Моделирование и вычислительный эксперимент как интеллектуальное ядро информатики

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

Практическим средством моделирования является вычислительный эксперимент, который позволяет не только изучать соответствующие объекты и процессы, но и с большой степенью достоверности предсказывать их поведение, осуществлять прогнозирование событий.

Модель - объект произвольной природы, который отражает главные, с точки зрения решаемой задачи, свойства объекта моделирования.

Главные функции модели - упрощение получения информации о свойствах объекта; передача информации и знаний; управление и оптимизация объектами и процессами; прогнозирование; диагностика;

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.)

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 ее «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.

Четвертый 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 четырехэтапным 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.

7. Синергетический подход в информатике.

Синергетика - современная теория самоорганизации в неживых и живых системах, главная особенность которых - нелинейность и открытость. Синергетика - это мостик между пониманием живой и неживой природы.

Синергетика (синергия - гр. synergeia - сотрудничество, содружество) - междисциплинарное направление научных исследований, в рамках которого изучаются процессы самоорганизации и самодезорганизации, процессы перехода от хаоса к порядку и обратно в открытых нелинейных средах самой различной природы. Синергетика - название не случайное, а является визитной карточкой, неким символом, объединяющим основные черты заявленного взгляда на мир.

Главная идея синергетики - это идея о принципиальной возможности спонтанного возникновения порядка и организации из беспорядка и хаоса в результате процесса самоорганизации. Такая способность представляется как результат борьбы и сотрудничества двух противоположных начал: механизма возникновения структур (фактор локализации процессов) и самопроизвольного распада, диффузии, рассеивания (размывающий фактор)

Если дать краткую характеристику синергетики, как новой научной парадигме, то это три ключевые идеи:

1) самоорганизация,

2) открытые системы,

3) нелинейность.

Информационный и синергетический подходы можно рассматривать как развитие и дополнение системного подхода. Все эти подходы в комплексе дают новые возможности для исследования сложных объектов, процессов и явлений в природе и обществе.

Информатика включает следующие синергетические аспекты:

- Система должна быть открытой. Закрытая система должна в конечном итоге прийти к состоянию с максимальной энтропией.

- Открытая система должна быть достаточно далека от точки равновесия. В точке равновесия система обладает максимальной энтропией и поэтому не способна к какой-либо организации: в этом состоянии достигается максимум её самодезорганизации. В состоянии, близком к равновесию, система со временем приблизится к нему и придет в состояние полной дезорганизации.

- Фундаментальным принципом самоорганизации служит возникновение и усиление порядка через случайные отклонения системы от некоторого среднего положения. В самом начале подавляются и ликвидируются системой. Но в открытых системах благодаря усилению неравновесности эти отклонения со временем возрастают и приводят к «расшатыванию» прежнего порядка и возникновению нового.

- Возникновение самоорганизации опирается на положительную обратную связь. Функционирование различных автоматических устройств основывается на принципе отрицательной обратной связи, т.е. на получение обратных сигналов от исполнительных органов относительно положения системы и последующей корректировки этого положения управляющими устройствами.

- Процессы самоорганизации сопровождаются нарушением симметрии. Процессы самоорганизации, связанные с необратимыми изменениями, приводят к разрушению старых и возникновению новых структур.

- Самоорганизация может начаться лишь в системах, обладающих достаточным количеством взаимодействующих между собой элементов, имеющих некоторые критические размеры.

Date: 2015-06-06; view: 997; Нарушение авторских прав