Признаки классификаций моделей:
1) - по области использования;
2) - по фактору времени;
3) - по отрасли знаний;
4) - по форме представления.
1) Классификация моделей по области использования:
Учебные модели – используются при обучении. Это могут быть наглядные пособия, различные тренажеры, обучающие программы.
Опытные модели – это уменьшенные или увеличенные копии проектируемого объекта. Используют для исследования и прогнозирования его будущих характеристик.
Например, модель корабля исследуется в бассейне для изучения устойчивости судна при качке, модель автомобиля «продувается» в аэродинамической трубе с целью исследования обтекаемости кузова, модель сооружения используется для привязки здания к конкретной местности и т.д.
Научно–технические модели - создаются для исследования процессов и явлений. К таким моделям можно отнести, например, прибор для получения грозового электрического разряда или стенд для проверки телевизоров.
Игровые модел и – это военные, экономические, спортивные, деловые игры. Эти модели как бы репетируют поведение объекта в различных ситуациях, проигрывая их с учетом возможной реакции со стороны конкурента, союзника или противника. С помощью игровых моделей можно оказывать психологическую помощь больным, разрешать конфликтные ситуации.
Имитационные модели непросто отражают реальность с той или иной степенью точности, а имитируют ее. Эксперименты с моделей проводят при разных исходных данных. По результатам исследования делаются выводы. Такой метод подбора правильного решения получил название (метод проб и ошибок). Например, для выявления побочных действий лекарственных препаратов их испытывают в серии опытов над животными.
2) Классификация моделей по фактору времени:
Статические – модели, описывающие состояние системы в определенный момент времени (единовременный срез информации по данному объекту). Например, обследование учащихся в стоматологической поликлинике дает состояние их зубов в данный момент времени: соотношение молочных и постоянных, наличие пломб, дефектов и т.п.
Динамические – модели, описывающие процессы изменения и развития системы (изменения объекта во времени). Примеры: описание движения тел, развития организмов, процесс химических реакций.
При строительстве дома рассчитывают прочность его фундамента, стен, балок и устойчивость их к постоянной нагрузке. Это статическая модель здания. Но надо так же обеспечить противодействие ветрам, движению грунтовых вод, сейсмическим колебаниям и другим изменяющимся во времени факторам. Эти вопросы можно решить с помощью динамических моделей.
Таким образом, один и тот же объект можно охарактеризовать и статической и динамической моделью.
3) Классификация моделей по отрасли знаний
Это классификация по отрасли деятельности человека: математические, биологические, химические, социальные, экономические, исторические и тд
4) Классификация моделей по форме представления:
Все модели можно разбить на два больших класса: модели предметные (материальные) и модели информационные .
Материальные (предметные) модели всегда имеют реальное воплощение. Они отражают внешнее свойство и внутреннее устройство исходных объектов, суть процессов и явлений объекта-оригинала. Это экспериментальный метод познания окружающей среды.
В процессе обучения широко используются такие модели: глобус (география), муляжи (биология), модели кристаллических решеток (химия) и др.
Примеры: детские игрушки, скелет человека, чучело, макет солнечной системы, школьные пособия, физические и химические опыты.
Информационные модели – целенаправленно отобранная информация об объекте, которая отражает наиболее существенные для исследователя свойства этого объекта.
По степени формализации информационные модели бывают образно-знаковые и знаковые .
Ярким примером образно-знаковой модели является географическая карта. Цвет и форма материков, океанов, гор, изображенных на карте, сразу подключает образное мышление. По цвету на карте сразу можно оценить рельеф. Например, с голубым цветом у человека ассоциируется вода, с зеленым цветущий луг, равнина. Карта изобилует условными обозначениями. Зная этот язык, человек может получить достоверную информацию об интересующем его объекте. Информационная модель в этом случае будет результатом осмысления сведений, полученных при помощи органов чувств и информации, закодированной в виде условных изображений.
То же можно сказать о живописи. Неискушенный зритель воспримет картину душой в виде образной модели. Но существуют некоторые художественные языки, соответствующие различным живописным жанрам и школам: сочетание цветов, характер мазка, способы передачи воздуха, объема и т. д. Человеку, знающему эти условности, легче разобраться в том, что имел в виду художник, особенно если произведение не относится к реализму. При этом общее восприятие картины (информационная модель) станет результатом осмысления информации как в образной, так и в знаковой формах.
Еще один пример такой модели - фотография. Фотоаппарат позволяет получить изображение оригинала. Обычно фотография дает нам довольно точное представление о внешнем облике человека. Существуют некоторые признаки (высота лба, посадка глаз форма подбородка), по которым специалисты могут определить характер человека, его склонность к тем или иным поступкам. Этот специальный язык формируется из сведений, накопленных в области физиогномики и собственного опыта. Знающие врачи, взглянув на фото незнакомого человека, увидят признаки некоторых заболеваний. Задавшись разными целями, по одной и той же фотографии можно получить различные информационные модели. Они будут результатом обработки образной информации, полученной при разглядывании фотографии, и информации, сложившейся на основе знания специального профессионального языка.
По форме представления образно-знаковых моделей среди них можно выделить следующие группы:
Геометрические модели, отображающие внешний вид оригинала (рисунок, пиктограмма, чертеж, план, карта, объемное изображение);
Структурные модели, отражающие строение объектов и связи их параметров (таблица, граф, схема, диаграмма);
Словесные модели, зафиксированные (описанные) средствами естественного языка;
Алгоритмические модели, описывающие последовательность действий.
Знаковые модели можно разделить на следующие группы:
Математические модели, представленные математическими формулами, отображающими связь различных параметров объекта, системы или процесса;
Специальные модели, представленные на специальных языках (ноты, химические формулы и т. п.);
Алгоритмические модели, представляющие процесс в виде программы, записанной на специальном языке.
Формы представления моделей. Формализация
Модели материальные и модели информационные.
Все модели можно разбить на два больших класса: модели предметные (материальные) и модели информационные . Предметные модели воспроизводят геометрические, физические и другие свойства объектов в материальной форме (глобус, анатомические муляжи, модели кристаллических решеток, макеты зданий и сооружений и др.).
Информационные модели представляют объекты и процессы в образной или знаковой форме .
Образные модели (рисунки, фотографии и др.) представляют собой зрительные образы объектов, зафиксированные на каком-либо носителе информации (бумаге, фото- и кинопленке и др.). Широко используются образные информационные модели в образовании (вспомните учебные плакаты по различным предметам) и науках, где требуется классификация объектов по их внешним признакам (в ботанике, биологии, палеонтологии и др.).
Знаковые информационные модели строятся с использованием различных языков (знаковых систем). Знаковая информационная модель может быть представлена в форме текста (например, программы на языке программирования), формулы (например, второго закона Ньютона F = m × а), таблицы (например, периодической таблицы элементов Д. И. Менделеева) и так далее.
Иногда при построении знаковых информационных моделей используются одновременно несколько различных языков. Примерами таких моделей могут служить географические карты, графики, диаграммы и пр. Во всех этих моделях используются одновременно как язык графических элементов, так и символьный язык.
На протяжении своей истории человечество использовало различные способы и инструменты для создания информационных моделей. Эти способы постоянно совершенствовались. Так, первые информационные модели создавались в форме наскальных рисунков, в настоящее же время информационные модели обычно строятся и исследуются с использованием современных компьютерных технологий.
Естественные языки используются для создания описательных информационных моделей . В истории науки известны многочисленные описательные информационные модели; например, гелиоцентрическая модель мира, которую предложил Коперник, формулировалась следующим образом:
Земля вращается вокруг своей оси и вокруг Солнца;
Орбиты всех планет проходят вокруг Солнца.
С помощью формальных языков строятся формальные информационные модели (математические, логические и др.). Одним из наиболее широко используемых формальных языков является математика. Модели, построенные с использованием математических понятий и формул, называются математическими моделями . Язык математики является совокупностью формальных языков. С некоторыми из них (алгебра, геометрия, тригонометрия) вы знакомитесь в школе, с другими (теория множеств, теория вероятностей и др.) сможете ознакомиться в процессе дальнейшего обучения.
Язык алгебры позволяет формализовать функциональные зависимости между величинами. Так, Ньютон формализовал гелиоцентрическую систему мира, открыв законы механики и закон всемирного тяготения и записав их в виде алгебраических функциональных зависимостей. В школьном курсе физики рассматривается много разнообразных функциональных зависимостей, выраженных на языке алгебры, которые представляют собой математические модели изучаемых явлений или процессов.
Язык алгебры логики (алгебры высказываний) позволяет строить формальные логические модели . С помощью алгебры высказываний можно формализовать (записать в виде логических выражений) простые и сложные высказывания, выраженные на естественном языке. Построение логических моделей позволяет решать логические задачи, строить логические модели устройств компьютера (сумматора, триггера) и так далее.
В естественных науках (физике, химии и др.) строятся формальные модели явлений и процессов. В большинстве случаев для этого применяется универсальный математический язык алгебраических формул. Однако в некоторых случаях используются специализированные формальные языки (в химии - язык химических формул, в музыке - нотная грамота и т. д.).
В процессе познания окружающего мира человечество постоянно использует моделирование и формализацию. При изучении нового объекта сначала обычно строится его описательная информационная модель на естественном языке, затем она формализуется, то есть выражается с использованием формальных языков (математики, логики и др.).
Визуализация формальных моделей
На протяжении своей истории человечество использовало различные способы и инструменты для создания информационных моделей. Эти способы постоянно совершенствовались. Так, первые информационные модели создавались в форме наскальных рисунков. В настоящее время информационные модели обычно строятся и исследуются с использованием современных компьютерных технологий.
В процессе исследования формальных моделей часто производится их визуализация. Для визуализации алгоритмов используются блок-схемы: пространственных соотношений между объектами - чертежи, моделей электрических цепей - электрические схемы, логических моделей устройств - логические схемы и так далее.
Так при визуализации формальных физических моделей с помощью анимации может отображаться динамика процесса, производиться построение графиков изменения физических величин и так далее. Визуальные модели обычно являются интерактивными, то есть исследователь может менять начальные условия и параметры протекания процессов и наблюдать изменения в поведении модели.
|
Описательные информационные модели. Такие модели отображают объекты, процессы и явления качественно , т. е. не используя количественных характеристик. Описательные информационные модели обычно строятся с использованием естественных языков и рисунков . В истории науки известны многочисленные описательные
информационные модели. Так, гелиоцентрическая модель мира
Коперника на естественном языке формулировалась следующим
образом: Все планеты вращаются вокруг Солнца. Однако более нагляден способ ее представления в виде рисунка |
В настоящее время широкое распространение получили компьютерные интерактивные визуальные модели. В таких моделях исследователь может менять начальные условия и параметры протекания процессов и наблюдать изменения в поведении модели.
Домашнее задание - конспек
Геометрически-подобные Физически –подобные
1. Модели геометрические создаются применительно к объектам- оригиналам, которые имеют определенную форму и размеры (в двух или трех измерениях). Их назначение - дать чувственно-наглядное представление о моделируемом объекте независимо от того, в каком масштабе соотношении они находятся (одинаковы по линейным размерам и объему, меньше или больше оригинала).
К ним относятся слепки со следов (рук, ног, зубов человека, орудий взлома и инструментов), оттески (печатей, штампов), фото-, кино-, видеоизображение ( в их статическом состоянии), муляжи, (например воспроизводящие внешний облик человека), макеты (например, воспроизводящее наиболее важные узлы и некоторые детали обстановки места происшествия).
2. Физически подобные модели. В основе таких моделей может лежать механическое, динамическое или иное подобие с объектом- оригиналом. Главное их значение - воспроизводить функциональные свойства моделируемого объекта (человека, животного или механизма). В сфере криминалистической деятельности формой их реализации могут быть: кино- и видеофильмы (а не отдельные статистические изображения), фонограммы голоса и иные звуковые явления, а также всевозможно действующие макеты (механизмов, приборов, орудий и других объектов.)
Образные Образно-знаковые
(иконические) (символические)
1. Образные (иконические) модели. Эти модели реализуются в двух формах - в виде материального фиксирования следов и форм образов в сознании людей или, иными словами идеальных представлений объективной реальности. Характерная особенность последних состоит в том, что они являются результатом не только не посредственного чувственного отражения, но и деятельности абстрактного мышления, благодаря которому чувственные характеристики отображаемого объекта выступают внутренне взаимосвязанными и взаимообусловленными. Следует однако иметь ввиду, что далеко не любое представление обладает всей совокупностью свойств и функций присущих моделям другого вида.. Практика расследования преступлений показывает, что иконические модели - это весьма распространенный вид идеальных моделей, т.к. любой элемент криминалистической деятельности прямо или косвенно связан с формированием таких моделей и оперирование ими.
Возможность последнего во многом определяется тем, что модели- представления могут фиксироваться в виде словесного описания, рисунка, чертежа или схемы. Степень сходства зависит от многих фактов и колеблется в очень широком диапазоне. Каждому юристу хорошо известно, как тщательно надо проверять и оценивать достоверность рассказа даже самого добросовестного свидетеля. Но вместе с тем каждый юрист знает, что этот аналог действительности - самый распространенный и пока ничем не заметный способ фиксации тех или источников судебных доказательств, которые возможно зафиксировать техническими средствами.
Мысленные образы, образовавшиеся у людей с хорошей зрительной памятью и способностями к рисованию, могут быть воспроизведены не только словесно, но и графически. В этих случаях можно получить аналог- копию в виде портрета человека, но сделанную «по памяти», а не с натуры, как обычные портреты.
Мысленные образцы играют не малую роль в расследовании еще потому, что образуют в сознании самого свидетеля при осмотрах, допросах и обысках. В протоколы следственных действий даже самый добросовестный следователь включает далеко не все, что он видел и слышал, а лишь то, что он считает важным в момент составления протокола. Остальное хранится в памяти, но в нужный момент «всплывает» и срабатывает. Прежде всего по этой причине следователю рекомендуется лично проводить важные следственные действия, а не удовлетворятся чтением протоколов, составленных коллегами.
2. Образно- знаковые модели. К этой группе моделей относятся, те, в которых чувственно воспринятый или логически построенный образ моделируемого объекта познания находит свое внешнее выражение с помощью определенной совокупности знаков и (или) графических построений. В результате в качестве аналога- заместителя объекта познания выступает схемы, чертежи, графики и графические построения, карты, структурные химические формулы и т.п.
Такого рода аналоги способны воспроизводить определенные свойства исследуемых объектов и, следовательно, использоваться в качестве средств познания.
В сфере криминалистической деятельности они используются наряду с протокольной формой фиксации, дополнения и конкретизируя ее. Так, производя осмотр места ДТП, следователь наряду с его протокольным описанием обязан делать его схему, на которой с помощью набора стандартных условных знаков должен фиксировать все наиболее важные (для данного случая) элементы этого события.
Важность такого рода модели определяется тем, что она становится «овеществленным» образом идеального представления объективной реальности и тем самым доступной для ее восприятия и исследования другими лицами (экспертом, судом и др.)
В современной юридической литературе классификации видов моделирования проводится по многим основаниям.
1. По способу моделирования;
1) Материальная (предметная)
2) Мысленная (идеальная)
3) Логико-математическое или кибернетическое
4) Информационно- компьютерное
Главное назначение кибернетического моделирования состоит в исследовании количественных характеристик и количественной взаимосвязи различных параметров познаваемого объекта. Широчайше возможности доя реализации этой задачи открывается при использовании средств вычислительной техники, в частности аналоговых и цифровых ЭВМ.
В таких случаях мы имеем дело с особым видом моделирования-кибернетическим и соответственно кибернетическими моделями.
Как метод познания кибернетическое моделирование характеризуется следующими основными чертами:
1) служит для раскрытия поведения сложных динамических систем
2) при кибернетическом моделировании исследователи
отвлекаются от различной природы элементов, образующие кибернетические системы, и от тех конкретных способов, какими эти элементы связаны друг с другом, следовательно, от специфически частных закономерностей этих систем.
3) Кибернетическое моделирование отличают динамизм,
гибкость, поскольку его модели приспособлены к описаниям поведения сложных динамических систем, меняющихся во времени.
4) Кибернетическое моделирование позволяет осуществлять оптимальное управление системой еще до полного раскрытия ее структуры.
5) Кибернетическое моделирование базируется на
математическом моделировании и широком использовании ЭВМ.
Кибернетические модели непосредственно связаны с идеальными моделями. Эта связь характеризуется, прежде всего, тем, что вещественной модели всегда предшествует логическая модель.
2. По субъектам моделирования
Виды модели в зависимости от сферы их применения в криминалистике:
1) при производстве следственных действий (следователь, прокурор)
2) в экспертной практике (эксперты, лаборанты)
3) в оперативно-розыскной деятельности (инспекторы)
4) в судебной деятельности
5) в организационно- управленческой деятельности
3. По объектам моделирования
1) преступление
2) расследование
4. По задачам
1) в науке
2) в расследовании конкретных преступлений.
Методологическая основа моделирования. Все то, на что направлена человеческая деятельность, называется объектом (лат. objection - предмет). Выработка методологии здесь направлена на упорядочение получения и обработки информации об объектах, которые существуют вне нашего сознания и взаимодействуют между собой и внешней средой.
Объект – некоторая часть окружающего мира, рассматриваемая человеком как единое целое.
Имя - это основная характеристика, которая позволяет отличить один объект от другого. В обыденной жизни используется общее имя , обозначающее объекты с похожими характеристиками: комната, собака, река, песня. Многим объектам, чтобы конкретизировать их, дают имя собственное .
Различают объект и конкретный экземпляр объекта . Объект характеризуется именем и параметрами без указания конкретных значений. Экземпляр имеет конкретные значения параметров, может обладать собственным именем и этим отличается от других, ему подобных объектов.
Среда – условия существования объекта. Среда существования объекта влияет на сам объект.
В научных исследованиях большую роль играют гипотезы, т. е. определенные предсказания, основывающиеся на небольшом количестве опытных данных, наблюдений, догадок. Быстрая и полная проверка выдвигаемых гипотез может быть проведена в ходе специально поставленного эксперимента. При формулировании и проверке правильности гипотез большое значение в качестве метода суждения имеет аналогия.
Аналогией называют суждение о каком-либо частном сходстве двух объектов, причем такое сходство может быть существенным и несущественным. Понятия существенности и несущественности сходства или различия объектов условны и относительны. Существенность сходства (различия) зависит от уровня абстрагирования и в общем случае определяется конечной целью проводимого исследования.
Гипотезы и аналогии должны обладать наглядностью или сводиться к удобным для исследования логическим схемам; такие логические схемы, упрощающие рассуждения и логические построения или позволяющие проводить эксперименты, уточняющие природу явлений, называются моделями . Другими словами, модель (лат. modulus - мера) - это объект-заместитель объекта-оригинала, обеспечивающий изучение некоторых свойств оригинала.
Все многообразие моделей делится на три класса:
материальные (натурные) модели (некие реальные предметы - макеты, муляжи, эталоны) - уменьшенные или увеличенные копии, воспроизводящие внешний вид моделируемого объекта, его структуру (глобус, модель кристаллической решётки) или поведение (радиоуправляемая модель самолёта, велотренажёр);
воображаемые модели (геометрическая точка, математический маятник, идеальный газ, бесконечность);
информационные модели - описания моделируемого объекта на одном из языков кодирования информации (словесное описание, схемы, чертежи, карты, рисунки, научные формулы, программы и пр.).
Определение моделирования. Замещение одного объекта другим с целью получения информации о важнейших свойствах объекта-оригинала с помощью объекта-модели называется моделированием.
Моделирование - представление объекта моделью для получения информации об этом объекте путем проведения экспериментов с его моделью. Теория замещения одних объектов (оригиналов) другими объектами (моделями) и исследования свойств объектов на их моделях называется теорией моделирования.
Рис. Общая схема моделирования
В процессе моделирования каждый аспект моделирования раскрывается через совокупность свойств. В моделях отражаются не все свойства объекта , а только существенные с точки зрения цели моделирования .
Каждый аспект моделирования характеризуется своим набором свойств:
внешний вид - набором признаков;
структура - перечнем элементов и указанием отношений между ними;
поведение - изменением внешнего вида и структуры с течением времени.
Некоторые свойства объекта моделирования могут быть выражены величинами, принимающими числовые значения. Такие величины носят название параметров модели.
Цель моделирования возникает, когда субъект моделирования решает стоящую перед ним задачу, и зависит как от решаемой задачи, так и от субъекта моделирования. Отсюда следует, что цель моделирования имеет двойственную природу: с одной стороны, она объективна, так как вытекает из задачи исследования, с другой - субъективна, поскольку исследователь всегда корректирует её в зависимости от опыта, интересов, мотивов деятельности.
Рассмотрим примеры. На рисунках
Субъект моделирования - архитектор, напр.
Задача моделирования - спроектировать комфортабельный дом для семьи заказчика, расходы на проектирование и строительство которого не превысят заданной суммы.
Объект моделирования - те дома, которые архитектор видел воочию или представлял в своем воображении. Задача, стоящая перед архитектором как субъектом моделирования, конкретизируется в цели моделирования: разработать проект дома, который бы понравился заказчику, отражал бы профессиональные предпочтения самого архитектора и смета расходов на реализацию которого удовлетворяла бы определенным ограничениям.
Для одного объекта один субъект может построить несколько моделей, если он решает разные задачи, приводящие к разным целям моделирования (рис. 2).
Для одного объекта разные субъекты могут построить разные модели, даже если задача моделирования у них одна. Выбор вида модели и её построение зависит от знаний, опыта, предпочтений, личных интересов субъекта (рис. 3, 4).
|
Рис. 1. Схема, демонстрирующая зависимость цели моделирования от решаемой задачи и субъекта моделирования |
Рис. 2. Схема, демонстрирующая, что для одного объекта один субъект может построить несколько моделей |
|
Рис. 3. Схема, демонстрирующая, что для одного объекта разные субъекты могут построить разные модели |
Рис. 4. Схема, демонстрирующая, что разные субъекты строят, как правило, разные модели одного и того же объекта |
Разные объекты могут иметь одинаковые по виду модели, даже если их строили разные субъекты исходя из разных целей моделирования.
Различаютмоделирование внешнего вида , моделирование структуры и моделирование поведения .
Моделирование внешнего вида объекта используется для:
Идентификации (узнавания) объекта;
Долговременного хранения образа.
Моделирование структуры объекта используется для:
Её наглядного представления;
Изучения свойств объекта;
Выявления значимых связей;
Изучения стабильности объекта.
Моделирование поведения применяется при:
планировании, прогнозировании;
установлении связей с другими объектами;
выявлении причинно-следственных связей;
управлении;
конструировании технических устройств и т. п.
Структура объекта - совокупность его элементов и существующих между ними связей.
Описание структуры - перечислению составных элементов объекта и указанию связи между ними. В языке эти элементы и связи часто выражаются именами существительными: электрон, протон, нейтрон, сила притяжения (связь), энергетический уровень (при описании атома).
Моделирование структуры объекта необходимо для:
Её наглядного представления,
Изучения свойств объекта,
Выявления значимых связей,
Изучения стабильности объекта и прочее
Поведением объекта называют изменения, происходящие с ним с течением времени. Описание поведения объекта сводится к описанию его внешнего вида и структуры с течением времени в результате взаимодействия с другими объектами.
Гносеологическая роль теории моделирования
ГНОСЕОЛОГИЯ (греч. gnosis - знание, logos - учение) - философская дисциплина, занимающаяся исследованиями, критикой и теориями познания, - теория познания как таковая.
Моделирование - ведущий принцип современного научного познания. Человек не может видеть предмет познания целиком, во всех его проявлениях. Поэтому он ограничивает свои притязания и стремится познать какую-либо сторону этого предмета, в зависимости от стоящей перед человеком задачи.
Однако существует возможность с помощью моделирования выделить общее, что присуще моделям различных по своей природе объектов реального мира. Это общее заключается в наличии некоторой структуры (статической или динамической, материальной или мысленной), которая подобна структуре данного объекта.
Моделирование основано на общих принципах научного познания:
Принцип редукционизма - возможность сведения более сложного к более простому. Это значит, что изучение более простого может что-то сказать и о самом объекте.
Принцип эволюции - все высшие формы постепенно развились из низших форм. Это значит, что, анализируя поведение низших форм, можно прогнозировать поведение высших форм.
Принцип рациональности , который гласит, что объекты реального мира можно познавать с помощью логики и математики.
Если результаты моделирования подтверждаются и могут служить основой для прогнозирования процессов, протекающих в исследуемых объектах, то говорят, что модель адекватна объекту. При этом адекватность модели зависит от цели моделирования и принятых критериев.
Адекватность предполагает воспроизведение моделью с необходимой полнотой всех характеристик объекта, существенных для цели моделирования.
Для установления адекватности в случае конструктивных, в том числе информационных моделей, необходимо сформулировать цель моделирования и уточнить, какой из аспектов изучаемого объекта (внешний вид, структура или поведение) представляет в данном случае интерес.
Если наблюдателю доступны разные модели объекта , но недоступен сам объект, он может сравнить имеющиеся модели и выделить некоторые инвариантные (присутствующие во всех моделях) моменты, которые с большой степенью достоверности можно отнести к самому объекту.
Если наблюдателю доступна только одна модель , вопрос о её адекватности объекту принимается на основе следующих фундаментальных научных положений :
непротиворечивость : невозможна одновременная истинность высказывания (А) и противоречащего ему высказывания (не А);
закон достаточного основания : «...ни одно явление не может оказаться истинным или действительным, ни одно утверждение - справедливым без достаточного основания, почему дело обстоит именно так, а не иначе...» (Г. В. Лейбниц);
закон сохранения энергии : энергия поля + энергия объекта = constant.
закон сохранения вещества : вещество никуда не исчезает и ниоткуда не возникает, оно только переходит из одного состояния в другое;
свойство симметрии : если какое-либо состояние или процесс встречается в природе, то для него существует обращенное во времени состояние или процесс, который также может реализоваться в природе.
Кроме того, адекватность модели оценивается на основе общих эвристических принципов :
Принципа простоты ;
Принципа «лени » (в коммуникации);
Принципа эстетики ;
Принципа соответствия : если корректно уточнить адекватную модель или область действия адекватной модели, то в результате получится адекватная модель.
По мере развития человечества происходит структуризация и оптимизация наличных у нас данных и возможностей их использования. При этом ключевой является информационная модель. На сегодняшний день она является существенно недооценённым инструментов планирования. Чтобы сломать эту тенденцию, необходимо рассказывать аудитории о её возможностях, чем и займётся автор этой статьи.
Что называют информационной моделью? Описание и структура
Так называют модель объекта. Она представлена в виде информации, что описывает существенные для конкретного случая параметры и переменные, связи между ними, а также входы и выходы для данных, при подаче на которые можно влиять на получаемый результат. Их нельзя увидеть или потрогать. В целом они не имеют материального воплощения, поскольку строятся на использовании одной информации. Сюда относятся данные, что характеризуют состояния объекта, существенные свойства, процессы и явления, а также связь с внешней средой. Это процесс называется описанием информационной модели. Это самый первый шаг проработки. Полноценной информационной моделью является обычно сложная разработка, которая может иметь много структур, что в рамках статьи сведены в три основных типа:
- Описательная. Сюда относятся модели, которые создаются на естественных языках. Они могут иметь любую произвольную структуру, которая удовлетворит составляющего их человека.
- Формальная. Сюда относят модели, которые создаются на формальных языках (научных, профессиональных или специализированных). В качестве примеров можно привести такое: все виды таблиц, формул, граф, карт, схемы и прочих подобных структурных формаций.
- Хроматические. Сюда относят модели, которые были созданы с применением естественного языка семантики цветовых концептов, а также их онтологических предикатов. Под последними понимают возможность распознавания значений цветовых канонов и смыслов. В качестве примера хроматических моделей можно навести те, что были построены с использованием соответствующей теоретической базы и методологии.
Как видим, основной составляющей являются данные, их структура и процедура обработки. Развивая мысль, можно дополнить, что информационная модель является схемой, в которой описана суть определённого объекта, а также все необходимые для его исследования процедуры. Для более полного описания характеристик используют переменные. Они замещают атрибут цели, которая прорабатывается. И здесь имеет значительную важность структура информационной модели.
Давайте приведём пример. Описание веника и инструкция по его использованию является информационной моделью для уборщика. Но это не всё. Описание и технологический процесс изготовления веника, изложений в соответствующей документации, является информационной моделью и алгоритмом, по которому его делает производитель. Как видите, отражаются наиболее важные свойства объекта. В действительности, конечно, информационная модель – это лишь приближенное описание. В результате можно сказать, что эти данные, с помощью которых осуществляется познание реальности, являются относительно истинными.
Общая классификация
Какие информационные модели существуют? Классификация сформирована на основе самого определения:
- Зависимо от количества значений переменных они делятся на динамические и статистические.
- По способу описания бывают знаковыми, натурными, формализованными.
- Зависимо от особенностей конструирования переменных делятся на графовые, графические, идеографические, текстовые, алгоритмические, табличные.
Виды информационных моделей
Исследованию поддаётся как физический, так и идеальный объект анализа. Это приводит к тому, что существование одинаковых информационных моделей, к которым можно подойти с тем же самых набором инструментариев, нет. Поэтому приходится использовать отдельные подходы и что-то особенное, что позволит изучить или исследовать предметную область. На основании таких суждений принято выделять три виды информационных моделей:
- Математические. Благодаря им изучают явления и процессы, что являются представленными в виде наиболее общих математических закономерностей или абстрактных объектов, которых достаточно, чтобы выразить законы природы или внутренние свойства наблюдаемого. Также применяются для подтверждения правила логических рассуждений.
- Компьютерные. Используется для описания совокупности переменных, что представлены абстрактными типами данных и поданы в соответствии с выдвигаемыми требованиями среды обработки ЭОМ.
- Материальные. Так называют предметное отражение объекта, сохраняющее геометрические и физические свойства (глобус, игрушки, манекены). Также к материальным моделям относят химические опыты.
Типы информационных моделей
Поскольку они являются совокупностью информации, то часто характеризуют состояние и свойства объекта, явления, процесса и их взаимодействие с окружающим их миром. Зависимо от того, как они представлены и выражены, выделяют два типы информационных моделей:
- Вербальные. Они создаются как результат умственной деятельности человека и представляются в словесной форме или при помощи жестикуляции.
- Знаковые. Для их выражения используются рисунки, схемы, графики, формулы.
Что необходимо для их создания?
Информация, причём как можно более точная. Чем больше предоставленные данные отвечают реальным показателем, тем эффективней применяется модель на практике. Чтобы разработать модель, сначала проводится сбор всей возможной информации. Она отсеивается и остаётся та, что предоставляет наибольшую ценность для исследователя. Проводится анализ предоставляющей интерес информации, на основании которого она структурируется. И зависимо от целей исследователь из отдельных блоков данных строит необходимую модель. Потом проводится поиск ошибок и ликвидация противоречий. Когда этот шаг закончен, то разработка информационной модели тоже считается завершённой.
Где применяются информационные модели?
Везде. Только такое обозначение не всегда применяется на практике из-за его излишней научности. Инструкции для компьютеров, телевизоров, телефонов, использованных бутылей воды, автомобильных аккумуляторов – вот лишь отдельные примеры. Информационной моделью является и технология производства комбайнов, тракторов, самолётов, грузовиков, прицепов, строений. Как видите, для неё есть применение и в быту, и в промышленности. Но сам термин «информационная модель» больше применяется в последней сфере из-за того, что здесь протекают более сложные процессы с участием большого количества людей.
Пример создания
Давайте попробуем детально проанализировать, что такое информационная модель. Это не так сложно, как может показаться. В качестве примера возьмём клавиатуру. Можно определить два направления относительно пользователя: описание и вопросы настройки. Во-первых, производительно пишет в аннотации, какой это хороший продукт, что он может, как с ним удобно работать. Анализирует передовые технологии, применённые при её создании, экологические преимущества и прочие подобные вещи. Главное – понравиться. Но лгать всё же не надо, поскольку это будет иметь нежелательные последствия.
Во-вторых, прорабатываются вопросы настройки. Можно ответить на них с помощью картинок на листке-вкладыше, где будет изображено, куда вставить разъём клавиатуры в компьютер. Также может прилагаться небольшой ремонтный комплект, инструкция по его использованию, особенности построение устройства, как его следует разбирать в случае возникновения определённых проблем – и ряд других вопросов, которые можно только продумать и дать ответ пользователям на них.
Особенности
Чем больше данных, тем описание информационной модели будет сложнее. Это две стороны медали: следует выбирать между точностью и функциональностью. Чтобы не перегибать палку или избежать слабой проработки вопроса следует заранее очертить задачи для проработки и глубину их разбора. Следует позаботиться обо всех имеющихся моментах, поскольку любая проблема, допущенная на этом этапе, в будущем только добавит работы и необходимость затраты денежных средств на устранение конфликта.
Изучение аспектов информационного моделирования
С научной точки зрения этим вопросом занимается кибернетика. Поэтому, если у вас есть желание углубить свои познания в этой области, запаситесь несколькими недавно вышедшими книгами и внимательно изучите их. Хотя можно и по-другому осведомиться, что такое простейшие информационные модели. Информатика может дать необходимый базис, но для получения всей полноты знаний нужна именно кибернетика. В её рамках можно будет ознакомиться не только с детализированными принципами моделирования, но и узнать про существующие разработки, а также возможности их применения.
Заключение
Информационная модель – это важный и полезный инструмент, если правильно его использоваться. При создании сложных систем (например, программного обеспечения) он позволяет проработать основные технические вопросы и устранить возможные не состыковки. В рамках статьи были размещены знания про то, какие информационные модели есть, как они создаются и другая полезная информация, что пригодится на практике.
В ходе своей деятельности люди используют модели, т.е. создают образ, копию того объекта, с которым им приходится работать. Человек, когда продумывает план действий , представляет результат своих действий, строит модель в уме.
Определение 1
Модель – это объект, который был создан искусственно с целью упрощенного представления о реальном объекте, процессе или явлении и отражает существенные стороны объекта, который изучается, с точки зрения цели моделирования.
Определение 2
Моделирование – это процесс построения моделей, которые предназначены для изучения и исследования объектов, процессов или явлений.
Объект, для которого создают его модель, называют оригиналом или прототипом. Модель не является абсолютной копией своего прототипа, а лишь отражает основные его качества и свойства, которые являются наиболее существенными для выбранной цели исследования. При создании модели всегда имеют место определенные допущения и гипотезы.
С помощью системного подхода можно создавать полноценные модели. Особенностями системного подхода является:
- представление изучаемого объекта как системы, описание и исследование элементов которой не выступает как сама цель, а выполняется с учетом их места (наличие подзадач);
- неотделимость объекта в целом от условий его существования и функционирования;
- представление объекта как составной части чего-то целого (сам объект является подзадачей);
- один и тот же элемент, который изучается, рассматривается как элемент с разными характеристиками, функциями и даже принципами построения;
- на первом месте находятся не только причинные объяснения функционирования объекта, но и необходимость включения его в состав других элементов;
- наличие у объекта большого количества индивидуальных характеристик и степеней свободы;
- альтернативы решения задач сравниваются в первую очередь по критерию «стоимость – эффективность».
Создание универсальных моделей является следствием использования системного подхода.
Замечание 1
В некоторых случаях моделирование незаменимо. Нельзя, например, устроить ядерную катастрофу для выяснения масштабов возможного заражения, а с помощью компьютерных программ возможен расчет (причем достаточно точный) параметров, которые интересуют исследователей.
Определение 3
Моделирование является основным способом научного познания. В информатике данный способ именуется вычислительным экспериментом и основан на трех основных понятиях: модель – алгоритм – программа.
Компьютер при моделировании используется в трех направлениях:
- Вычислительном для прямых расчетов по программе.
- Инструментальном при построении базы знаний для преобразования ее в алгоритм и программу.
- Диалоговом при поддержании интерфейса между пользователем и компьютером.
Понятие объекта
Объектом моделирования считают любой предмет, процесс или явление, которые изучаются с помощью методов моделирования. При изучении объекта учитывают только те свойства, которые необходимы для достижения цели. Выбор необходимых свойств объекта при построении модели является наиболее важным моментом на первых этапах моделирования.
Определение 4
Модель объекта – это:
- система, которую можно мысленно представить или материально реализовать, которая отображает или воспроизводит объект исследования, и при этом способна заменить его таким образом, что изучение этой системы дает новую информацию об объекте;
- объект-заместитель, учитывающий реальные свойства объекта, которые необходимы для достижения цели.
Основной функцией модели является описание объекта и получение информации о нём.
Любой объект можно представить как совокупность элементов, объединенных в единое целое. Однако невозможно изучить все свойства объекта в целом, если изучать каждый элемент объекта отдельно. Сила связи между элементами значительно мощнее силы связи с элементами, которые не принадлежат объекту, что позволяет выделить объект из окружающей среды. Любой объект (система), не являющийся неделимым (элементарным), имеет свою структуру.
Определение 5
Структурой объекта является сеть взаимосвязей между его частями, приводящая к появлению свойств, которые отсутствуют у всех и каждой части объекта в отдельности.
Принцип, по которому объединение элементов приводит к появлению у объекта новых свойств, которые являются отличными от свойств элементов, называется принципом организации. Например, из совокупности отдельных деталей можно собрать какой-то целостный прибор.
Классификация моделей
Классификация моделей относится к проблеме распознавания образов. Каждый класс имеет некоторые характеристические признаки и по этим признакам осуществляется классификация.
Классификация моделей основывается на анализе информации об объекте и отнесении объекта к определенному классу из заданного их набора. Одним из наиболее общих критериев классификации служит способ отображения объектов:
I класс моделей:
- Изобразительная модель – простейший тип модели. Это подобие оригинала, отображающие лишь внешние свойства объектов. Например, фотографии, рисунки, картины, фарфоровые и другие фигуры и т.д. С помощью фотографии невозможно отобразить характер, темперамент, а рост можно представить только относительно.
- Аналоговая модель – это вспомогательный объект, природа которого отличается от природы изучаемого объекта, и который замещает изучаемый объект настолько, что его изучение дает полезные сведения об исходном объекте. Это модель, в которой совокупность одних свойств представляют в виде совокупности других свойств. Аналоговое моделирование основывается на теории подобия. Например, лекарства имеют разные названия, но обладают одинаковым действием, хотя имеют различные ингредиенты.
- Символьная модель – модель, в которой объект описывается на формальном языке, который состоит из конечного набора символов, правил отношений между ними и правил интерпретации этих символов. Например, алгоритмические языки программирования, совокупность знаков, которые обозначают правила дорожного движения. К символьным моделям также относятся математические модели, которые содержат множество математических символов, знаков, уравнений, множеств и т.д.
II класс моделей:
- Познавательная модель – форма организации и представления знаний через соединение новых знаний с уже имеющимися. В познавательной модели всегда отображается реальность и модель подгоняется под реальность.
- Прагматическая модель – способ представления образцово-правильных действий или их результатов. Она играет роль стандарта и имеет нормативный характер. В прагматической модели всегда действительность «подгоняется» под модель.
III класс моделей:
- Статическая модель отображает какое-либо состояние объекта в фиксированный момент времени.
- Динамическая модель отображает переход объекта из состояния в состояние.
Замечание 2
Одну модель можно отнести сразу к нескольким классам. В реальности не существует объекта, который принадлежит к какому-либо одному классу моделирования. Множество вариантов классификаций моделей говорит о том, что любая модель зависимо от критерия классификации может относится к различным классам и что между этими классами не всегда проходит четкая грань, которая позволяет выполнять однозначную классификацию моделей.
