Modellering - studiet af vidensobjekter på deres modeller ; konstruktion og undersøgelse af modeller af virkelige objekter, processer eller fænomener for at opnå forklaringer på disse fænomener, samt forudsige fænomener af interesse for forskere.
På grund af tvetydigheden af begrebet "model" er der i videnskab og teknologi ingen enkelt klassificering af modelleringstyper: klassificering kan udføres i henhold til modellernes art, arten af de objekter, der modelleres, og områderne anvendelse af modellering (i ingeniørvidenskab , fysiske videnskaber , kybernetik osv.).
I øjeblikket skelnes der i henhold til modelleringsteknologien og omfanget af følgende hovedtyper af modellering:
og osv.
Modelleringsprocessen omfatter tre elementer:
Den første fase af opbygningen af en model forudsætter en vis viden om det oprindelige objekt. Modellens kognitive evner bestemmes af det faktum, at modellen viser (gengiver, imiterer ) alle væsentlige træk ved det oprindelige objekt. Spørgsmålet om den nødvendige og tilstrækkelige grad af lighed mellem originalen og modellen kræver en konkret analyse. Det er klart, at modellen mister sin betydning både i tilfælde af identitet med originalen (så ophører den med at være en model), og i tilfælde af en alt for stor forskel fra originalen i alle væsentlige henseender. Studiet af nogle aspekter af det modellerede objekt udføres således på bekostning af at nægte at studere andre aspekter. Derfor erstatter enhver model kun originalen i en strengt begrænset forstand. Det følger heraf, at flere "specialiserede" modeller kan bygges til et objekt, der fokuserer opmærksomheden på visse aspekter af det undersøgte objekt eller karakteriserer objektet med varierende detaljeringsgrad.
På anden fase fungerer modellen som et selvstændigt undersøgelsesobjekt. En af formerne for en sådan undersøgelse er udførelse af "model" -eksperimenter , hvor betingelserne for modellens funktion ændres bevidst, og data om dens "adfærd" systematiseres. Slutresultatet af denne fase er et sæt (sæt) af viden om modellen.
På det tredje trin udføres overførslen af viden fra modellen til originalen - dannelsen af et sæt viden. Samtidig sker der en overgang fra modellens "sprog" til originalens "sprog". Processen med at overføre viden udføres i henhold til visse regler. Viden om modellen skal korrigeres under hensyntagen til de egenskaber ved det oprindelige objekt, som ikke blev reflekteret eller blev ændret under opbygningen af modellen.
Den fjerde fase er den praktiske verifikation af den viden, der er opnået ved hjælp af modeller og deres anvendelse til at opbygge en generel teori om objektet, dets transformation eller kontrol.
Modellering er en cyklisk proces . Det betyder, at den første fire-trins cyklus kan efterfølges af den anden, tredje osv. Samtidig udvides og forfines viden om det undersøgte objekt, og den oprindelige model forbedres gradvist. Mangler fundet efter den første modelleringscyklus på grund af ringe kendskab til objektet eller fejl i konstruktionen af modellen kan korrigeres i efterfølgende cyklusser.
Nu er det svært at angive området for menneskelig aktivitet, hvor modellering ikke ville blive anvendt. For eksempel er der udviklet modeller til produktion af biler, dyrkning af hvede, funktionen af individuelle menneskelige organer, livet i Azovhavet , konsekvenserne af en atomkrig . I fremtiden, for hvert system, kan deres egne modeller oprettes, før implementeringen af hvert teknisk eller organisatorisk projekt, bør modellering udføres.
Modeller bruges typisk, når det ikke er muligt eller praktisk at skabe eksperimentelle forhold, hvorunder forskere direkte kan måle resultater. Direkte måling af resultater under kontrollerede forhold (se Videnskabelig metode ) vil altid være mere pålidelig end simulerede estimater af resultater.
I modellering og simulering er en model en målrettet forenkling og abstraktion af virkelighedsopfattelsen på grund af fysiske og kognitive begrænsninger. [1] Modellering er opgavedrevet, fordi modellen har til formål at løse bestemte givne spørgsmål eller problemer.
Forenklinger har til formål at udelade alle kendte og observerbare enheder og deres relationer, som ikke er vigtige for det pågældende problem. Abstraktion samler information, der er vigtig, men ikke nødvendig, i samme detalje som genstanden for undersøgelsen. Begge handlinger, forenkling og abstraktion, udføres målrettet. De er dog lavet på baggrund af virkelighedsopfattelsen. Denne opfattelse er allerede en model i sig selv, da den er forbundet med fysiske begrænsninger.
Der er også grænser for, hvad vi formelt kan observere med vores nuværende værktøjer og metoder, samt kognitive barrierer, der begrænser, hvad vi kan forklare med eksisterende videnskabelige teorier. En sådan model omfatter entiteter, deres adfærd og deres formelle relationer og omtales ofte som en konceptuel model. For at skabe en sådan model skal den implementeres gennem computersimulering. Dette kræver en stor prøve gennem en applikation såsom numerisk tilnærmelse eller brug af heuristik . [2] På trods af alle disse epistemologiske og beregningsmæssige begrænsninger er simulering blevet anerkendt som en af de tre nøglekomponenter i videnskabelige metoder: teoriopbygning, modellering og eksperimentering. [3]
Simulering (synonym med simuleringsmodellering) er en kompleks proces med modeladfærd under givne modelleringsbetingelser. En statisk simulering giver information om et system på et givet tidspunkt (normalt ved ligevægt, hvis en sådan tilstand eksisterer). Dynamisk simulering giver information over tid. Simulering bringer modellen til live og viser, hvordan et bestemt objekt eller fænomen vil opføre sig. Simulering kan være nyttig til test, analyse eller læring, når objekter eller koncepter i den virkelige verden kan repræsenteres som modeller [4] .
Struktur er et grundlæggende, men ofte uhåndgribeligt begreb, der inkluderer genkendelse, observation, genese , bevarelsen af konstanten af mønstre og relationer mellem modellerede entiteter. Fra et barns verbale beskrivelse af et snefnug til en detaljeret videnskabelig analyse af magnetfelternes egenskaber er begrebet struktur grundlaget for næsten enhver måde at udforske og opdage på inden for videnskab , filosofi og kunst . [5]
Et system er et sæt af interagerende eller indbyrdes afhængige enheder, reelle eller abstrakte, som danner en integreret helhed. Generelt er et system en konstruktion eller et sæt af forskellige elementer, der tilsammen kan føre til resultater, som ikke kan opnås af elementerne selv. [6] Begrebet en "integreret helhed" kan også formuleres i termer af et system, der inkarnerer et sæt af relationer, der er adskilt fra mængdens relationer til andre elementer og fra relationerne mellem et element i mængden og elementer. som ikke er en del af den relationelle tilstand. Der er to typer systemmodeller: 1) diskrete, hvor variabler ændres øjeblikkeligt på separate tidspunkter, og 2) kontinuerlige, når tilstandsvariabler ændres kontinuerligt over tid. [7]
Modellering er processen med at skabe en model som en konceptuel repræsentation af et eller andet fænomen. Typisk vil en model kun beskæftige sig med nogle aspekter af det undersøgte fænomen, og to modeller af det samme fænomen kan afvige væsentligt, det vil sige, at forskellene mellem dem ikke kun vil være i den simple omdøbning af deres bestanddele.
Sådanne forskelle kan skyldes forskellige krav fra slutbrugerne af en given model eller konceptuelle eller æstetiske særpræferencer hos modellens skabere og deres beslutninger taget under modelleringsprocessen. Designeres overvejelser, der kan påvirke designet af modellen, kan ligge inden for området personlige faglige præferencer for eksempelvis brugen af en reduceret ontologi, eller præferencer vedrørende brugen af statistiske modeller kontra deterministiske, diskrete versus kontinuerlige. osv. Under alle omstændigheder er brugere af modellen nødt til at forstå de antagelser, der er lavet af skaberne, der styrer brugen af modellen.
Abstraktion er påkrævet for at bygge en model. Antagelser bruges i modelleringen for at angive modellens omfang. For eksempel tager den særlige relativitetsteori en inerti-referenceramme. Denne antagelse blev kontekstualiseret og yderligere forklaret af generel relativitetsteori. Modellen laver nøjagtige forudsigelser, når dens antagelser er gyldige og er mere tilbøjelige til at undlade at lave præcise forudsigelser, når dens antagelser ikke er opfyldt. Sådanne antagelser falder ofte sammen med det øjeblik, hvor gamle teorier erstattes af nye (i øvrigt fungerer den generelle relativitetsteori også i ikke-inertielle referencerammer).
Modellen vurderes primært på dens overensstemmelse med empiri; enhver model, der ikke er i overensstemmelse med reproducerbare observationer, bør ændres eller afvises. En måde at ændre modellen på er at begrænse omfanget, hvorunder den matcher observationer med en høj grad af tillid. For eksempel, newtonsk fysik, som er meget nyttig, bortset fra meget små, meget hurtige og meget massive fænomener i verden. Tilpasning med empiri alene er dog ikke nok til, at modellen kan accepteres som gyldig. Andre faktorer, der er vigtige ved evaluering af en model, omfatter:
Baseret på ovenstående kriterier kan brugeren af modellen forsøge at kvantificere den ved hjælp af hjælpefunktionen og selv bestemme prioriteten (vægten) af variablerne.
Visualisering er enhver måde at skabe billeder, diagrammer eller animationer til en kommunikationsmeddelelse. Visualisering med billeder har været en effektiv måde at kommunikere både abstrakte og konkrete idémæssige enheder på siden begyndelsen af menneskehedens historie - hulemalerier, egyptiske hieroglyffer , græsk geometri og Leonardo da Vincis revolutionære metoder til teknisk oversættelse til tekniske og videnskabelige opgaver.
Spatial mapping refererer til en metodologi, der bruger en "kvasi-global" teknik til at forbinde ledsagende "grove" (ideal eller low fidelity) til "high fidelity" (praktisk eller high fidelity) modeller af varierende kompleksitet. Ved ingeniøroptimering justerer (viser) mapping en grov model meget hurtigt med dens tilhørende dyre beregningsmæssige high-fidelity-model for at undgå direkte kostbar optimering af en sådan model. Kortlægningsprocessen forfiner iterativt den grove model (surrogatmodellen) ved at sammenligne den med den højpræcisionsmodel.
| Visualisering af teknisk information | |
|---|---|
| Områder |
|
| Billedtyper _ |
|
| Personligheder |
|
| Beslægtede områder |
|