5. Методы и технологии моделирования.

Моделирование-исследованиеобъектов познанияна ихмоделях; построение и изучение моделей реально существующих объектов,процессовилиявленийс целью получения объяснений этих явлений, а также для предсказания явлений, интересующих исследователя.

Процесс моделирования включает три элемента:

1. Субъект (исследователь);

2. Объект исследования;

3. Модель, определяющую (отражающую) отношения познающего субъекта и познаваемого объекта.

Первый этаппостроения 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 второмэтапе 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 её "поведении". Конечным результатом этого этапа является множество (совокупность) знаний о модели.

На третьемэтапе 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.

Четвёртый этап- практическая проверка получаемых с помощью моделей знаний и их использование для построения обобщающей теории объекта, его преобразования или управления им.

Все многообразие способов моделирования, рассматриваемого теорией моделирования, можно условно разделить группы.

Аналитическое моделированиезаключается в построении модели, основанной на описании поведения объекта или системы объектов в виде аналитических выражений - формул. При таком моделировании объект описывается системой линейных или нелинейных алгебраических или дифференциальных уравнений, решение которых может дать представление о свойствах объекта. К полученной аналитической модели, с учетом вида и сложности формул применяются аналитические или приближенные численные методы. Реализация численных методов обычно возлагается на вычислительные машины, обладающие большими вычислительными мощностями. Тем не менее, применение аналитического моделирования ограничено сложностью получения и анализа выражений для больших систем.

Имитационное моделированиепредполагает построение модели с характеристиками, адекватными оригиналу, на основе какого-либо его физического или информационного принципа. Это означает, что внешние воздействия на модель и объект вызывают идентичные изменения свойств оригинала и модели. При таком моделировании отсутствует общая аналитическая модель большой размерности, а объект представлен системой, состоящей из элементов, взаимодействующих между собой и с внешним миром. Задавая внешние воздействия, можно получить характеристики системы и провести их анализ. При имитационном моделировании воспроизводится алгоритм функционирования системы во времени - поведение системы; причем имитируются элементарные явления, составляющие процесс, с сохранением их логической структуры и последовательности протекания, что позволяет по исходным данным получить дающие возможность оценить характеристики системы сведения о состояниях процесса в определенные моменты времени. Основным преимуществом имитационного моделирования является возможность решения сложных задач. Имитационные модели позволяют достаточно просто учитывать такие факторы, как наличие дискретных и непрерывных элементов, нелинейные характеристики элементов системы, многочисленные случайные и другие воздействия, которые часто создают трудности при аналитических исследованиях.

Эвристическое моделирование- разновидность инновационного моделирования, заключающаяся в стремлении человека воспроизвести то, что однажды уже привело его случайно к успеху. Этот вид моделирования представляет собой механизм самообучения человека на собственном положительном опыте.

Эволюционное моделирование- направление в математическом моделировании, объединяющее компьютерные методы моделирования биологических процессов эволюции, а также другие, идеологически близкие направления в математическом программировании, использующие эвристические методы и эволюционный принцип. Инструментами эволюционного моделирования являются генетические алгоритмы, генетическое программирование, эволюционные стратегии, эволюционное программирование, а также искусственные нейронные сети, нечеткая логика.

Информационная модель объекта или набора объектов - совокупность атрибутов (характеристик) данного объекта (объектов) вместе с числовыми или иными значениями этих атрибутов. В системологии под информационной моделью понимается набор неких параметров, которые содержат необходимую информацию об объекте, системе объектов, процессе или явлении. Целью создания информационной модели является обработка данных об объектах реального мира с учетом связей между объектами. Для того чтобы такую обработку можно было автоматизировать, для рассматриваемой модели составляют формализованное описание, доступное компьютерной обработке. Естественной потребностью человека является потребность обмениваться информацией с другими людьми.