska.