Модель как форма знаний

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

1. Приближенность, адекватность моделей реальности и их причины

Научно-техническая революция привела к возникновению таких понятий, как большие и сложные экономические системы, обладающие специфическими для них проблемами. Необходимость решения таких проблем привела к появлению особых подходов и методов, которые постепенно накапливались и обобщались, образуя, в конце концов, особую науку - системный анализ.

В начале 80-х годов системность стала не только теоретической категорией, но и осознанным аспектом практической деятельности. Широко распространилось понятие того, что наши успехи связаны с тем, насколько системно мы подходим к решению возникающих проблем, а наши неудачи вызваны отсутствием системности в наших действиях. Сигналом о недостаточной системности в нашем подходе к решению какой-либо задачи является появление проблемы, разрешение же возникшей проблемы происходит, как правило, при переходе на новый, более высокий, уровень системности нашей деятельности. Поэтому системность не только состояние, но и процесс.

Самая интересная и сложная часть системного анализа - это «вытаскивание» проблемы из реальной практической задачи, отделение важного от несущественного, поиск правильной формулировки для каждой из возникающих проблем, т.е. то, что называется «постановкой задачи».

Многие довольно часто недооценивают работу, связанную с формулировкой задачи. Однако специалисты полагают, что «хорошо поставить задачу - значит на половину ее решить». Хотя в большинстве случаев заказчику кажется, что он уже сформулировал свою проблему, системный аналитик знает, что предлагаемая клиентом постановка задачи является моделью его реальной проблемной ситуации и неизбежно имеет целевой характер, оставаясь приблизительной и упрощенной. Поэтому необходимо проверить эту модель на адекватность, что приводит к развитию и уточнению первоначальной модели. Всякий процесс труда есть деятельность, направленная на достижение определенной цели.

Первоначально моделью называли некое вспомогательное средство, объект, который в определенных ситуациях заменял другой объект. Например, манекен в определенном смысле заменяет человека, являясь моделью человеческой фигуры.

В настоящее время для постижения истины существует 3 пути:

· теоретическое исследование;

· эксперимент;

· моделирование.

Моделью называется объект-заместитель, который в определенных условиях может заменять объект-оригинал, воспроизводя интересующие нас свойства и характеристики оригинала, причем имеет существенные преимущества:

- дешевизну;

- наглядность;

- легкость оперирования и т.п.

Под моделированием понимается процесс исследования реальной системы, включающей построение модели, изучение её свойств и перенос полученных сведений на моделируемую систему.

Общими функциями моделирования является описание, объяснение и прогнозирования поведения реальной системы.

Типовыми целями моделирования могут быть поиск оптимальных или близких к оптимальным решений, оценка эффективности решений, определение свойств системы (чувствительности к изменению значений характеристик и др.), установление взаимосвязей между характеристиками системы, перенос информации во времени.

И так модель - это объект, который имеет сходство в некоторых отношениях с прототипом и служит средством описания, объяснения, прогнозирования поведения прототипа.

Важнейшим качеством модели является то, что она даёт упрощённый образ, отражающий не все свойства прототипа, а только те, которые существенны для исследования.

Развитие понятия модели вышло за пределы математических моделей и стало относиться к любым знаниям и представлениям о мире. Поскольку модели играют чрезвычайно важную роль в организации любой деятельности человека их можно разделить на познавательные (когницитивные) и прагматические, что соответствует делению целей на теоретические и практические.

Познавательная модель ориентирована на приближении модели к реальности, которую эта модель отображает. 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 с помощью изменения модели.

Прагматические модели являются средством управления, средством организации практических действий, способом представления образцово правильных действий или их результата, т.е. являются рабочим представлением целей. Поэтому при обнаружении расхождения между моделью и реальностью надо направить усилия на изменение реальности так, чтобы приблизить реальность к модели. Таким образом, прагматические модели носят нормативный характер, играют роль образца, под который подгоняется действительность.

Примерами: служат планы, кодексы законов, рабочие чертежи и т.д.

2. Статические и динамические модели

Для одних целей нам может понадобиться модель конкретного состояния объекта в определенный момент времени, своего рода «моментальная фотография» объекта. Такие модели называются статическими. Примером являются структурные модели систем.

В тех же случаях, когда возникает необходимость в отображении процесса изменения состояний, требуются динамические модели систем.

В распоряжении человека имеется два типа материалов для построения моделей - средства самого сознания и средства окружающею материального мира. Соответственно этому модели делятся на абстрактные (идеальные) и материальные.

К абстрактным моделям относятся языковые конструкции и математические модели. Математические модели обладают наибольшей точностью, но чтобы дойти до их использования в данной области, необходимо получить достаточное количество знаний.

Сложные системы характеризуются выполняемыми процессами, структурой и поведением во времени. Для адекватного моделирования этих аспектов в автоматизированных системах различают функциональные, информационные и поведенческие модели, пересекающиеся друг с другом.

ь Функциональная модель системы описывает совокупность выполняемых системой функций, характеризует морфологию системы (её построение) - состав функциональных подсистем, их взаимосвязи.

ь Информационная модель отражает отношения между элементами системы в виде структур данных (состав и взаимосвязи).

ь Поведенческая модель описывает информационные процессы (динамику функционирования), в ней фигурируют такие категории, как состояние системы, событие, переход из одного состояния в другое, условия перехода, последовательность событий.

3. Виды подобия моделей

Чтобы некоторая материальная конструкция могла быть моделью, т.е. замещала в каком-то отношении оригинал, между оригиналом и моделью должно быть установлено отношение подобия. Существуют разные способы установления такого подобия

1. Подобие, устанавливаемое в процессе создания модели - прямое подобие.

Пример: фотографии, масштабированные модели самолетов, кораблей, макеты зданий, выкройки, куклы и т.д.

Следует помнить, что как бы хороша ни была модель, она все-таки лишь заменитель оригинала, только в определенном отношении.

2. Второй тип подобия между моделью и оригиналом называется косвенным.

Косвенное подобие между оригиналом и моделью объективно существует в природе и обнаруживается в виде достаточной близости или совпадения их абстрактных математических моделей и вследствие этого широко используется в практике реального моделирования.

Пример: электромеханическая аналогия между маятником и электрическим контуром.

Роль моделей, обладающих косвенным подобием, очень велика и роль аналогий (моделей косвенного подобия) в науке и практике трудно переоценить. Аналоговые вычислительные машины позволяют найти решение почти всякого дифференциального уравнения, представляя собой, таким образом, модель, аналог процесса, описываемого этим уравнением. Использование электронных аналогов в практике определяется тем, что электрические сигналы легко измерить и зафиксировать, что дает известные преимущества модели.

3. Особый класс моделей составляют модели, подобие которых оригиналу не является ни прямым, ни косвенным, а устанавливается в результате соглашения.

Такое подобие называется условным. С моделями условного подобия приходится иметь дело очень часто, поскольку они являются способом материального воплощения абстрактных моделей.

Пример: деньги (модель стоимости), удостоверение личности (модель владельца), всевозможные сигналы (модели сообщения).

4. Адекватность моделей

Важнейшим требованием к модели является требование адекватности (соответствия) ее реальному объекту (процессу, системе и т.д.) относительно выбранного множества его характеристик и свойств.

Модель, с помощью которой успешно достигается поставленная цель, будем называть адекватной этой цепи. Адекватность означает, что требования полноты, точности и правильности (истинности) модели выполнены не вообще, а лишь в той мере, которая достаточна достижения поставленной цели.

В ряде случаев удается ввести меру адекватности некоторых целей, т.е. указать способ сравнения двух моделей по степени успешности достижения цели с их помощью. Если к тому же есть способ количественно выразить меру адекватности, то задача улучшения модели существенно облегчается. Именно в таких случаях можно количественно ставить, вопросы

ь об идентификации модели т.e. о нахождении в заданном классе моделей наиболее адекватной,

ь об исследовании чувствительности и устойчивости моделей т.e. зависимости меры адекватности модели от ее точности,

ь об адаптации моделей, т.е. подстройке параметров модели с целью повышения ее точности.

Всякая адекватность относительна и имеет свои границы применения.

Если в простых случаях бывает все ясно, то в сложных случаях неадекватность модели бывает не столь ясной. Применение неадекватной модели приводит либо к существенному искажению реального процесса или свойств (характеристик) изучаемого объекта, либо к изучению несуществующих явлений, процессов, свойств и характеристик. В последнем случае проверка адекватности не может осуществляться на чисто дедуктивном (логическом, умозрительном) уровне. Необходимо уточнение модели на основании информации из других источников.

Трудность оценки степени адекватности в общем случае возникает из-за неоднозначности и нечеткости самих критериев адекватности, а также из-за трудности выбора тех признаков, свойств и характеристик, по которым оценивается адекватность. Понятие адекватности является рациональным понятием, поэтому повышение ее степени также осуществляется на рациональном уровне. Следовательно, адекватность модели должна проверяться, контролироваться, уточняться в процессе исследования на частных примерах, аналогиях, экспериментах и т.д. В результате проверки адекватности выясняют, к чему приводят сделанные допущения: то ли к допустимой потере точности, то ли к потере качества. При проверке адекватности также можно обосновать законность применения принятых рабочих гипотез при решении рассматриваемой задачи или проблемы.

Таким образом, свойство адекватности является важнейшим требованием к модели, но разработка высокоточных и надежных методов проверки адекватности остается по-прежнему трудноразрешимой задачей.

5. Приближенность модели

Приближенность (приблизительность) отображение действительности с помощью моделей.

Приближенность модели характеризирует количественное различие между моделью и оригиналом. Можно ввести количественную меру приближенности путем сравнения, например, грубой модели с более точной эталонной (полной, идеальной) моделью или с реальной моделью. Приближенность модели к оригиналу неизбежна, существует объективно, так как модель как другой объект отражает лишь отдельные свойства оригинала. Поэтому степень приближенности (близости, точности) модели к оригиналу определяется постановкой задачи, целью моделирования. Погоня за повышением точности модели приводит к ее чрезмерному усложнению, а следовательно, к снижению ее практической ценности, т.е. возможности ее практического использования. Поэтому при моделировании сложных (человеко-машинных, организационных) систем точность и практический смысл несовместимы и исключают друг друга (принцип Л.А. Заде).

Причина противоречивости и несовместимости требований точности и практичности модели кроется в неопределенности и нечеткости знаний о самом оригинале: его поведении, его свойствах и характеристиках, о поведении окружающей среды, о мышлении и поведении человека, о механизмах формирования цели, путей и средствах ее достижения и т.д.

Приближенность модели не следует путать с адекватностью. Приближенность модели может быть очень высокой, но во всех случаях модель - это другой объект и различия неизбежны (единственной совершенной моделью любого объекта является сам объект). Величину, меру, степень приемлемости различия можно ввести, только соотнося его с целью моделирования.

Пример: некоторые подделки произведений искусства даже эксперты не могут отличить от оригинала, но все-таки это всего лишь подделка, и с точки зрения вложения капитала не представляет никакой ценности, хотя для любителей искусства ничем не отличается от оригинала.

Упрощение является сильным средством для выявления главных эффектов в исследуемом явлении: это видно на примере таких явлений физики, как идеальный газ, абсолютно упругое тело, математический маятник и абсолютно твердый рычаг.

Есть еще один, довольно загадочный, аспект упрощенности модели. Почему-то оказывается, что из двух моделей, одинаково хорошо описывающих систему, та модель, которая проще, ближе к истине.

Пример: Геоцентрическая модель Птоломея позволяла рассчитать движение планет, хотя и по очень громоздким формулам, с переплетением сложных циклов. Переход к гелиоцентрической модели Коперника значительно упростил расчеты. Древние говорили, что простота - печать истины.

Различие между моделью и оригиналом вызвано тем, что мы можем отображать реальность лишь в конечном числе отношений, конечными средствами; в результате упрощение и приближенность модели необходимы, неизбежны; но замечательное свойство мира и нас самих состоит в том, что этого достаточно для человеческой практики.

Вывод

Главная ценность моделей как формы знаний состоит в том, что они содержат объективную истину, т.е. в чем-то правильно отображают моделируемое. Однако кроме безусловно истинного содержания в модели имеется и условно-истинное (т.е. верное лишь при определенных условиях), и предположительно-истинное (т.е. условно-истинное при неизвестных условиях), а следовательно, и ложное. При этом в каждых конкретных условиях неизвестно точно, каково же фактическое соотношение истинного и ложного в данной модели. Ответ на этот вопрос дает только практика. Однако в любом случае модель принципиально беднее оригинала, это ее фундаментальное свойство.

Особенно велико значение моделирования в системах, где натурные эксперименты не возможны по целому ряду причин: сложность, большие материальные затраты, уникальность, длительность эксперимента.

Можно выделить три основных области применения моделей: обучение, научные исследования, управление. При обучении с помощью моделей достигается высокая наглядность отображения различных объектов и облегчается передача данных о них. Это в основном модели, позволяющие описать и объяснить систему. В научных исследованиях модели служат средством получения, фиксирования и упрощения новой информации, обеспечивая развития теории и практики. В управлении модели используются для обоснования решений. Такие модели обеспечивают как описание, так и объяснение и предсказание поведения систем.

Литература

оригинал модель заместитель знание

1. Альтшулер Г.С. Найти идею. - Новосибирск: Наука, 1986.

2. Жаблон К., Симон Ж.-К. Применение ЭВМ для численного моделирования в физике. - М.: Наука, 1983.

3. Неуймин Я.Г. Модели в науке и технике. - Л.: Наука, 1984.

4. Розенблют А., Винер Н. Роль моделей в науке - В кн.:Неуймин Я.Г.

5. Модели в науке и технике. - Л.: Наука, 1984.

6. Хагер Н. Этапы формирования моделей. - В сб.: Эксперимент. Модель.

7. Теория. - М. - Берлин: Наука, 1982.

8. Штофф В.А. Моделирование и философия. - М. - Л.: Наука, 19

9. Ф.И. Перегудов, Ф.П. Тарасенко Основы системного анализа Ф.И. Перегудов, Ф.П. Тарасенко Основы системного анализа Томск-1997 ббк 22. 161 П27

10. Алексеев Е.Г., Богатырев С.Д. Информатика. Мультимедийный электронный учебник

Размещено на Allbest.ru