Модели и моделирование системы

     Содержание 

Введение 2

Понятие модели и моделирования 4

Классификация моделей 5

Особенности и свойства моделей 10

Основные  цели моделирования 15

Заключение 18

Список  использованной литературы 19 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

     Введение 

     Системный анализ—это методология решения  крупных проблем, основанная на концепции  систем. Системный анализ может также  рассматриваться как методология  построения организаций, что реализует  методологию решения проблем.

     Под моделированием понимается имитирование поведения какой-либо реально существующей системы, т.е. упрощенное схематическое  или математическое воспроизведение  принципов ее организации и функционирования. 

     Все существующие модели подразделяются на материальные (механические образцы, различные  копии  оригиналов и т.п.) и идеальные (знаковые). К знаковым моделям относятся  вербальные (словесные) и математические (разнообразные схемы, чертежи, графики, формулы). Разновидностью знаковых моделей являются математические модели. 
Математическая модель (или математическое описание) - это система математических соотношений, описывающих изучаемый процесс или явление.

     Модель - это мысленно представляемая или  материально реализованная система, которая, отображая или воспроизводя объект исследования, способна замещать его так, что ее изучение дает новую  информацию об этом объекте.

     Целями  данного реферата является анализ и  изучение моделей и моделирования  системы.

     Задачами  реферата являются:

     - анализ понятия модели и моделирование;

     - изучение классификаций моделей;

     - исследование особенностей и свойств моделей;

     - анализ основных целей моделирования.

     Тема  реферата является актуальной, поскольку  моделирование позволяет исследовать объекты окружающего мира, представленные в виде, удобном для анализа, а с другой для их хранения и передачи в пространстве или времени.

     В связи с этим в познавательной и практической деятельности человека большую, если не ведущую, роль играют модели и моделирование. Особенно незаменимо моделирование при работе со сложными объектами (в частности, экономическими). Все это делает моделирование  важнейшим инструментом системного анализа. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

     Понятие модели и моделирования  

     Одна  из характерных особенностей современного естествознания — его модельный  характер, т.е. все объекты, явления  и процессы описываются с помощью  моделей. В определенном смысле расширение границ естествознания можно представить  как построение более подходящих и совершенных моделей природы. Модельный характер естествознания связан и с тем, что значимость того или иного факта можно  определить, лишь опираясь на какую-либо модель.

     Модель  — это упрощенное подобие объекта, которое воспроизводит интересующие нас свойства и характеристики объекта-оригинала или объекта проектирования.

       Понятие модели стало пониматься широко лишь в XX в. Вначале модель стала осознаваться как нечто универсальное в научных дисциплинах информационного, кибернетического, системного направлений, а позднее эта идея распространилась на всю науку. При этом понятие абстрактной модели не сводится к математическим моделям, а относится к любым знаниям и представлениям о мире. ¹

     Под моделью будем понимать вещественный или мысленно представляемый аналог определенного оригинала, подобный ему в существенных для конкретного  исследования чертах. По сути модель является неким «заместителем» оригинала в познании и практике. Основные функции моделей - фиксация знаний и получение информации. Они служат для хранения и расширения знания или, как иногда говорят, информации об оригинале, конструирования оригинала, преобразования и управления им.

     Под моделированием понимается имитирование поведения какой-либо реально существующей системы, т.е. упрощенное схематическое  или математическое воспроизведение принципов ее организации и функционирования.

     Моделированием  называется исследование каких-либо явлений, процессов или систем путем построения и изучения их моделей, а также  использование моделей для определения  или уточнения характеристик  и рационализации способов построения вновь конструируемых объектов.

       Моделирование - одна из основных  категорий теории познания. На  идее моделирования по существу  базируется любой метод научного  исследования. ²

       Моделирование является важным  этапом целенаправленной деятельности, так как она ориентирована  на реализацию образа желаемого  будущего, т.е. модели состояния.  Любая деятельность осуществляется  по определенному плану (алгоритму), который является образом будущей  деятельности, т.е. ее моделью.  При этом приходится оценивать  текущий результат предыдущих  действий и выбирать следующий  шаг из многих возможных, в  связи с чем необходимо сравнивать последствия всех возможных шагов, не выполняя их реально, другими словами, изучать их на модели. Кроме того, сама модель является целевым отображением, причем не самого по себе объекта-оригинала, а того, что в нем нас интересует, т.е. то, что соответствует поставленной цели. Поскольку модель - это целевое отображение, можно говорить о множественности моделей одного и того же объекта: для разных целей, как правило, требуются разные модели. ³ 

     Классификация моделей  

     В зависимости от направленности моделирования (теоретическая или практическая) модели можно разделить на познавательные и прагматические. Познавательные модели являются формой организации и представления знаний, средством соединения новых знаний с имеющимися. Поэтому при обнаружении расхождения между моделью и реальностью встает задача устранения этого расхождения путем изменения модели, так как познавательная деятельность ориентирована в основном на приближение модели к реальности, которую модель отображает. Примером здесь могут служить все усложняющиеся модели пространства и времени в естествознании. ⁴

     Прагматические  модели являются средством управления и средством организации практических действий, способом представления образцовых действий или их результата. При  их использовании в случае обнаружения  расхождений между моделью и  реальностью усилия направляют на изменение  реальности так, чтобы приблизить реальность к модели. Прагматические модели носят  нормативный характер, выполняя функцию  стандарта, образца, под которые  «подгоняются» деятельность и ее результаты. Прагматические модели - это  планы, алгоритмы и программы  действий (например, по преобразованию ландшафта какой-либо территории) и  т.д. Следовательно, познавательные модели стремятся отражать существующее, а прагматические - желаемое.

       Модели также можно разделить  на статические - модели конкретного  состояния интересующего нас  объекта - и динамические —  когда возникает необходимость  в отображении процесса изменений  состояния. Например, в одних случаях  нужны модели некоторого ландшафта  в некоторый момент времени,  а в других - модель сезонной  смены его состояний; можно  описать структуру кристалла  алмаза, а можно рассмотреть процесс  его формирования; можно характеризовать  анатомию человеческого организма  или построить модель его функционирования  или развития. ⁵

       Наибольшее распространение получила классификация моделей на абстрактные (мысленные, идеальные) и материальные (реальные, вещественные) в зависимости от способа их воплощения или реализации или на основании использования того или иного способа передачи информации, поскольку в распоряжении человека, создающего модель, имеются средства самого сознания и средства окружающего материального мира.

     Абстрактные модели — идеальные конструкции, построенные средствами мышления, сознания. Для человеческого мозга важную роль играют неязыковые формы мышления: эмоции, бессознательное, интуиция, озарение, образное мышление, подсознание и т.п. К абстрактным моделям относятся лингвистические конструкции - продукт мышления, готовый или почти готовый для передачи другим носителям языка. Естественные языки являются универсальным средством построения абстрактных моделей, поскольку на них можно говорить практически обо всем, и, кроме того, языковые модели обладают неоднозначностью. Многозначность слов (например, «мало», «много», «несколько») наряду с многовариантностью их возможных соединений во фразы позволяет отобразить любую ситуацию с достаточной для обычных практических целей точностью. Для ситуаций, когда приблизительность естественного языка становится недостатком, вырабатывается специфический язык, языковые модели различных естественно-научных отраслей более точны и содержат больше информации, чем естественные языки. Новые знания аккумулируются в новых моделях, и если старых языковых средств для их построения не хватает, то возникают еще более специализированные языки. Одним из специальных и достаточно универсальных языков науки является математика. ⁶

       В общем случае мысленные модели, используемые в естествознании, можно разделить на образные, образно-знаковые и знаковые модели. К образным моделям относятся  неформализованные мысленные представления,  гипотетические построения, разного рода модели-аналогии и прочие модельные представления; например, утверждая, что Земля похожа на шар, мы выстраиваем образную модель; в более сложном виде — это словесное описание некоторой гипотезы, теории, концепции или парадигмы. Образно-знаковые модели - разного рода схемы, графы, чертежи, графики - широко распространены в естествознании; так, в науках о Земле и астрономии большое значение имеет такой вид образно-знаковых моделей, как карты. Знаковыми моделями называют определенным образом интерпретированные системы. Наиболее важны в этой группе математические модели.

     Материальные (реальные, вещественные) модели - некоторая  материальная конструкция. Чтобы она  могла быть отображением, т.е. замещала в каком-то отношении оригинал, между  оригиналом и моделью должно быть установлено отношение схожести, подобия. В рамках материальных моделей  по характеру подобия выделяют модели, построенные на принципе прямого  и косвенного подобия; иногда выделяют модели условного подобия.

       К построенным на основе прямого подобия относят пространственно и физически подобные модели. Пространственно подобные модели геометрически подобны оригиналу. Языком пространственно подобных моделей передаются наиболее общие черты формы объекта и соотношения определенных его частей. Например, фотографии, макет рельефа местности, масштабированные модели самолетов или гидротехнических сооружений, макеты зданий, шаблоны и т.п. Физически подобные модели обладают механическим, динамическим, кинематическим и другими видами подобия с оригиналом. Эти модели широко применяются во многих отраслях естествознания. Так, с их помощью изучают на небольших лабораторных установках деформации, происходящие в земной коре, формирование долин крупных рек, влияние еще не построенных гидроэлектростанций на окружающую среду и т.д.

       Прямое подобие (геометрически  и физически подобные модели) связано с проблемой переноса  результатов моделирования на  оригинал. Например, при изучении поведения русла реки на уменьшенной модели часть условий эксперимента можно привести в соответствие с натурой, изменяя масштабы модели (скорость течения, глубина потока, морфология русла), а часть условий (вязкость и плотность воды, сила тяготения, определяющие свойства волн, и т.д.) не может быть масштабирована. Задачами пересчета данных модельного эксперимента на реальные условия занимается теория подобия, которая позволяет перейти с использованием коэффициентов подобия от оригинала к модели и наоборот.

     Косвенное подобие между оригиналом и моделью  — аналогия — проявляется в  совпадении или достаточной близости их абстрактных моделей и используется в практике реального моделирования. Наиболее известна электромеханическая  аналогия, основанная на том, что некоторые  закономерности электрических и  механических процессов описываются  одинаковыми дифференциальными  уравнениями, различающимися лишь физической интерпретацией переменных, входящих в эти уравнения. Поэтому можно  не только заменить неудобное и громоздкое экспериментирование с механической конструкцией на простые опыты с  электрической схемой, перепробовать  множество вариантов, не переделывая  конструкцию, но и проверить на модели варианты, в механике пока не осуществимые (например, с произвольным и непрерывным  изменением масс, длин и т.д.). Роль моделей, обладающих косвенным подобием оригиналу, очень велика. Например, часы являются аналогом времени; подопытные животные у медиков - аналоги человеческого  организма; автопилот — аналог летчика; электрический ток в подходящих цепях может моделировать течение  воды в водоносном горизонте или  в русле реки, а также транспортные потоки, перенос информации в сетях  связи и т.д.