1. Информационные модели

Для изучения окружающего мира человек многие столетия использовал модели, но как научный метод моделирование с опаской применяли ещё в \(XIX\) веке. Известен факт о недоверии Британского Адмиралтейства к опытам с моделью броненосца «Кэптон» учёного Эдварда Рида в \(1870\) году. В результате пренебрежения к опытам с «игрушкой» погибли люди. В России в \(1894\) году для решения проблем, связанных с устойчивостью кораблей, начал функционировать Опытовый бассейн, в котором проводили научные исследования с применением моделей кораблей. Его построение было инициировано по идее Д. И. Менделеева при участии А. Н. Крылова и С. О. Макарова.

 

С появлением компьютеров моделирование объектов, процессов и явлений привычно вошло в практику. Ни для кого не удивительно построение натурных моделей с помощью сканирования и печать этих моделей на \(3\)D-принтерах, математическое моделирование умных домов, процессов логистики, цифрового портрета покупателя, внедрение цифрового моделирования в планирование строительства и модернизации городского хозяйства.

 

Определим понятие модели, так как современная наука применяет это понятие в самых разнообразных смыслах.

Модели принято делить на натурные и информационные. Рассмотрим это различие на примере.

 

 

Слева в таблице модель натурная, справа — информационная.

Разнообразие языков кодирования информации даёт возможность строить математические, графические, текстовые и другие модели.

 

Вернувшись к определению модели, мы обнаруживаем неточную формулировку «необходимые для изучения самого объекта или его взаимодействия с другими объектами». Как определить эти «необходимые» действия или признаки? Это сложная задача, связанная с построением адекватной модели. Про такие задачи говорят, что они плохо формализуемы, т. е., говоря простыми словами, нет заранее известного алгоритма, приводящего к хорошему результату. Также можно сказать, что построение модели — задача творческая.

 

Информационная модель является адекватной, если собранных сведений достаточно для реализации целей моделирования.

 

Например, нам необходимо составить план тренировок. Какие параметры спортсмена необходимо учесть? Если речь идёт о тяжёлоатлете или фигуристе, лыжнике или гимнасте, среди прочих параметров необходимо учесть рост и вес спортсмена. Но для спортсмена-шахматиста этот параметр будет не таким важным, даже с учётом того, что физические упражнения поддерживают здоровье шахматиста.

 

Сложные модели, о которых часто упоминают средства массовой информации, такие, например, как цифровые двойники в промышленности, градостроительстве и космосе, модели морских транспортных потоков, моделирование поведения вирусов и создание полимерных материалов неосуществимо без помощи компьютеров и даже современных суперкомпьютеров.

Компьютерное моделирование даёт исследователям возможность уточнения модели в том случае, если в процессе исследования выясняется, что не все необходимые признаки объекта были собраны для построения адекватной модели.

 

Как это происходит:
1. на первом этапе построения компьютерной модели формулируется основная задача исследования.
2. На втором этапе выстраивается информационная модель.
3. По созданной модели разрабатывается компьютерная модель исследования, алгоритм.
4. Далее проводится компьютерный эксперимент.
5. Анализируются результаты эксперимента, и в зависимости от результатов либо уточняется задача (возвращение к этапу \(1\)), либо уточняется информационная модель (возвращение к этапу \(2\)), либо уточняется алгоритм исследования (возвращение к этапу \(3\)), либо проводится заново компьютерный эксперимент (возвращение к этапу \(4\)).

6. В завершение компьютерного моделирования делаются выводы об объекте моделирования. Можно считать, что объект изучен всесторонне.