§ 13. Модель - Startoria – IT-школа для детей 6-17 лет

Можно ли верить результатам моделирования?

Модель

Моделью называется объект, который обладает всеми основными свойствами оригинального объекта и может быть использован вместо него.

Зачем нужны модели?

Модели необходимы для решения различных задач, в которых использование оригинала нецелесообразно или вообще невозможно. Например, модели применяются для:

Изучения несуществующих объектов: модели позволяют исследовать явления или системы, которых уже нет или которые еще не существуют. Пример – реконструкция исторических событий.

Безопасность и экономичность: модели позволяют проводить исследования, которые были бы слишком опасными или дорогостоящими в реальности. Пример – изучение последствий ядерной войны.

Преодоление ограничений: модели дают возможность изучать объекты или процессы, которые сложно или невозможно исследовать напрямую из-за их размера, скорости или недоступности. Пример – исследование космических объектов.

Упрощение сложных систем: модели позволяют сосредоточиться на конкретных аспектах сложных систем, игнорируя несущественные детали. Пример – изучение экономической модели страны.

Прогнозирование: с помощью моделей можно предсказывать поведение систем или результаты процессов. Пример – вычислять прогноз погоды.

Обучение и демонстрация: модели часто используются в образовательных целях для наглядного представления сложных концепций. Пример – изучение строения организма человека.

Тестирование и оптимизация: модели позволяют проверять гипотезы и оптимизировать системы без необходимости создания полномасштабных прототипов. Пример – исследование аэродинамики автомобиля в аэротрубе.

Процесс работы с моделями называется моделированием. Глобально моделирование решает несколько проблем: изучает, анализирует и оптимизирует поведение оригинала в заданных условиях.

Какие бывают модели?

Нет единой классификации моделей, поэтому четкого разделения моделей по типам не существует. Однако, можно разделить модели по следующим критериям:

Материальные/информационные модели

Материальной называется модель, которая существует в реальном мире. Таким образом электронная модель здания в компьютере – информационная, а та же модель, но распечатанная на 3D принтере, будет материальной.

Модель машины для аэродинамики (источник)

Детерминированные/вероятностные модели

В детерминированных моделях при одинаковых исходных данных всегда будет один и тот же результат. В вероятностных моделях такой гарантии нет.

Дискретные/непрерывные модель

Дискретная модель может описывать поведение оригинала только в какие-то определенные моменты времени (например, только в 18-00 по вторникам). Непрерывная модель применяется в тех случаях, когда необходимо исследовать оригинал в каком-то промежутке времени.

Можно ли верить результатам моделирования?

Для проверки результатов моделирования на корректность прибегают к сравнению с данными, которые были собраны с реальных объектов. Данное сравнение позволяет рассчитать ошибку моделирования – величину, являющуюся отклонением данных моделирования от реальных условий. В случае, когда отклонение не превышает заранее определенного значения, модель считается корректной.

Чаще всего невозможно создать модель, данные с которой будут ровно такими же, как и данные с оригинала. Поэтому необходимо уметь конвертировать данные, полученные с помощью моделирования, в реальные. Решением задач такого рода занимается другая наука – теория подобия.

Заключение

Моделирование является мощным инструментом познания и преобразования окружающего мира. Модель как объект, воплощающий ключевые характеристики оригинала, позволяет изучать, анализировать и оптимизировать различные процессы и явления без непосредственного взаимодействия с ними.

Разнообразие типов задач, решаемых с помощью моделирования – от прогнозирования до оптимизации – демонстрирует универсальность этого метода. При этом важно помнить, что не существует единой, всеобъемлющей классификации моделей, что отражает многогранность и сложность моделируемых объектов и процессов.

Ключевым аспектом моделирования является корректность модели, то есть степень соответствия ее существенных свойств свойствам оригинала в контексте решаемой задачи. Проверка корректности через эксперимент с оригиналом подчеркивает важность практической верификации теоретических построений.

Остались вопросы?

Расскажите нам, что вызвало трудности, и мы ответим на ваш вопрос по элеткронной почте