Естествознание

Моделирование

Моделирование
  ПРОГНОЗИРОВАНИЕ  –  в  узком  значении  специальные  научные  исследования
конкретных  перспектив  развития  какого-либо  явления.  Как  одна  из  форм
конкретизации  научного  предвидения  в  социальной   сфере   находится   во
взаимосвязи    с    планированием,    программированием,    проектированием,
управлением. Выделяют три  класса  методов  прогнозирования:  экстраполяция,
моделирование, опрос экспертов.
 Существует множество определений модели, в  зависимости  от  той  сферы,  в
которой она строится. Вот лишь некоторые примеры,
   1) Устройство, воспроизводящее, имитирующее строение и  действие  какого-
      либо другого («моделируемого») устройства в научных,  производственных
      (при испытаниях) или спортивных целях.
   2)  В  широком  смысле  любой  образ,  аналог  (мысленный  или  условный:
      изображение, описание, схема, чертеж,  график,  план,  карта  и  т.п.)
      какого-либо объекта, процесса или явления («оригинала» данной модели),
      используемый в качестве его «заместителя», «представителя».
   3) В математике и логике моделью какой-либо системы аксиом называют любую
      совокупность (абстрактных)  объектов,  свойства  которых  и  отношения
      между которыми  удовлетворяют  данным  аксиомам,  служащим  тем  самым
      совместным (неявным) определением такой совокупности.
   4) Модель в языкознании, абстрактное понятие эталона или  образца  какой-
      либо системы (фонологической, грамматической  и  т.п.),  представление
      самых общих характеристик какого-либо языкового явления;  общая  схема
      описания системы языка или какой-либо его подсистемы.
    Но, несмотря на такое разнообразие формулировок, все же попытаемся  дать
   моделированию надлежащее определение.
    Итак, моделирование – это исследование каких-либо явлений, процессов или
   систем объектов путем построения и  изучения  их  моделей;  использование
   моделей для определения  или  уточнения  характеристик  и  рационализации
   способов построения вновь конструируемых объектов. Моделирование одна  из
   основных категорий теории познания: на  идее  моделирования  по  существу
   базируется любой  метод  научного  исследования  как  теоретической  (при
   котором используются различного рода знаковые, абстрактные модели), так и
   экспериментальный (использующий предметные модели).
     Построение   моделей   как   одна   из   сторон   диалектической   пары
   противоположностей  анализ-синтез  имеет  много  аспектов,   из   которых
   некоторый выдвигается на первый план.
    Особенно существенным при построении моделей является аспект  отражения,
   понимаемого в смысле теории познания.
    Каждая модель хранит знания в надлежащей  форме;  при  этом  запоминание
   знаний, как правило, связано с уменьшением избыточности.  Поэтому  каждая
   модель  имеет  также  языковую  функцию.   Содержание   знаний   является
   семантической стороной; способы, с  помощью  которых  знания  вводятся  в
   модель, кодируются в ней,  являются  синтаксической  стороной.  Последний
   языковой компонент имеет большое  значение  при  активизации  модели  при
   каждом приведении ее в действие.
    Но в то же время модель в  своей  функции  как  структура  для  хранения
   знаний является  связующим  звеном  между  теоретическим  и  эмпирическим
   познанием. Фразу «нет ничего проще хорошей теории»  следует  воспринимать
   дословно. Формализованная теория позволяет описать большое число  частных
   фактов с помощью наибольшего числа основных  результатов.  Следовательно,
   главное назначение теории  –  в  уменьшении  избыточности,  обусловленной
   изобилием частных фактов, и связанных с  этим  более  глубоким  познанием
   закономерных связей.
     В  основе  каждой  модели  лежит  более  или  менее   развитая   теория
   отображаемого  объекта;   эта   теория   укладывается   в   синтаксически
   установленные рамки, в концепцию системы, положенную в основу конкретного
   построения модели.
     Системная  концепция  фиксирует  общие  рамки  модели,  иначе   говоря,
   определяет структуру памяти модели. Конкретная форма  модели,  в  которой
   она  может  действовать  в  качестве  замены  только  одного  конкретного
   объекта,  получается  благодаря  тому,  что  экспериментальные,  то  есть
   эмпирические, данные приводятся в соответствии с этими рамками,  то  есть
   для параметров модели, ее степеней свободы шаг за  шагом  устанавливаются
   все более достоверные значения. В этом смысле каждая разработанная модель
   выражает компромисс  между  теорией  и  практикой,  между  теоретическими
   познаниями и эмпирическими данными.
    Следует отметить некоторые вещи  и  процессы,  используемые  в  процессе
   моделирования.
    Например, гибридная вычислительная система – комплекс из нескольких  ЭВМ
   или вычислительных устройств (аналоговых и цифровых), объединенных единой
   системой управления. Ее применяют при моделировании сложных  систем,  для
   оптимизации  систем  автоматического   управления,   решения   нелинейных
   уравнений в частных производных и т.д.
    Следует также упомянуть идеализацию – процесс идеализации,  мыслительное
   конструирование  понятий  об   объектах,   процессах   и   явлениях,   не
   существующих в действительности, но таких, для которых имеются  прообразы
   в реальном мире (например, «точка», «абсолютно твердое тело»,  «идеальный
   газ»). Идеализация позволяет формулировать  законы,  строить  абстрактные
   схемы реальных процессов.
    Наконец, вероятностный автомат  –  устройство  (система),  автоматически
   изменяющее свое состояние в зависимости от последовательности  предыдущих
   состояний и случайных входных сигналов. Вероятностный автомат  используют
   при моделировании  сложных  процессов,  например  систем  автоматического
   управления движением транспорта на перекрестке двух улиц.
     Языки  программирования  также  тесно  связаны  с  моделированием.  Это
   формальные языки для описания данных (информации) и алгоритма (программы)
   их  обработки  на  ЭВМ.   Основу   языков   программирования   составляют
   алгоритмические языки. Первыми  языками  программирования  были  машинные
   языки,  представляющие  собой  системы  команд  для  конкретных  ЭВМ.   С
   развитием  вычислительной   техники   появились   более   сложные   языки
   программирования, ориентированные на решение различных  задач:  обработка
   экономической информации (КОБОЛ), инженерные и научные расчеты (Фортран),
   обучение  программированию  (алгол-60,  Паскаль),  моделирование  (сленг,
   стимула) и другие.
    Важный аспект построения моделей заключается в том,  что  модель  должна
   быть в приблизительном  смысле  заменителем  реального  положения  вещей,
   реальной системы.  Следовательно,  речь  идет  не  только  об  уменьшении
   избыточности запоминания информации, но и о такой  семантике  и  о  таком
   синтаксисе модели, при  котором  ее  поведение  оказывается  сравнимым  с
   поведением реального объекта. Так представляется роль модели  как  замены
   объекта, по крайней мере, при моделировании реальных типов поведения. При
   постановке других целей моделирования роль модели, заключающаяся  в  том,
   чтобы быть  в  какой-то  степени  адекватной  исходному  объекту,  должна
   пониматься аналогично.
    Оптимизация описывает аспект управления или  аспект  синтеза.  Поскольку
   речь идет о том, чтобы «не объяснить мир, но изменить его»,  то  едва  ли
   можно, теоретико-познавательную сторону моделирования отделить от функции
   управления, присущей модели,  поэтому  в  духе  компромисса  на  практике
   иногда приходится отказываться от возможного выигрыша в знаниях в  пользу
   большей  целенаправленности  модели.  Модель,   построенная   на   основе
   системного анализа, должна быть  существенным  вспомогательным  средством
   для отыскания решений.
    При практических применениях мы, как правило,  ограничены  в  средствах,
   которые можно затратить на моделирование  и  оптимизацию;  следовательно,
   автоматически  сталкиваемся  с  требованиями   построения   моделей   при
   минимальных затратах.
     Для  теории  характерно,  что  ее  положения  получаются  в  результате
   обобщения частных фактов, а достоверность  проверяется  путем  применения
   теории  к  случаям,  которые  хотя  и  охватываются  теорией,  однако  не
   принадлежат области источников ее начальных положений. Факты, которые  по
   области своей значимости не связаны с этими источниками,  являются  чисто
   эмпирическими и не могут рассматриваться как относящиеся к теории.
    Издревле люди занимались моделированием. Возьмем к примеру, Леонардо  да
   Винчи. Как ученый и инженер Леонардо да  Винчи  обогатил  проницательными
   наблюдениями  и  догадками  почти  все  области  знания   того   времени,
   рассматривая  свои  заметки  и  рисунки   как   наброски   к   гигантской
   натурфилософской  энциклопедии.  Он  был  ярким  представителем   нового,
   основанного на  эксперименте  естествознания.  Особое  внимание  Леонардо
   уделял механике, называя ее «раем математических наук» и видя в ней  ключ
   к  тайнам  мироздания;  он  попытался  определить   коэффициенты   трения
   скольжения,  изучал   сопротивление   материалов,   увлеченно   занимался
   гидравликой. Страсть к моделированию приводила Леонардо  к  поразительным
   техническим предвидениям,  намного  опережавших  эпоху:  таковы  наброски
   проектов металлургических печей  и  прокатных  станов,  ткацких  станков,
   печатных, деревообрабатывающих и прочих машин, подводной лодки и танка, а
   также разработанные после тщательного изучения  полета  птиц  конструкции
   летальных аппаратов и парашюта.
    Следующим примером моделирования может служить разработка модели Земли.В
   первой половине 20 века норвежские, бельгийские,  французские  и  русские
   путешественники обследовали приполярные области, составили их описания  и
   карты. В 1909 А. Мохорович выделил планетарную грницу раздела, являющуюся
   подошвой земной коры. В 1916 сейсмолог Б.Б. Голицын зафиксировал  границу
   верхней  мантии,  а  в  1926  Б.  Гутенберг  установил  в   ней   наличие
   сейсмического волновода. Этот же ученый  определил  положение  и  глубину
   границы между мантией Земли и  ядром.  В  1935  Ч.  Рихтер  ввел  понятие
   магнитуды землетрясения, разработал совместно  с  Гутенбергом  в  1941-45
   шкалу Рихтера. Позднее на основе этих сейсмологических и гравиметрических
   данных  была  разработана  модель  внутреннего  строения  Земли,  которая
   остается  практически  неизменной  до  наших  дней.   С   1980-90-х   гг.
   развивается  геофизическая  томография,  с  помощью   которой   построены
   сейсмические разрезы нижней  и  верхней  мантии,  что  в  совокупности  с
   геотермическими и другими геофизическими  данными  позволило  осуществить
   качественное   и   количественное   моделирование   мантийной   конвекции
   циркуляционного перемещения вещества мантии.
    Запуски межпланетных космических аппаратов к Меркурию, Марсу, Венере,  а
   также к более отдаленным  планетам  позволили  также  углубить  знания  о
   стоении и  эволюции  Земли  на  основе  сравнительного  изучения  планет.
   Полученные  данные  вместе  со  сведениями  о  структуре  земной  коры  и
   глубинных недр планеты послужили основой для разработки моделей  развития
   Земли, начиная с момента ее образования из протопланетного облака.
    После второй мировой войны  интенсивное  развитие  получила  техническая
   кибернетика. Одним из важнейших ее направлений стало построение  моделей,
   что   в   особенности   проявилось   благодаря   разносторонней   научной
   деятельности  ИФАК.  Вследствие  этого  возникло  ширко  распространенное
   убеждение,   будто   построение   моделей   по    существу    равнозначно
   индентификации  параметров  в  характеристиках  определенных  типов.  Это
   представление неверно.
    Развитие кибернетики в последние годы, давшее,  в  частности,  системный
   подход к так называемым большим системам, который сильнее всего проявился
   в многообразных попытках глобального моделирования, привело к существенно
   более широкому пониманию моделирования.
    При этом дело дошло до переосмысления источников модельных  конструкций,
   которые собственно существовали еще задолго до периода  бурного  развития
   науки и техники. Оказалось,  что  с  давних  пор  наиболее  значительными
   науками, занимающимися построением  моделей,  была  физика,  в  частности
   механика. Уже из традиционных подходов  к  описанию  физических  объектов
   можно получить существенные представления о построении моделей.  Конечно,
   методология такого построения развилась далеко за  пределы  известного  и
   обычного для физики.
     В общем  и  целом,  построение  моделей  и  их  оптимизация  –  главные
   направления  междисциплинарных  работ,   дающие   возможность   надежного
   описания   систем   и   процессов.   Они   являются   предпосылками   для
   целенаправленного использования их свойств в интересах общества.
   Модели способствуют плодотворному производству во всех сферах  жизни  так
   как:
 - сокращают издержки;
 - показывают несостоятельность некоторых идей;
 - экономят время ( модели доводятся до совершенства  и  лишь  затем  на  их
   основе начинается производство, строительство и т.д.)
   Моделирование – одна из основных категорий  научного  познания,  на  идее
   моделирования   базируется   любой,   в   частности   теоретический   или
   практический, метод научного познания.



                      Список использованной литературы:

   1. Вернадский В.И. Избранные трактаты по истории науки. М., 1981
   2. Энциклопедии «Кирилл и Мефодий» 1998-2000:
         - Универсальная
         - Энциклопедия персонального компьютера
     3. Заворотов В.А. От идеи до модели. М., 1990



смотреть на рефераты похожие на "Моделирование"