Способы воплощения моделей

Лекция 3. Воплощение моделей
Способы воплощения моделей
На предыдущей лекции мы рассмотрели понятие модель и выяснили.,
что модели играют важную роль в деятельности человека, а на создание
модели влияет цель, для которой она создается. То есть модель является
отображением какого-либо исследуемого объекта. Сегодня мы рассмотри на
чем осуществляется такое отображение, то есть из чего строятся модели.
Так как мы рассматриваем модели, созданные непосредственно
человеком, то в его распоряжении есть два типа материалов для построения
моделей – средства самого сознания и средства окружающего материального
мира. Соответственно этому, модели делятся на абстрактные (идеальные) и
материальные (реальные, то есть вещественные).
Абстрактные модели и роль языков
Абстрактные модели являются идеальными конструкциями,
построенными средствами мышления. Очевидно, что к абстрактным
моделям относят языковые конструкции, то есть модели построенные
средствами естественного языка. На естественном языке мы можем говорить
обо всем, поэтому он является универсальным средством построения любых
абстрактных моделей. Но неоднозначность и расплывчатость естественного
языка может мешать в некоторых видах деятельности. В этом случае
создаются и используются более точные профессиональные языки
(программирование).
Материальные модели и виды подобия
Чтобы некоторая материальная конструкция могла быть отображением,
то есть замещала бы в каком-то отношении оригинал, между оригиналом и
моделью должно быть установлено отношение похожести (подобия).
Существующие виды подобия:
1. Прямое подобие – устанавливается в результате физического
взаимодействия в процессе создания моделей (фотография,
масштабируемые модели самолетов, кораблей, а также куклы,
макеты зданий и т.п.). Прямое подобие может быть иногда
отдаленным сходством, но только при прямом подобии возможна
взаимозаменяемость модели и оригинала (копии картин,
голографические изображения предметов). Но как бы хороша ни
была модель, она лишь заменитель оригинала. Даже тогда, когда
модель сделана из того же материала, что и оригинал, возникают
проблемы переноса результатов моделирования на оригинал.
Например, при испытании масштабируемой копии корабля не
всегда возможно восстановить все условия реально плавания.
1
2. Косвенное подобие – устанавливается не в результате физического
взаимодействия модели и объекта, а объективно существует в
природе. Обнаруживается в виде совпадения или достаточной
близости их абстрактных моделей. После этого используется в
практике реального моделирования. Например, часы – аналог
времени, подопытные животные у медиков – аналог человеческого
организма, автопилот – аналог летчика. Цель моделирования
диктует какие стороны оригинала должны быть отражены в модели.
Различным целям соответствуют различные модели одного и того
же объекта.
3. Условное подобие – особый класс реальных моделей, этот класс
образуют модели, подобие которых оригиналу не является ни
прямым, ни косвенным, а устанавливается в результате соглашения
(деньги – модель стоимости, паспорт – модель личности, карты –
модель местности).
С моделями условного типа человеку приходится иметь дело
достаточно часто, так как они являются способом материального,
вещественного воплощения абстрактных моделей.
К условным моделям
подразделяются на два вида:
относят
знаковые
модели,
которые
1. Модели уловного подобия, применяющиеся в технических устройствах
без участия человека – это сигналы (радиотехника).
2. Модели условного подобия, применяющиеся в науках, которые
изучают создание и использование этих моделей самим человеком. В
результате этого изучения возникла новая область знаний, называемая
семиотика (от греч. знак). Семиотика изучает знаки не в отдельности, а
как части, входящие в единую знаковую систему, в которой выделено
три основные группы отношений:
 Синтаксис (греч. построение, порядок) – отношение между
различными знаками, позволяющее отличать их и строить из них
знаковые конструкции все более высокой сложности.
 Семантика (греч. обозначение) – отношение между знаками и
тем, что они обозначают, то есть, ложен ли изначально смысл
знаков.
 Прагматика (греч. действие) – отношение между знаками и теми,
кто использует их в своей деятельности, то есть понятный,
воспринимаемый смысл знаков. Модель условного подобия
должна строиться с учетом особенностей человека, который
является ее потребителем.
Вывод: модели значительно облегчают понимание системы,
позволяют проводить исследование в абстрактном плане, прогнозировать
2
поведение реальной системы. Основное преимущество и назначение модели
заключается в том, что в ней сконцентрированы важные факторы
реальной системы, которая подлежит изучению в конкретном
исследовании.
Условия реализации свойств модели
Для того чтобы модель отвечала своему назначению необходимо,
чтобы существовали условия, обеспечивающие ее функционирование.
Отсутствие (или недостаточность) таких условий лишает модель ее
модельных свойств.
Например: бумажные денежные знаки могут играть роль модели
стоимости до тех пор, пока в среде их обращения существуют правовые
нормы и финансовые учреждения, поддерживающие функционирование
именно этого типа денежных знаков.
Для реализации своих модельных функции необходимо, чтобы модель
была согласована с культурной средой, в которой ей предстоит
функционировать. А также входила в эту среду как ее естественная часть.
Важным аспектом такой согласованности является обеспеченность
функционирования модели ресурсами. Рассмотрение этого аспекта дает
возможность четкого различения между теми системами, которые можно
назвать большими и теми, которые можно назвать сложными.
Особый аспект необходимости согласованности модели со средой
состоит в обеспечении операционности модели, то есть ее работы,
реализации самого процесса моделирования. Это означает, что в модели
должны быть предусмотрены не только «стыковочные узлы» (интерфейсы)
со средой, но и в самой среде должны быть реализованы подсистемы, другие
модели и алгоритмы, обеспечивающие функционирование моделей: то есть
не только модель должна приспосабливаться к среде, но и среда к модели.
Типы моделей систем
В зависимости от поставленной задачи, способа создания модели и
предметной области различают следующие типы моделей:
1) Модель поведения «черный ящик»
В этой модели задаются, фиксируются и перечисляются только
входные и выходные связи модели со средой.
выходные связи
входные связи
система
Это простая модель отражает два основных свойства системы:
3
 Целостность системы
 Обособленность от окружающей среды
Любая система связана со средой и с помощью этих связей
воздействует на среду.
Выходы системы – это есть цели, которые хотелось бы достигнуть.
Система является средством достижения цели, то есть существуют способы
воздействия на нее. Это такие связи со средой, которые направлены извне – в
систему. Пример: телевизор (входы – шнур электропитания, антенна; выходы
– экран и колонки).
Но построение модели «черный ящик» не является простой,
тривиальной задачей, так как достаточно сложно выявить, сколько и какие
именно входы и выходы следует включать в модель. На это влияют
определенные факты.
Множественность входов и выходов модели «черный ящик»
Главной причиной множества входов и выходов модели «черный
ящик»
является то, что окружающая среда множеством разных способов
взаимодействует с реальной системой и наоборот.
При построении модели из бесчисленного количества всех множеств и
связей отбирается их конечное число для изучения на входе и выходе
системы. Критерием такого отбора является целевое назначение модели. То,
что существенно, важно включается в модель, то, что несущественно
исключается. Особое значение этот момент имеет при задании цели системы,
то есть при определении ее выходов. Это приводит к описанию
существующей системы по результатам ее обследований.
Очевидно, что с помощью модели «черный ящик» не возможно решить
вопросы, касающиеся внутреннего устройства системы. Для этого
необходимы более сложные, более детальные модели. Такой моделью
является модель состава.
2) Модель состава
Эта модель представляет собой перечень всех элементов, входящих в
систему и имеющих большое значение для существования системы. Пример:
системный блок.
При рассмотрении любой системы прежде всего обнаруживается то,
что ее целостность и обособленность рассматривается как внешнее свойство.
Внутренность данной системы оказывается неоднородной, это позволяет
лучше изучить ее части.
Части системы, которые мы рассматриваем как неделимые называются
элементами. Части, состоящие из одного и более элементов, называются
подсистемами.
входные связи
выходные связи
Э
То есть мы, опять, рассматриваем
модель, как систему, у которой есть входные
4
система
Сложность построение модели состава:
Главная трудность заключается в том, что разделение целостной
системы на части является относительным, условным и зависящим от цели
моделирования. То, что с одной точки зрения является элементом, с другой –
оказывается подсистемой, которая подлежит дальнейшему разделению.
Также, например предприятие, с точки зрения, директора, бухгалтера или
пожарной охраны, будет состоять из разных подсистем.
Но для некоторых моделей недостаточно понять входные и выходные
связи, а также определить состав системы, важно отобразить взаимосвязь
этих элементов, то есть их отношения.
3) Модель отношений
Эта модель включает в себя перечень соединений между основными
компонентами системы, влияющими на жизнедеятельность данной системы.
Из всех отношений важными являются лишь некоторые. В модель системы
включено только конечное число связей.
входные связи
выходные связи
Э
система
Сложность построение модели отношений:
Отношения между элементами могут быть самыми разнообразными,
поэтому трудность состоит в том, что мы знаем не все реально
существующие отношения и вообще не известно является ли конечным их
число.
Рассмотрим типы моделей на примере системы электронной почты:
Комп 1
кодеры
демодулятор
отправил
модулятор
декодер
транспортировка
Комп 2
В данной системе модель состава можно трактовать, как перечень всех
технических устройств, отвечающих за передачу электронной почты.
Модель отношений в этой системе представляет перечень соединений
между устройствами и факторов, влияющих на передачу информации в
соединениях.
Вывод:
разработанная
модель
свидетельствует,
что
работоспособность электронной почты зависит от метода кодирования и
декодирования, от точности модуляции и демодуляции, а также от типа
канала транспортировки информации.
5