Модели и моделирование

В процедурах системного анализа модели играют важнейшую роль. На этапе постановки они в определенной мере служат результатом анализа, а в дальнейшем исследовании обеспечивают глубину декомпозиции проблемы. Моделью называется объект заместитель, который в определенных условиях может заменять объект-оригинал, воспроизводя интересующие исследователя свойства и характеристики оригинала. Например, чертежи, рисунки – это модели реальных объектов, они сами реальны, но воплощают в себе довольно высокую абстрактную.

Моделями могут быть не только реальные, но и идеальные построения, в частности, математические модели. В теории моделей модель определяют как результат отображения одной абстрактной математической структуры на другую, тоже абстрактную, либо как результат интерпретации первой структуры в терминах и образах второй. Примером абстрактных моделей являются законы, гипотезы, теории. Модели могут образовывать иерархию, в которой модель более высокого уровня содержит модели низшего уровня как свои составные элементы.

Моделирование – это неотъемлемый этап целенаправленной деятельности. Всякий трудовой процесс ориентирован на достижение цели, то же самое относится к другим видам целесообразной деятельности человека. При этом цель представляет собой образ желаемого будущего, его модель. Поскольку модель является условным отображением, существует множество моделей одного и того же объекта. И поскольку для разных целей требуются разные модели, модели могут классифицироваться по типам целей. В частности, познавательные и прагматические модели соответствуют делению целей на теоретические и практические. Для конкретной модели такое деление может быть относительным, поскольку в зависимости от более приоритетной цели на модели могут решаться разные задачи.

Замечание: познавательная модель является формой организации и представления знаний. При обнаружении расхождений между моделью и реальностью применяются изменения в модели. Прагматическая модель является средством управления механизмом достижения и организации практических действий и является рабочим представлением цели. При расхождении прагматической модели с реальностью подгоняется реальность к модели.

Прагматическими моделями являются планы, программы, уставы, кодексы, алгоритмы и т.д.

Второй аспект, позволяющий провести классификацию моделей, связан с учетом времени. Статические и динамические модели применяются для отображения либо конкретного состояния объекта, либо процесса изменения состояний. В зависимости от материала различают модели абстрактные (идеальные) и материальные (вещественные).

Абстрактная модель является идеальной конструкцией, построенной средствами мышления и языка. Языковые конструкции относят к абстрактным моделям, хотя установлено, что они являются конечным результатом мышления, готовым для передачи. Естественный язык является универсальным средством построения любой абстрактной модели. Универсальность обеспечивается не только введением новых слов, но и возможностью иерархического построения все более развитых языковых моделей (слово-предложение-текст). Универсальность языка достигается и тем, что языковые модели обладают неоднозначностью. Такая приблизительность преодолевается с помощью понимания и интуиции. Если приблизительность естественного языка приводит к проблемам, которые необходимо преодолевать систематически, то создается профессиональный язык. Чаще всего специализированные языки возникают при дифференциации наук, этот процесс продолжается до сих пор. Для использования моделей необходимы правила ее применения. Эти правила возникают при установлении связей между объектами и моделью. Например, для материальной модели должно быть установлено отношение подобия между моделью и оригиналом. Для решения такой задачи используются разные способы. Если подобие возникает в результате физических взаимодействий в процессе создания модели, оно называется прямым. Это фотографии, масштабные модели, шаблоны и т. д. И хотя прямое подобие может обладать лишь отдаленным сходством, только в прямом подобии возможны взаимозамены моделей и оригиналов (копии произведений искусства). Даже для прямого подобия возникает проблема переноса результатов модели на оригинал.

Второй тип подобия: косвенное подобие обнаруживается в виде совпадения или близости абстрактных моделей, примером может быть электромеханическая аналогия.

Примеры косвенного подобия можно взять из жизни, например, часы – это аналог времени, автопилот – пилот.

Если подобие устанавливается в результате соглашения, оно называется условным. Рассмотрим пример: деньги – это модель стоимости, удостоверение личности – это условная модель владельца удостоверения, сигналы – это модель сообщений, карта – это модель местности. Для использования моделей условного подобия разрабатываются правила пользования моделью и правила их построения. Например, в теориях связи, информации рассматривают специфические модели условного подобия – сигналы, причем правила построения и способы использования сигналов – это коды, кодирование, декодирование, сами стали предметом изучения. Модели условного подобия широко используются в теориях о создании и использовании моделей человека. Модели условного подобия используются в литературоведении, криптографии и т. п. Использование моделей невозможно без подходящей модели функционирования. Денежные знаки могут быть моделью стоимости, если в обращении есть правовые нормы и финансовые учреждения, поддерживающие существование денег. Согласованность с культурной средой обеспечивается операционностью моделей и существованием в среде подсистем, алгоритмов и моделей для использования результатов функционирования моделей.

Главное отличие модели от действительности заключается в конечности, упрощенности и приближенности модели. Мир является бесконечным, а модели – конечными, так как подобны оригиналу лишь в конечном числе отношений. Конечная модель приводит к упрощенному описанию объекта. Но эта упрощенность является необходимой и допустимой для работ с моделью, в противном случае эти работы могут быть не выполнены. Даже упрощенная модель должна отвечать требованию адекватности. Под адекватностью будем понимать то, что требования полноты, точности и правильности модели выполняются не вообще, не абсолютно, а лишь в той мере, которой достаточно для достижения цели. Например, геоцентрическая модель Птолемея не правильна, но адекватна в смысле точности описания движения планет.

Если удается ввести меру адекватности модели в количественном выражении, то возникает задача идентификации модели, исследования чувствительности и устойчивости модели. Может решаться задача по управлению адаптивности модели с помощью настройки параметров.

Модели развиваются в процессе прохождения жизненного цикла. При этом необходимо обеспечить переход модели с этапа на этап. Это приводит к необходимости разработки процедур алгоритмизации моделирования. Исследования показали, что единого алгоритма не существует. Причины заключается в культурной среде, генерирующей противоречивые требования к модели, вторая причина – неопределенность будущего. Цель моделирования заключается в необходимости устранения неопределенности, но очень часто существует неопределенность того, что именно нужно устранять, именно поэтому в процессе моделирования решающая роль отводится творческому началу. Процедуры системного анализа позволяет либо найти решение для неопределенности, либо реальную неопределенность.