Примеры компьютерных моделей различных процессов

В настоящее время метод моделирования активно используется в различных сферах деятельности для решения широкого круга задач, что придает ему статус общенаучного метода познания. В широком смысле под моделированием принято понимать исследование каких-либо явлений, процессов или систем объектов путем построения и изучения их моделей.

Модель (от лат. modulus — мера, образец, норма) является способом организации практических действий, способом представления как бы образцово правильных действий и их результатов, т. е. является рабочим представлением, образом будущей системы. 

Модель обладает четырьмя характерными чертами: 

1.объективным соответствием с моделируемым объектом; 
2.способностью замещать познаваемый объект на определенных этапах познания; 
3.способностью в ходе исследования давать некоторую информацию, допускающую опытную проверку; 
4.наличием некоторых достаточно четких правил перехода от модельной информации (т. е. информации, полученной при изучении модели) к информации о самом моделируемом объекте. 

Для того чтобы создаваемая модель соответствовала своему назначению, недостаточно создать просто модель. Необходимо, чтобы она отвечала ряду требований, обеспечивающих ее функционирование. К таким требованиям относятся: 

1.Ингерентность, т. е. достаточная степень согласованности создаваемой модели со средой. Один из аспектов ингерентности состоит в том, что в ней должны быть предусмотрены не только «стыковочные узлы» со средой (интерфейсы), но и в самой среде должны быть созданы предпосылки, обеспечивающие функционирование будущей системы. 
2.Простота модели, так как в модели невозможно зафиксировать все многообразие реальной ситуации. 
3.Адекватность модели, которая означает возможность с ее помощью достичь поставленной цели проекта в соответствии с формулированными критериями. 

Процесс моделирования состоит из следующих этапов: 

1.Постановка задачи на моделирование объекта. Содержит: 
а)ясное изложение цели предполагаемого исследования; 
б)перечень зависимостей, подлежащих оценке по результатам моделирования; 
в)факторы, которые должны учитываться при построении математической модели процесса, включая численные значения известных характеристик и параметров процесса. 
2.Построение формализованной схемы. Основная цель этого этапа — дать точную математическую формулировку задачи исследования изучаемого объекта. К моменту ее постановки должна быть собрана вся необходимая информация о моделируемом объекте (процессе), для чего иногда необходимо провести дополнительные наблюдения и эксперименты, уточняющие исходные данные и оцениваемые зависимости. 
3.Построение компьютерной модели. На данном этапе осуществляется выбор программного обеспечения, с помощью которого исследователю будет проще вводить данные и получать результат. 
4.Проверка адекватности созданной модели поставленной задаче. Здесь, в частности, уточняется: удовлетворяют ли требованиям объективности, полноты и всесторонности проводимого исследования те признаки, которые были выделены как существенные с точки зрения задач моделирования; как они реализованы в модели; каков характер закономерностей, которые определяют сходство признаков модели и оригинала. 

При делении моделей по способу их реализации выделяют материальные и идеальные модели. 

Материальные модели функционируют по естественным законам своего природного бытия и в силу этого являются независимыми от деятельности человека. Роль человека заключается в изменении условий существования объекта, а далее изменения происходят независимо от деятельности человека. 

Идеальные модели существуют только в деятельности людей и функционируют по законам логики. Они объективны только по своему содержанию (как отражение закономерностей реальной действительности), но субъективны по своей форме и не могут существовать вне этой субъективной формы. 

Рассмотрим разновидности этого типа моделей: модели представления и знаковые модели. Знаковые модели хотя и представляют собой материальные, физические объекты, но функционируют они не по законам физического бытия. Существование данной модели невозможно без человека, без его деятельности.

Выделяют четыре подвида моделей-представлений: 

1.модель-представление воображаемых объектов; 
2.модель-представление реальных объектов; 
3.прогнозирующая модель-представление (о будущих событиях, процессах); 
4.описание (о настоящих процессах и явлениях).

Предварительным условием классификации модели по характеру воспроизведения сторон оригинала является выяснение типов тождества в плане содержательных характеристик. Тождество между моделью и оригиналом должно обязательно устанавливаться по некоторому существенному признаку (или совокупности признаков). К числу наиболее существенных признаков относится материал, из которого изготовлен объект, структура и способ функционирования. 
На основании этого выделяют субстанциональные, структурные, функциональные и структурно-функциональные модели. 

Субстанциональная модель строится так, чтобы ее субстрат (материал) по всем основным свойствам был идентичен субстрату оригинала, идентичен по физической природе. Способами создания субстанциональной модели являются: 

1.масштабная деформация системы-оригинала; 
2.включение некоторых элементов системы-оригинала в систему модели. 

Структурная модель имитирует внутреннюю организацию оригинала и представляет собой одну из сторон любой вещи. Модель, не изменяющая свои свойства во времени, характеризуется статической структурой. Динамическая структура модели отражает закономерные связи элементов системы как функционирующего и развивающегося целого. Динамическая структура как способ связи частей процесса сохраняет его во времени и пространстве, определяет его качественную специфику, делает его тем, что он есть. Различают три основных вида структурной модели организации данных: иерархическая, сетевая и реляционная.

Реляционная модель данных представляет собой набор таблиц, называемых отношениями. Отношения включают атрибуты и кортежи, составляющие соответственно столбцы и строки таблицы. Реляционная модель лежит в основе теории построения баз данных.
Модель сетевой структуры 

Под функциональной моделью понимается такая модель, которая имитирует способ поведения (функцию) оригинала. 
При ее построении следует выделить главную функцию объекта, а также основные и вспомогательные функции, обеспечивающие выполнение главной. 

В чистом виде структурные или функциональные модели встречаются очень редко. Обычно исследователь имеет дело со смешанными (структурно-функциональными) моделями. Выбор данного вида модели обусловлен рядом причин, чаще всего тем, что большинство возникающих в исследовании задач имеют комплексный, многолинейный характер.