Моделювання - Природознавство
Існує безліч визначень моделі, залежно від сфери, в якій вона будується. Ось лише деякі приклади,
1) Пристрій, що відтворює, імітує будову і дію будь-якого іншого (модельованого) пристрою в наукових, виробничих (при випробуваннях) або спортивних цілях.
2) У широкому значенні будь-який образ, аналог (думковий чи умовний: зображення, опис, схема, креслення, графік, план, карта тощо) будь-якого об'єкта, процесу чи явища («оригіналу» цієї моделі), використовуваний як його «заступник», «представник».
3) У математиці і логіці моделлю будь-якої системи аксіом називають будь-яку сукупність (абстрактних) об'єктів, властивості яких і відносини між якими задовольняють даним аксіомам, тим самим спільним (неявним) визначенням такої сукупності.
4) Модель у мовознавстві, абстрактне поняття еталона чи зразка будь-якої системи (фонологічної, граматичної тощо.), уявлення найзагальніших характеристик якогось мовного явища; загальна схема опису системи мови або будь-якої її підсистеми.
Але, незважаючи на таку різноманітність формулювань, все ж таки спробуємо дати моделюванню належне визначення.
Побудова моделей як із сторін діалектичної пари протилежностей аналіз-синтез має багато аспектів, у тому числі деякий висувається першому плані.
Особливо суттєвим при побудові моделей є аспект відображення, що розуміється у сенсі теорії пізнання.
Кожна модель зберігає знання у належній формі; при цьому запам'ятовування знань, як правило, пов'язане із зменшенням надмірності. Тому кожна модель має мовну функцію. Зміст знань є семантичною стороною; способи, здопомогою яких знання вводяться у модель, кодуються у ній, є синтаксичною стороною. Останній мовний компонент має значення при активізації моделі при кожному приведенні її в дію.
Але в той же час модель у своїй функції як структура для зберігання знань є ланкою між теоретичним і емпіричним пізнанням. Фразу «немає нічого простішого за хорошу теорію» слід сприймати дослівно. Формалізована теорія дозволяє описати велику кількість приватних фактів з допомогою найбільшого числа основних результатів. Отже, головне призначення теорії – у зменшенні надмірності, зумовленої достатком приватних фактів, пов'язаних із цим глибшим пізнанням закономірних зв'язків.
В основі кожної моделі лежить більш менш розвинена теорія відображуваного об'єкта; ця теорія укладається в синтаксично встановлені рамки, концепцію системи, покладену в основу конкретної побудови моделі.
Системна концепція фіксує загальні рамки моделі, інакше кажучи визначає структуру пам'яті моделі. Конкретна форма моделі, в якій вона може діяти як заміна тільки одного конкретного об'єкта, виходить завдяки тому, що експериментальні, тобто емпіричні дані наводяться відповідно до цих рамок, тобто для параметрів моделі, її ступенів свободи крок за кроком встановлюються всі Найбільш достовірні значення. У цьому сенсі кожна розроблена модель виражає компроміс між теорією та практикою, між теоретичними знаннями та емпіричними даними.
Слід зазначити деякі речі та процеси, що використовуються в процесі моделювання.
Наприклад, гібридна обчислювальна система - комплекс з декількох ЕОМ або обчислювальних пристроїв (аналогових та цифрових), об'єднаних єдиноюсистемою керування. Її застосовують при моделюванні складних систем, для оптимізації систем автоматичного управління, розв'язання нелінійних рівнянь у приватних похідних тощо.
Слід також згадати ідеалізацію – процес ідеалізації, розумове конструювання понять про об'єкти, процеси та явища, що не існують насправді, але таких, для яких є прообрази в реальному світі (наприклад, «крапка», «абсолютно тверде тіло», «ідеальний газ») ). Ідеалізація дозволяє формулювати закони, будувати абстрактні схеми реальних процесів.
Нарешті, ймовірнісний автомат - пристрій (система), що автоматично змінює свій стан залежно від послідовності попередніх станів та випадкових вхідних сигналів. Імовірнісний автомат використовують при моделюванні складних процесів, наприклад, систем автоматичного управління рухом транспорту на перехресті двох вулиць.
Мови програмування також тісно пов'язані з моделюванням. Це формальні мови для опису даних (інформації) та алгоритму (програми) їх обробки на ЕОМ. Основу мов програмування становлять алгоритмічні мови. Першими мовами програмування були машинні мови, які є системи команд для конкретних ЕОМ. З розвитком обчислювальної техніки з'явилися складніші мови програмування, орієнтовані рішення різних завдань: обробка економічної інформації (КОБОЛ), інженерні та наукові розрахунки (Фортран), навчання програмування (алгол-60, Паскаль), моделювання (сленг, стимулу) та інші.
Важливий аспект побудови моделей у тому, що модель має бути у приблизному сенсі замінником реального стану речей, реальної системи. Отже, йдеться не лише про зменшення надмірності запам'ятовування.інформації, але й про таку семантику та про такий синтаксис моделі, при якому її поведінка виявляється порівнянною з поведінкою реального об'єкта. Так представляється роль моделі як заміни об'єкта, принаймні при моделюванні реальних типів поведінки. При постановці інших цілей моделювання роль моделі, яка полягає в тому, щоб бути певною мірою адекватною вихідному об'єкту, повинна розумітися аналогічно.
Оптимізація описує аспект управління чи аспект синтезу. Оскільки йдеться про те, щоб «не пояснити світ, але змінити його», то навряд чи можна, теоретико-пізнавальну сторону моделювання відокремити від функції управління, властивої моделі, тому в дусі компромісу на практиці іноді доводиться відмовлятися від можливого виграшу у знаннях користь більшої цілеспрямованості моделі. Модель, побудована на основі системного аналізу, має бути суттєвим допоміжним засобом для пошуку рішень.
При практичних застосуваннях ми, як правило, обмежені у засобах, які можна витратити на моделювання та оптимізацію; отже, автоматично стикаємося з вимогами побудови моделей за мінімальних витрат.
Для теорії характерно, що її положення виходять в результаті узагальнення приватних фактів, а достовірність перевіряється шляхом застосування теорії до випадків, які хоч і охоплюються теорією, проте не належать до джерел її початкових положень. Факти, які у сфері своєї значущості пов'язані з цими джерелами, є суто емпіричними і що неспроможні розглядатися як які стосуються теорії.
З давніх-давен люди займалися моделюванням. Візьмемо, наприклад, Леонардо да Вінчі. Як вчений та інженер Леонардо да Вінчі збагатив проникливими спостереженнями та здогадками майже всі галузі знаннятого часу, розглядаючи свої нотатки та малюнки як нариси до гігантської натурфілософської енциклопедії. Він був яскравим представником нового, заснованого на експерименті природознавства. Особливу увагу приділяв Леонардо механіці, називаючи її «раєм математичних наук» і бачачи в ній ключ до таємниць світобудови; він спробував визначити коефіцієнти тертя ковзання, вивчав опір матеріалів, захоплено займався гідравлікою. Пристрасть до моделювання призводила Леонардо до разючих технічних передбачень, що набагато випереджали епоху: такі нариси проектів металургійних печей і прокатних станів, ткацьких верстатів, друкованих, деревообробних та інших машин, підводного човна та танка, а також розроблені після ретельного вивчення польоту птахів парашута.
У першій половині 20 століття норвезькі, бельгійські, французькі та українські мандрівники обстежили приполярні області, склали їх описи та карти. У 1909 А. Мохорович виділив планетарну грн. розділу, що є підошвою земної кори. У 1916 р. сейсмолог Б.Б. Голіцин зафіксував кордон верхньої мантії, а 1926 Б. Гутенберг встановив у ній наявність сейсмічного хвилеводу. Цей учений визначив становище і глибину кордону між мантією Землі і ядром. У 1935 Ч. Ріхтер запровадив поняття магнітуди землетрусу, розробив разом із Гутенбергом в 1941-45 шкалу Ріхтера. Пізніше на основі цих сейсмологічних та гравіметричних даних було розроблено модель внутрішньої будови Землі, яка залишається практично незмінною до наших днів. З 1980-90-х років. розвивається геофізична томографія, за допомогою якої побудовано сейсмічні розрізи нижньої та верхньої мантії, що у сукупності з геотермічними таіншими геофізичними даними дозволило здійснити якісне та кількісне моделювання мантійної конвекції циркуляційного переміщення речовини мантії.
Запуски міжпланетних космічних апаратів до Меркурія, Марса, Венери, а також до більш віддалених планет дозволили також поглибити знання про стан і еволюцію Землі на основі порівняльного вивчення планет. Отримані дані разом із відомостями про структуру земної кори і глибинних надр планети послужили основою розробки моделей розвитку Землі, починаючи з її утворення з протопланетного хмари.
Після Другої світової війни інтенсивного розвитку набула технічна кібернетика. Однією з найважливіших її напрямів стало побудова моделей, що особливо виявилося завдяки різнобічної наукової діяльності ІФАК. Внаслідок цього виникло широко поширене переконання, що побудова моделей по суті рівнозначно ідентифікації параметрів у характеристиках певних типів. Це уявлення неправильне.
Розвиток кібернетики в останні роки, що дав, зокрема, системний підхід до так званих великих систем, який найсильніше проявився у різноманітних спробах глобального моделювання, призвело до значно ширшого розуміння моделювання.
При цьому справа дійшла до переосмислення джерел модельних конструкцій, які власне існували ще задовго до бурхливого розвитку науки і техніки. Виявилося, що з давніх-давен найбільш значними науками, що займаються побудовою моделей, була фізика, зокрема механіка. Вже з традиційних підходів до опису фізичних об'єктів можна отримати суттєві уявлення про побудову моделей. Звичайно, методологія такої побудови розвинулася далеко за межі відомого та звичайного дляфізики.
Загалом, побудова моделей та їх оптимізація – головні напрямки міждисциплінарних робіт, що дають можливість надійного опису систем та процесів. Вони є передумовами для цілеспрямованого використання їх властивостей на користь суспільства.
Моделі сприяють плідному виробництву у всіх сферах життя, оскільки:
- Показують неспроможність деяких ідей;
- Заощаджують час (моделі доводяться до досконалості і лише потім на їх основі починається виробництво, будівництво і т.д.)
Список використаної литературы: Вернадський В.І. Вибрані трактати з історії науки. М., 1981 Енциклопедії «Кирило і Мефодій» 1998-2000:
- Енциклопедія персонального комп'ютера
3. Заворотов В.А. Від ідеї до моделі. М., 1990