Основы моделирования

Индивидуальное задание

7. Основы моделирования

В этой главе дано определение понятию моделирования, описаны способы построения, назначение и области применения различных моделей. Особое внимание уделено компьютерному моделированию: описаны основные этапы создания и использования моделей на компьютере, а также современные программные средства, позволяющие осуществлять компьютерное моделирование в различных отраслях науки и техники.

7.1. Представление о назначении и особенностях моделирования

7.1.1. Понятия модели и моделирования

Моделирование в научных исследованиях стало применяться еще в глубокой древности и постепенно захватывало все новые области научных знаний: техническое конструирование, строительство и архитектуру, астрономию, физику, химию, биологию и, наконец, общественные науки. Постепенно стала осознаваться роль моделирования как универсального метода научного познания. Большие успехи и признание практически во всех отраслях современной науки получило моделирование в ХХ в. Термин «модель» широко используется в различных сферах человеческой деятельности и имеет множество смысловых значений.

Модель- это описание или объект- заместитель объекта-оригинала, обеспечивающий изучение выбранных свойств оригинала в условиях, когда использование оригинала по тем или иным причинам невозможно.

Под моделированием понимается процесс построения, изучения и применения моделей. Моделирование является одной из форм отражения действительности.

Моделирование тесно связано с такими категориями, как абстракция, аналогия, гипотеза и др. Процесс моделирования обязательно включает в себя и построение абстракций, и умозаключения по аналогии, и разработку научных гипотез. Главная особенность моделирования состоит в опосредованном познании с помощью объектов-заместителей. Модель выступает как своеобразный инструмент познания, который исследователь ставит между собой и объектом и с помощью которого изучает интересующий его объект. Понятие модели широко используется не только в науке и технике, но и в искусстве, и в повседневной жизни.

Возможности моделирования, то есть переноса результатов, полученных в ходе построения и исследования модели, на оригинал, основаны на том, что модель в определенном смысле отображает (воспроизводит, моделирует, описывает, имитирует) некоторые интересующие исследователя свойства объекта. Применительно к естественным и техническим наукам принято различать следующие виды моделирования:

• Концептуальное моделирование. При таком моделировании совокупность уже известных фактов или представлений относительно исследуемого объекта или системы истолковывается с помощью некоторых специальных знаков, символов, операций над ними или с помощью естественного или искусственного языка.
• Физическое моделирование. В этом случае модель и моделируемый объект представляют собой реальные объекты или процессы единой, или различной физической природы, причем между процессами в объекте-оригинале и модели имеют место некоторые соотношения подобия, вытекающие из схожести физических явлений.
• Структурно-функциональное моделирование. Моделями являются схемы (блок схемы), графики, чертежи, диаграммы, таблицы, рисунки, дополненные специальными правилами их объединения и преобразования.
• Математическое (логико-математическое) моделирование. Моделирование, включая построение модели, осуществляется средствами математики и логики.
• Имитационное (программное) моделирование. Логико-математическая модель исследуемого объекта представляет собой алгоритм функционирования системы, реализованный в виде программного комплекса.

Перечисленные виды моделирования не являются взаимозаключащими и могут применяться при исследовании сложных объектов либо одновременно, либо в некоторой комбинации. Кроме того, в определенном смысле концептуальное и структурно-функциональное моделирование неразличимы, так как блок-схемы, конечно же, вполне можно считать специальными знаками с установленными операциями над ними.