Proceso de modelado

El proceso de modelado puede representarse como una transición de modelos de una clase a otra. Convencionalmente, se distinguen tres grandes clases de modelos: modelos cognitivos, de contenido y formales. Estos constituyen tres niveles interconectados de modelado que no pueden considerarse de forma aislada. La influencia mutua de los niveles de modelado está relacionada con la propiedad de potencialidad de los modelos. La creación de cualquier modelo conlleva la aparición de nuevos conocimientos sobre el objeto de estudio, lo que conduce a una reevaluación y refinamiento de los conceptos y perspectivas sobre el objeto de modelado en diferentes niveles. Esta circunstancia, a su vez, lleva a la revisión de los modelos de contenido y cognitivos correspondientes, asegurando un desarrollo en espiral de todos los niveles de modelado del objeto de estudio.

Modelos cognitivos y de contenido

Al observar el objeto original, en la mente del investigador se forma una imagen mental del objeto, su modelo ideal, que en la literatura científica se suele llamar cognitivo (mental, que contribuye al conocimiento). Al formar tal modelo, el investigador, por lo general, busca responder a preguntas específicas, por lo que se descarta todo lo innecesario de la estructura infinitamente compleja del objeto con el fin de obtener una descripción más compacta y concisa. La representación de un modelo cognitivo en lenguaje natural se denomina modelo de contenido.

Los modelos cognitivos son subjetivos, ya que son formados por el investigador de manera especulativa basándose en todos sus conocimientos y experiencias previas. Solo se puede tener una idea de un modelo cognitivo describiéndolo en forma simbólica. No se puede afirmar que los modelos cognitivos y de contenido sean equivalentes, ya que los primeros pueden contener elementos que el investigador no puede o no quiere formular. Al mismo tiempo, si un modelo de contenido es formulado por otra persona o es producto de la creatividad colectiva, su interpretación, nivel de comprensión y grado de confianza pueden variar significativamente dependiendo del intérprete. Un modelo de contenido a menudo se denomina planteamiento técnico del problema.

Según su función y objetivos, los modelos de contenido se dividen en descriptivos, explicativos y predictivos:

• Un modelo descriptivo puede ser cualquier descripción de un objeto.
• Un modelo explicativo permite responder a la pregunta de por qué algo sucede.
• Un modelo predictivo debe describir el comportamiento futuro del objeto. Cabe señalar que un modelo predictivo no necesariamente debe incluir uno explicativo.

Modelos conceptuales

Se acostumbra llamar modelo conceptual a un modelo de contenido en cuya formulación se utilizan conceptos y representaciones de los campos de conocimiento que se ocupan del estudio del objeto de modelado.

En un sentido más amplio, un modelo conceptual se entiende como un modelo de contenido basado en un concepto o punto de vista específico. Se distinguen tres tipos de modelos conceptuales: lógico-semánticos, estructural-funcionales y de causa-efecto.

• Un modelo lógico-semántico es una descripción del objeto en los términos y definiciones de los campos de conocimiento correspondientes, que incluye todas las afirmaciones y hechos conocidos lógicamente consistentes. El análisis de tales modelos se realiza por medios lógicos, recurriendo al conocimiento acumulado en las áreas temáticas pertinentes.
• Al construir un modelo estructural-funcional, el objeto generalmente se considera como un sistema integral, que se descompone en elementos o subsistemas individuales. Las partes del sistema están conectadas por relaciones estructurales que describen la subordinación y la secuencia lógica y temporal para la resolución de tareas específicas. Para representar tales modelos, son convenientes diversos tipos de esquemas, mapas y diagramas.
• Un modelo de causa-efecto se utiliza a menudo para explicar y predecir el comportamiento de un objeto. Estos modelos se centran principalmente en lo siguiente: 1) identificar las interrelaciones principales entre los elementos componentes del objeto de estudio; 2) determinar cómo el cambio de algunos factores afecta el estado de los componentes del modelo; 3) comprender cómo funcionará el modelo en general y si describirá adecuadamente la dinámica de los parámetros de interés para el investigador.

Modelos formales

Un modelo formal es la representación de un modelo conceptual utilizando uno o varios lenguajes formales (por ejemplo, lenguajes de teorías matemáticas, lenguajes de modelado especiales o lenguajes algorítmicos). En las humanidades, el proceso de modelado en muchos casos concluye con la creación de un modelo conceptual del objeto. En las ciencias naturales, por lo general, se logra construir un modelo formal.

Si bien la importancia de los modelos de contenido y formales para el proceso de conocimiento es más o menos reconocida por los investigadores, el papel de los modelos cognitivos a menudo se subestima. Esto se debe a la subjetividad de tales modelos y a la naturaleza oculta del proceso de pensamiento. Sin embargo, existen objetos y procesos para los cuales el papel de los modelos cognitivos es especialmente grande. Por ejemplo, un operador o una persona que toma decisiones gestiona un objeto o proceso principalmente basándose en sus propios modelos cognitivos. El papel de este tipo de modelos también es significativo en las ciencias sociales.

El modelado matemático es un modelado formal, simbólico, científico e ideal en el que la descripción del objeto se realiza en el lenguaje de las matemáticas, y la investigación del modelo se lleva a cabo utilizando diversos métodos matemáticos.

Cualquier modelo matemático destinado a la investigación científica permite, a partir de datos iniciales, encontrar los valores de los parámetros de interés para el investigador sobre el objeto o fenómeno modelado. Por lo tanto, se puede suponer que la esencia de cualquier modelo de este tipo consiste en mapear un conjunto dado de valores de parámetros de entrada a un conjunto de valores de parámetros de salida. Esta circunstancia permite considerar un modelo matemático como un operador matemático. El concepto de operador puede interpretarse de manera bastante amplia. Puede ser una función que relaciona los valores de entrada y salida, o un mapeo que representa la notación simbólica de un sistema de ecuaciones algebraicas, diferenciales, integro-diferenciales o integrales. También puede ser un algoritmo, un conjunto de reglas o tablas que aseguran la obtención (o establecimiento) de los parámetros de salida a partir de los valores iniciales dados.

La definición de un modelo matemático a través del concepto de operador es más constructiva desde el punto de vista de la clasificación de tales modelos, ya que abarca toda la diversidad de modelos matemáticos existentes en la actualidad.

Ventajas del modelado matemático en comparación con el experimento real:

• economía (en particular, ahorro de recursos del sistema real);
• posibilidad de modelar objetos hipotéticos, es decir, no realizados en la naturaleza;
• posibilidad de implementar regímenes peligrosos o difíciles de reproducir en la realidad;
• posibilidad de cambiar la escala de tiempo;
• simplicidad del análisis multiaspecto;
• gran poder predictivo debido a la posibilidad de identificar patrones generales;
• universalidad del soporte técnico y de software para el trabajo realizado (sistemas de programación y paquetes de software de aplicación general).

Modelo de información — un modelo de un objeto, presentado en forma de información que describe los parámetros y variables relevantes para la consideración dada, las conexiones entre ellos, las entradas y salidas del objeto, y que permite modelar posibles estados del objeto mediante la introducción de información sobre cambios en las variables de entrada.