Modeling process — عملية النمذجة

يمكن تصور عملية النمذجة على أنها انتقال من نماذج من فئة إلى أخرى. اصطلاحًا، يتم تمييز ثلاث فئات رئيسية من النماذج: النماذج المعرفية، والنماذج المضمونية، والنماذج الصورية. تشكل هذه الفئات ثلاثة مستويات مترابطة للنمذجة لا يمكن النظر إليها بمعزل عن بعضها البعض. يرتبط التأثير المتبادل بين مستويات النمذجة بخاصية الإمكانات الكامنة في النماذج. إن إنشاء أي نموذج يرتبط بظهور معارف جديدة حول الكائن قيد الدراسة، مما يؤدي إلى إعادة تقييم وتدقيق المفاهيم ووجهات النظر حول كائن النمذجة على مستويات مختلفة. وهذا بدوره يؤدي إلى مراجعة النماذج المضمونية والمعرفية ذات الصلة، مما يضمن تطورًا حلزونيًا لجميع مستويات نمذجة الكائن المدروس.

النماذج المعرفية والمضمونية

عند مراقبة الكائن الأصلي، تتشكل في ذهن الباحث صورة ذهنية معينة للكائن، وهي نموذجه المثالي، والتي يُطلق عليها في الأدبيات العلمية اسم النموذج المعرفي (الذهني، الذي يساهم في الإدراك). عند تكوين مثل هذا النموذج، يسعى الباحث عادةً للإجابة على أسئلة محددة، لذلك يتم استبعاد كل ما هو غير ضروري من البنية المعقدة للكائن بهدف الحصول على وصف أكثر إيجازًا واختصارًا له. يُطلق على تمثيل النموذج المعرفي بلغة طبيعية اسم النموذج المضموني.

النماذج المعرفية ذاتية (subjective)، لأنها تتشكل في ذهن الباحث بشكل تأملي بناءً على كل معارفه وخبراته السابقة. لا يمكن الحصول على فكرة عن النموذج المعرفي إلا بوصفه في شكل رمزي. لا يمكن القول بأن النماذج المعرفية والمضمونية متكافئة، حيث أن الأولى قد تحتوي على عناصر لا يستطيع الباحث صياغتها أو لا يرغب في ذلك. في الوقت نفسه، إذا تمت صياغة النموذج المضموني من قبل شخص آخر أو كان نتاج عمل جماعي، فإن تفسيره ومستوى فهمه ودرجة الثقة فيه يمكن أن تتغير بشكل كبير اعتمادًا على المفسّر. غالبًا ما يُطلق على النموذج المضموني اسم الصياغة الفنية للمشكلة.

بناءً على السمة الوظيفية والأهداف، تنقسم النماذج المضمونية إلى وصفية وتفسيرية وتنبؤية:

• يمكن تسمية أي وصف للكائن نموذجًا وصفيًا.
• يسمح النموذج التفسيري بالإجابة على سؤال لماذا يحدث شيء ما.
• يجب أن يصف النموذج التنبؤي السلوك المستقبلي للكائن. تجدر الإشارة إلى أن النموذج التنبؤي لا يشترط أن يتضمن نموذجًا تفسيريًا.

النماذج المفاهيمية

يُطلق اسم النموذج المفاهيمي على النموذج المضموني الذي تُستخدم في صياغته مفاهيم وتصورات من مجالات المعرفة المتخصصة التي تدرس كائن النمذجة.

بمعنى أوسع، يُقصد بالنموذج المفاهيمي نموذج مضموني يستند إلى مفهوم معين أو وجهة نظر محددة. يتم تمييز ثلاثة أنواع من النماذج المفاهيمية: المنطقية-الدلالية، والهيكلية-الوظيفية، والسببية-النتيجة.

• النموذج المنطقي-الدلالي هو وصف للكائن بمصطلحات وتعاريف مجالات المعرفة ذات الصلة، ويتضمن جميع العبارات والحقائق المعروفة وغير المتناقضة منطقيًا. يتم تحليل هذه النماذج بوسائل المنطق مع الاستعانة بالمعرفة المتراكمة في مجالات المعرفة المعنية.
• عند بناء النموذج الهيكلي-الوظيفي، يُنظر إلى الكائن عادةً كنظام متكامل يتم تقسيمه إلى عناصر أو أنظمة فرعية منفصلة. ترتبط أجزاء النظام بعلاقات هيكلية تصف التبعية والتسلسل المنطقي والزمني لحل المهام الفردية. لتمثيل مثل هذه النماذج، من الملائم استخدام أنواع مختلفة من المخططات والخرائط والرسوم البيانية.
• غالبًا ما يُستخدم النموذج السببي-النتيجة لشرح سلوك الكائن والتنبؤ به. تهدف هذه النماذج بشكل أساسي إلى ما يلي: 1) تحديد العلاقات المتبادلة الرئيسية بين العناصر المكونة للكائن المدروس؛ 2) تحديد كيفية تأثير تغيير بعض العوامل على حالة مكونات النموذج؛ 3) فهم كيفية عمل النموذج ككل وما إذا كان سيصف بشكل كافٍ ديناميكيات المعلمات التي تهم الباحث.

النماذج الصورية

النموذج الصوري هو تمثيل للنموذج المفاهيمي باستخدام لغة صورية واحدة أو أكثر (على سبيل المثال، لغات النظريات الرياضية، أو لغات النمذجة الخاصة، أو اللغات الخوارزمية). في العلوم الإنسانية، تنتهي عملية النمذجة في كثير من الحالات بإنشاء نموذج مفاهيمي للكائن. أما في تخصصات العلوم الطبيعية، فغالبًا ما يكون من الممكن بناء نموذج صوري.

إذا كانت قيمة النماذج المضمونية والصورية في عملية الإدراك واضحة إلى حد ما للباحثين، فغالبًا ما يتم التقليل من أهمية دور النماذج المعرفية. ويرجع ذلك إلى الطبيعة الذاتية لهذه النماذج وخفاء عملية التفكير. ومع ذلك، هناك كائنات وعمليات يكون فيها دور النماذج المعرفية كبيرًا بشكل خاص. على سبيل المثال، يقوم المشغل أو صانع القرار بإدارة كائن أو عملية بشكل أساسي بناءً على نماذجه المعرفية الخاصة. كما أن دور هذا النوع من النماذج كبير في العلوم الاجتماعية.

النمذجة الرياضية هي نمذجة علمية رمزية صورية مثالية، يتم فيها وصف الكائن بلغة الرياضيات، وتُجرى دراسة النموذج باستخدام أساليب رياضية متنوعة.

أي نموذج رياضي مخصص للبحث العلمي يسمح، بناءً على البيانات الأولية المحددة، بإيجاد قيم المعلمات التي تهم الباحث في الكائن أو الظاهرة المُنَمذَجة. لذلك، يمكن افتراض أن جوهر أي نموذج من هذا القبيل يكمن في تحويل مجموعة محددة من قيم المدخلات إلى مجموعة من قيم المخرجات. هذا الظرف يسمح بالنظر إلى النموذج الرياضي على أنه مؤثر رياضي (mathematical operator) معين. يمكن تفسير مفهوم المؤثر على نطاق واسع جدًا. قد يكون دالة تربط بين قيم المدخلات والمخرجات، أو قد يكون تمثيلًا يجسد الصيغة الرمزية لنظام من المعادلات الجبرية أو التفاضلية أو التكاملية التفاضلية أو التكاملية. وقد يكون خوارزمية معينة، أو مجموعة من القواعد أو الجداول التي تضمن إيجاد (أو تحديد) معلمات المخرجات بناءً على قيم المدخلات المحددة.

يُعد تعريف النموذج الرياضي من خلال مفهوم المؤثر أكثر بناءً من وجهة نظر تصنيف هذه النماذج، لأنه يشمل كل تنوع النماذج الرياضية الموجودة حاليًا.

مزايا النمذجة الرياضية مقارنة بالتجربة الواقعية:

• الاقتصادية (على وجه الخصوص، توفير موارد النظام الحقيقي).
• إمكانية نمذجة الكيانات الافتراضية، أي التي لم تتحقق في الطبيعة.
• إمكانية محاكاة الأوضاع الخطرة أو التي يصعب تكرارها في الواقع.
• إمكانية تغيير مقياس الزمن.
• بساطة التحليل متعدد الجوانب.
• قوة تنبؤية كبيرة ناتجة عن إمكانية الكشف عن الأنماط العامة.
• عالمية الأجهزة والبرامج المستخدمة في العمل (أنظمة البرمجة وحزم البرامج التطبيقية ذات الأغراض العامة).

نموذج المعلومات — هو نموذج لكائن، يتم تقديمه في شكل معلومات تصف المعلمات والمتغيرات الأساسية للكائن في سياق معين، والعلاقات بينها، ومدخلات ومخرجات الكائن، ويسمح بنمذجة الحالات المحتملة للكائن عن طريق إدخال معلومات حول التغييرات في متغيرات المدخلات إلى النموذج.