Процес на моделиране

Процесът на моделиране може да се представи като преход от модели от един клас към друг. Условно се разграничават три големи класа модели: когнитивни, съдържателни и формални модели. Те съставляват три взаимосвързани нива на моделиране, които не могат да се разглеждат изолирано едно от друго. Взаимното влияние на нивата на моделиране е свързано със свойството на потенциалност на моделите. Създаването на всеки модел е съпроводено с появата на нови знания за изследвания обект, което води до преосмисляне и уточняване на концепциите и възгледите за обекта на моделиране на различните нива. Това обстоятелство от своя страна води до преразглеждане на съответните съдържателни и когнитивни модели, осигурявайки спирално развитие на всички нива на моделиране на изследвания обект.

Когнитивни и съдържателни модели

При наблюдение на обекта-оригинал в съзнанието на изследователя се формира определен мисловен образ на обекта — неговият идеален модел, който в научната литература е прието да се нарича когнитивен (мисловен, способстващ познанието). Формирайки такъв модел, изследователят като правило се стреми да отговори на конкретни въпроси, поради което от безкрайно сложното устройство на обекта се отстранява всичко излишно с цел получаване на по-компактно и лаконично описание. Представянето на когнитивния модел на естествен език се нарича съдържателен модел.

Когнитивните модели са субективни, тъй като се формират от изследователя умозрително въз основа на всичките му предишни знания и опит. Представа за когнитивния модел може да се получи само като се опише в знакова форма. Не може да се твърди, че когнитивните и съдържателните модели са еквивалентни, тъй като първите могат да съдържат елементи, които изследователят не е в състояние или не желае да формулира. В същото време, ако съдържателният модел е формулиран от някой друг или е продукт на колективно творчество, то неговата интерпретация, нивото на разбиране и степента на доверие могат съществено да се изменят в зависимост от конкретния интерпретатор. Съдържателният модел често се нарича техническа постановка на проблема.

По функционален признак и цели съдържателните модели се подразделят на описателни, обяснителни и прогностични:

• Описателен модел може да се нарече всяко описание на обект.
• Обяснителният модел позволява да се отговори на въпроса защо нещо се случва.
• Прогностичният модел трябва да описва бъдещото поведение на обекта. Може да се отбележи, че прогностичният модел не е задължен да включва в себе си обяснителния.

Концептуални модели

Концептуален модел е прието да се нарича съдържателен модел, при чиято формулировка се използват понятия и представи от предметните области на знанието, занимаващи се с изучаването на обекта на моделиране.

В по-широк смисъл под концептуален модел се разбира съдържателен модел, базиращ се на определена концепция или гледна точка. Разграничават се три вида концептуални модели: логико-семантични, структурно-функционални и причинно-следствени.

• Логико-семантичният модел представлява описание на обекта в термините и определенията на съответните предметни области на знанието, включващо всички известни логически непротиворечиви твърдения и факти. Анализът на такива модели се осъществява чрез средствата на логиката с привличане на знанията, натрупани в съответните предметни области.
• При изграждането на структурно-функционален модел обектът обикновено се разглежда като цялостна система, която се разчленява на отделни елементи или подсистеми. Частите на системата се свързват чрез структурни отношения, описващи подчиненост, логическа и времева последователност при решаването на отделни задачи. За представянето на подобни модели са удобни различни видове схеми, карти и диаграми.
• Причинно-следственият модел често се използва за обяснение и прогнозиране на поведението на обекта. Тези модели са ориентирани основно към следното: 1) разкриване на главните взаимовръзки между съставните елементи на изучавания обект; 2) определяне на това как изменението на едни фактори влияе върху състоянието на компонентите на модела; 3) разбиране на това как като цяло ще функционира моделът и дали той ще описва адекватно динамиката на интересуващите изследователя параметри.

Формални модели

Формалният модел представлява представяне на концептуалния модел с помощта на един или няколко формални езика (например езици на математическите теории, специални езици за моделиране или алгоритмични езици). В хуманитарните науки процесът на моделиране в много случаи завършва със създаването на концептуален модел на обекта. В естествонаучните дисциплини като правило е възможно да се изгради формален модел.

Ако значението на съдържателните и формалните модели за процеса на познание се осъзнава повече или по-малко от изследователите, то ролята на когнитивните модели често се подценява. Това е свързано със субективността на такива модели и скритостта на мисловния процес. Съществуват обаче обекти и процеси, за които ролята на когнитивните модели е особено голяма. Например операторът или лицето, вземащо решения, осъществява управление на обект или процес главно въз основа на собствените си когнитивни модели. Значителна е ролята на този тип модели и в социалните науки.

Математическото моделиране е идеално научно знаково формално моделиране, при което описанието на обекта се осъществява на езика на математиката, а изследването на модела се провежда с използването на различни математически методи.

Всеки математически модел, предназначен за научни изследвания, позволява по зададени изходни данни да се намерят стойностите на интересуващите изследователя параметри на моделирания обект или явление. Поради това може да се предположи, че същността на всеки такъв модел се състои в изображението на дадено множество от стойности на входните параметри върху множеството от стойности на изходните параметри. Това обстоятелство позволява да се разглежда математическият модел като определен математически оператор. Понятието за оператор може да се тълкува достатъчно широко. Това може да бъде както някаква функция, свързваща входните и изходните стойности, така и изображение, представляващо символичен запис на система от алгебрични, диференциални, интегро-диференциални или интегрални уравнения. Това може да бъде и определен алгоритъм, съвкупност от правила или таблици, осигуряващи намирането (или установяването) на изходните параметри по зададените начални стойности.

Определянето на математическия модел чрез понятието за оператор е по-конструктивно от гледна точка на изграждане на класификация на такива модели, тъй като обхваща цялото многообразие на наличните в момента математически модели.

Предимства на математическото моделиране в сравнение с натурния експеримент:

• икономичност (в частност, спестяване на ресурсите на реалната система);
• възможност за моделиране на хипотетични, тоест нереализирани в природата обекти;
• възможност за реализиране на режими, опасни или трудновъзпроизводими в натура;
• възможност за изменение на мащаба на времето;
• простота на многоаспектния анализ;
• по-голяма прогностична сила вследствие на възможността за разкриване на общи закономерности;
• универсалност на техническото и програмното осигуряване на провежданата работа (системи за програмиране и пакети от приложни програми с широко предназначение).

Информационният модел е модел на обект, представен под формата на информация, описваща съществените за дадено разглеждане параметри и променливи величини на обекта, връзките между тях, входовете и изходите на обекта, и позволяващ чрез подаване към модела на информация за изменението на входните величини да се моделират възможните състояния на обекта.