в чем заключается сущность моделирования

Моделирование

Модели́рование — исследование объектов познания на их моделях; построение и изучение моделей реально существующих объектов, процессов или явлений с целью получения объяснений этих явлений, а также для предсказания явлений, интересующих исследователя.

Содержание

Виды моделирования

В силу многозначности понятия «модель» в науке и технике не существует единой классификации видов моделирования: классификацию можно проводить по характеру моделей, по характеру моделируемых объектов, по сферам приложения моделирования (в технике, физических науках, кибернетике и т. д.). Например, можно выделить следующие виды моделирования:

Процесс моделирования

Процесс моделирования включает три элемента:

Первый этап построения модели предполагает наличие некоторых знаний об объекте-оригинале. Познавательные возможности модели обусловливаются тем, что модель отображает (воспроизводит, имитирует) какие-либо существенные черты объекта-оригинала. Вопрос о необходимой и достаточной мере сходства оригинала и модели требует конкретного анализа. Очевидно, модель утрачивает свой смысл как в случае тождества с оригиналом (тогда она перестает быть моделью), так и в случае чрезмерного во всех существенных отношениях отличия от оригинала. Таким образом, изучение одних сторон моделируемого объекта осуществляется ценой отказа от исследования других сторон. Поэтому любая модель замещает оригинал лишь в строго ограниченном смысле. Из этого следует, что для одного объекта может быть построено несколько «специализированных» моделей, концентрирующих внимание на определенных сторонах исследуемого объекта или же характеризующих объект с разной степенью детализации.

На втором этапе модель выступает как самостоятельный объект исследования. Одной из форм такого исследования является проведение «модельных» экспериментов, при которых сознательно изменяются условия функционирования модели и систематизируются данные о её «поведении». Конечным результатом этого этапа является множество (совокупность) знаний о модели.

На третьем этапе осуществляется перенос знаний с модели на оригинал — формирование множества знаний. Одновременно происходит переход с «языка» модели на «язык» оригинала. Процесс переноса знаний проводится по определенным правилам. Знания о модели должны быть скорректированы с учетом тех свойств объекта-оригинала, которые не нашли отражения или были изменены при построении модели.

Четвёртый этап — практическая проверка получаемых с помощью моделей знаний и их использование для построения обобщающей теории объекта, его преобразования или управления им.

Моделирование — циклический процесс. Это означает, что за первым четырёхэтапным циклом может последовать второй, третий и т. д. При этом знания об исследуемом объекте расширяются и уточняются, а исходная модель постепенно совершенствуется. Недостатки, обнаруженные после первого цикла моделирования, обусловленные малым знанием объекта или ошибками в построении модели, можно исправить в последующих циклах.

Сейчас трудно указать область человеческой деятельности, где не применялось бы моделирование. Разработаны, например, модели производства автомобилей, выращивания пшеницы, функционирования отдельных органов человека, жизнедеятельности Азовского моря, последствий атомной войны. В перспективе для каждой системы могут быть созданы свои модели, перед реализацией каждого технического или организационного проекта должно проводиться моделирование.

Математическое моделирование исторической динамики

Источник

Сущность моделирования. Понятие модели

Моделирование (лат. modulus – мера, образец) – исследование каких-либо явлений, процессов или систем объектов путем построения и изучения их моделей, использование моделей для определения и уточнения характеристик и рационализации построения вновь конструируемых объектов. В научных исследованиях моделирование стало применяться ещё в глубокой древности и постепенно захватывало все новые области научных знаний: техническое конструирование, строительство и архитектуру, физику химию, биологию, экологию, общественные науки. Методология моделирования долгое время развивалась независимо отдельными науками. Отсутствовала единая система понятий и терминология. Лишь в последнее время постепенно стала осознаваться роль моделирования как универсального метода научного познания.

Метод моделирования – универсальный метод. Он применяется в научных исследованиях практически во всех науках. Метод моделирования в геоэкологии – метод исследования строения, функционирования, динамики и развития геокомпонентов и геоэкосистем, процессов и взаимосвязей внутри них и между ними с помощью модели. Под моделью понимается образ (копия) реально существующих объектов, процессов и явлений. Она всегда создается на основе сходства с объектом-аналогом. Модель – это некий новый объект, который отражает главные черты и существенные особенности изучаемого объекта, явления или процесса. Можно сказать модель – это упрощенное представление о реальном объекте, процессе или явлении. Никакая модель не может заменить сам объект исследования.

Модель выступает в качестве своеобразного инструмента познания, который исследователь ставит между собой и объектом и с помощью которого изучает интересующий его объект. Необходимость использования метода моделирования определяется тем, что многие объекты (или проблемы, относящиеся к этим объектам) непосредственно исследовать или вовсе невозможно или же это исследование требует много времени и средств.

Таким образом, модель необходима для того чтобы:

1. Понять, как устроен конкретный объект – каковы его структура, основные свойства, законы развития и взаимодействия с окружающим миром;

2. Научиться управлять объектом или процессом и определять наилучшие способы управления при заданных целях и критериях (оптимизация);

3. Прогнозировать прямые и косвенные последствия реализации заданных способов и форм воздействий на объект;

4. Никакая модель не может заменить само явление, но при решении задачи, когда нас интересуют определенное свойство исследуемого процесса или явления, модель оказывается полезной, а подчас и единственным инструментом исследования, познания.

Процесс построения модели называется моделированием. Основные задачи моделирования: а) облегчить процесс познания; б) сделать познание менее трудоемким; в) сделать объект познания более наглядным и доступным.

Технология моделирования требует от исследователя умения ставить проблемы и задачи, прогнозировать результаты исследования, проводить разумные оценки, выделять главные и второстепенные факторы для построения моделей, выбирать аналогии и математические формулировки, решать задачи с использованием компьютерных систем, проводить анализ компьютерных экспериментов.

Навыки моделирования очень важны человеку в жизни. Они помогут разумно планировать свой распорядок дня, учебу, труб, выбирать оптимальные варианты при наличии выбора, разрешать удачно жизненные ситуации.

Выделяют несколько видов моделирования:

– материальное (физическое) моделирование – моделирование, при котором реальному объекту противопоставляется его увеличенная или уменьшенная копия, допускающая исследование (как правило, в лабораторных условиях) с помощью перенесения свойств изучаемых процессов и явлений с модели на объект на основе теории подобия;

– идеальное моделирование – основано не на материальной аналогии объекта и модели, а на аналогии идеальной, мысленной;

– знаковое моделирование – моделирование, использующее в качестве моделей знаковые преобразования какого-либо вида: схемы, графики, чертежи, формулы, наборы символов;

– математическое моделирование – моделирование при котором исследование объекта осуществляется посредством модели, сформулированной на языке математики.

Процесс моделирования включает три элемента:

1. Субъект (исследователь);

2. Объект исследования;

3. Модель, опосредствующую отношения познающего субъекта и познаваемого объекта.

Этапы моделирования

Процесс моделирования состоит из нескольких этапов:

объект исследования – модель – изучение модели – знания об объекте.

Этап построения модели предполагает наличие некоторых знаний об объекте-оригинале. Познавательные возможности модели обуславливаются тем, что модель отражает какие-либо существенные черты объекта-оригинала. Вопрос о необходимости и достаточной мере сходства оригинала и модели требует конкретного анализа. Очевидно, модель утрачивает свой смысл как в случае тождества с оригиналом (тогда она перестает быть моделью), так и в случае чрезмерного во всех существенных отношениях отличия от оригинала. Таким образом, изучение одних сторон моделируемого объекта осуществляется ценой отказа от отражения других сторон. Поэтому любая модель замещает оригинал лишь в строго ограниченном смысле. Из этого следует, что для одного объекта может быть построено несколько «специализированных» моделей, концентрирующих внимание на определенных сторонах исследуемого объекта или же характеризующих объект с разной степенью детализации.

На втором этапе процесса моделирования модель выступает как самостоятельный объект исследования. Одной из форм такого исследования является проведение «модельных» экспериментов, при которых сознательно изменяются условия функционирования модели и систематизируются данные об ее «поведении». Конечным результатом этого этапа является множество знаний о модели.

На третьем этапе осуществляется перенос знаний с модели на оригинал. Этот процесс переноса знаний проводится по определенным правилам. Знания о модели должны быть скорректированы с учетом тех свойств объекта-оригинала, которые не нашли отражения или были изменены при построении модели. Мы можем с достаточным основанием переносить какой-либо результат с модели на оригинал, если этот результат необходимо связан с признаками сходства оригинала и модели. Если же определенный результат модельного исследования связан с отличием модели от оригинала, то этот результат переносить неправомерно.

Четвертый этап – проверка полученных с помощью моделей знаний и их использование для построения обобщающей теории объекта, его преобразования или управления им.

Моделирование цикличный процесс. Это означает, что за первым четырехэтапным циклом может последовать второй, третий и т. д. При этом знания о следуемом объекте расширяются или уточняются, а исходная модель постепенно совершенствуется. Недостатки, обнаруженные после первого цикла моделирования, обусловленные малым знанием объекта и ошибками в построении модели, можно исправить в последующих циклах.

Источник

Сущность моделирования и его значение

Суть моделирования, как решения сложных нелинейных задач физики. Основная классификация абстрактных моделей. Изучение теоретических основ и сбор информации об объекте оригинала. Характеристика математических методов для постановления оптимальных целей.

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Размещено на http://www.allbest.ru/

1.1 Сущность моделирования и его значение

Слово «модель» произошло от латинского слова «modulus», означает «мера», «образец». Его первоначальное значение было связано со строительным искусством, и почти во всех европейских языках оно употреблялось для обозначения образа или прообраза, или вещи, сходной в каком-то отношении с другой вещью.

Моделирование в научных исследованиях стало применяться еще в глубокой древности и постепенно захватывало все новые области научных знаний: техническое конструирование, строительство и архитектуру, астрономию, физику, химию, биологию и, наконец, общественные науки. Большие успехи и признание практически во всех отраслях современной науки принес методу моделирования ХХ век. Однако методология моделирования долгое время развивалась отдельными науками независимо друг от друга. Отсутствовала единая система понятий, единая терминология. Лишь постепенно стала осознаваться роль моделирования как универсального метода научного познания.

Исторически случилось так, что первые работы по компьютерному моделированию, или, как говорили раньше, моделированию на ЭВМ, были связаны с физикой, где с помощью моделирования решался целый ряд задач гидравлики, фильтрации, теплопереноса и теплообмена, механики твердого тела и т. д.

Моделирование в основном представляло собой решение сложных нелинейных задач математической физики с помощью итерационных схем, за исключением разве тех задач, где использовался метод Монте-Карло, и по существу было оно, конечно, моделированием математическим. Успехи математического моделирования в физике способствовали распространению его на задачи химии, электроэнергетики, биологии и некоторые другие дисциплины, причем схемы моделирования не слишком отличались друг от друга. Сложность решаемых на основе моделирования задач всегда ограничивалась лишь мощностью имеющихся ЭВМ.

Моделирование, в том числе и компьютерное моделирование, как познавательный приём неотделимо от развития знания. Практически во всех науках о природе построение и использование моделей является мощным орудием познания. Реальные объекты и процессы бывают столь многогранны и сложны, что лучшим способом их изучения часто является построение модели.

Компьютерное моделирование в настоящее время приобрело общенаучный характер и применяется в исследованиях живой и неживой природы, в науках о человеке и обществе.

1.2 Понятие модели и моделирования

Термин «модель» широко используется в различных сферах человеческой деятельности и имеет множество смысловых значений. В этом разделе мы будем рассматривать только такие модели, которые являются инструментами получения знаний.

Под моделированием понимается процесс построения, изучения и применения моделей. Оно тесно связано с такими категориями, как абстракция, аналогия, гипотеза и др. Процесс моделирования обязательно включает и построение абстракций, и умозаключения по аналогии, и конструирование научных гипотез.

Процесс моделирования включает три элемента:

модель, опосредствующую отношения познающего субъекта и познаваемого объекта.

Главная особенность моделирования в том, что это метод познания с помощью объектов-заместителей. Модель выступает как своеобразный инструмент познания, который исследователь ставит между собой и объектом и с помощью которого изучает интересующий его объект.

Необходимость использования метода моделирования определяется тем, что многие объекты (или проблемы, относящиеся к этим объектам) исследовать или вовсе невозможно, или же это исследование требует много времени и средств.

Сущность процесса моделирования схематически может быть представлена следующим образом:

Размещено на http://www.allbest.ru/

В моделировании есть два различных подхода. Модель может быть копией объекта, выполненной из другого материала, в другом масштабе, с отсутствием ряда деталей. Например, это игрушечный кораблик, домик из кубиков, деревянная модель самолета в натуральную величину, используемая в авиаконструировании и др. Модели такого рода называют натурными.

Классификация абстрактных моделей:

1. Вербальные (текстовые) модели. Эти модели используют последовательности предложений на формализованных диалектах естественного языка для описания той или иной области действительности (примерами такого рода моделей являются милицейский протокол, правила дорожного движения).

Большая часть данного курса связана с прикладными математическими моделями, в реализации которых используются компьютеры. Это вызвано тем, что внутри информатики именно компьютерное математическое и компьютерное информационное моделирование могут рассматриваться как ее составные части. Компьютерное математическое моделирование связано с информатикой технологически; использование компьютеров и соответствующих технологий обработки информации стало неотъемлемой и необходимой стороной работы физика, инженера, экономиста, эколога, проектировщика ЭВМ и т.д.

2. Математическое моделирование

Математическая модель выражает существенные черты объекта или процесса языком уравнений и других математических средств.

Огромный толчок развитию математического моделирования дало появление ЭВМ, хотя сам метод зародился одновременно с математикой тысячи лет назад. моделирование нелинейный задача математический

Математическое моделирование не всегда требует компьютерной поддержки. Каждый специалист, профессионально занимающийся математическим моделированием, делает все возможное для аналитического исследования модели. Аналитические решения (т. е. представленные формулами, выражающими результаты исследования через исходные данные) обычно удобнее и информативнее численных. Однако возможности аналитических методов решения сложных математических задач очень ограничены и, как правило, эти методы гораздо сложнее численных.

2.1 Этапы математического моделирования

С появлением ЭВМ метод математического моделирования занял ведущее место среди других методов исследования. Особенно важную роль этот метод играет в современной экономической науке. Изучение и прогнозирование какого-либо экономического явления методом математического моделирования позволяет проектировать новые технические средства, прогнозировать воздействие на данное явление тех или иных факторов, планировать эти явления даже при существовании нестабильной экономической ситуации.

Основные этапы моделирования

1. Постановка задачи.

2. Изучение теоретических основ и сбор информации об объекте оригинала.

В целях правильного построения числовой модели, получения приемлемого оптимального решения особое внимание необходимо уделять подготовке исходной информации, её переработке в технико-экономические характеристики объекта исследования.

Информация как совокупность необходимых для моделирования сведений об процессе и объекте должна быть репрезентативной, содержательной, достаточной, доступной, актуальной, своевременной, точной, достоверной, устойчивой.

На рисунке показана информация, используемая для экономико-математического моделирования. Она разделена на входную, выходную, первичную, вторичную, определенную, стохастическую, неопределенную и другую.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Переменная информация обеспечивает разработку и решение конкретной математической задачи. К переменной информации относят многие коэффициенты, сформулированные для данной числовой модели с учетом конкретных условий; задания на гарантированные объемы производства (); главным образом, информацию технико-экономического планирования, оперативных планов производственных процессов, использования средств, финансовые планы и т. п.

Переменная информация используется при моделировании, как правило, одноразово, а затем она теряет свои качества и становится непригодной для дальнейших работ.

По стадии обработки можно выделить первичную и вторичную информацию.

По продолжительности данные, используемые при моделировании, анализируются в разрезе одного месяца, года или ряда лет.

Информацию можно группировать по уровню обобщения: данные об отраслях, хозяйствах, группах хозяйств, муниципальных образованиях и о регионе.

По степени определенности выделяют производственно-экономическую информацию в виде определенных, стохастических и неопределенных величин.

Определенные (детерминированные) показатели производственных процессов, как правило, являются постоянными и предсказуемыми. К таким показателям относятся земельные ресурсы, площади сельскохозяйственных угодий, сельскохозяйственная техника и другие.

К стохастическим (случайным) величинам относятся такие характеристики, которые могут быть описаны с помощью вероятностных законов распределения. Во многих случаях ряды урожайностей сельскохозяйственных культур в отдельных хозяйствах подчинены гамма и логарифмически нормальному закону распределения. Для хозяйств с неустойчивым сельскохозяйственным производством в группу случайных величин могут попасть затраты, прибыль, трудовые ресурсы.

Под неопределенностью следует понимать отсутствие, неполноту, недостаточность информации об объекте, процессе, явлении или неуверенность в достоверности информации. В ряде случаев сведения о неопределенных характеристиках можно получить с помощью экспертных оценок.

Источниками информации для разработки оптимизационной модели служат годовые отчеты, производственно-финансовые и перспективные планы, данные первичного учета сельскохозяйственных предприятий, технологические карты по возделыванию и уборке сельскохозяйственных культур и выращиванию животных, а также различные нормативные справочники.

Заключается в выборе системы условных обозначений и с их помощью записывать отношения между составляющими объекта в виде математических выражений. Устанавливается класс задач, к которым может быть отнесена полученная математическая модель объекта. Значения некоторых параметров на этом этапе еще могут быть не конкретизированы.

4. Выбор метода решения.

На этом этапе устанавливаются окончательные параметры моделей с учетом условия функционирования объекта. Для полученной математической задачи выбирается какой- либо метод решения или разрабатывается специальный метод. При выборе метода учитываются знания пользователя, его предпочтения, а также предпочтения разработчика.

5. Реализация модели.

Разработав алгоритм, пишется программа, которая отлаживается, тестируется и получается решение нужной задачи.

6. Анализ полученной информации.

Сопоставляется полученное и предполагаемое решение, проводится контроль погрешности моделирования.

7. Проверка адекватности реальному объекту.

Результаты, полученные по модели сопоставляются либо с имеющейся об объекте информацией или проводится эксперимент и его результаты сопоставляются с расчётными.

Процесс моделирования является итеративным. В случае неудовлетворительных результатов этапов 6. или 7. осуществляется возврат к одному из ранних этапов, который мог привести к разработке неудачной модели. Этот этап и все последующие уточняются и такое уточнение модели происходит до тех пор, пока не будут получены приемлемые результаты.

2.2 Классификация математических моделей

1. По уровню познания модели подразделяются на:

— теоретические (законы, принципы, положения применительно к объекту исследования);

— эмпирические, основанные на опыте и использующие количественные соотношения.

2. По агрегированию выделяют:

3. По использованию времени модели бывают:

— динамические (движение во времени);

4. По наличию неопределенности различают:

5. По конкретному применению или назначению рассматривают:

— оптимизационные (задачи математического программирования, достигающие максимума и минимума функций);

— имитационные (модели, основанные на методе статистических испытаний).

6. По использованию информации выделяют модели:

— априорные (теоретическая информация);

— апостериорные (опытная, наблюдательная информация);

2.3 Математические методы для решения оптимальных задач

При решении конкретной задачи оптимизации исследователь прежде всего должен выбрать математический метод, который приводил бы к конечным результатам с наименьшими затратами на вычисления или же давал возможность получить наибольший объем информации об искомом решении. Выбор того или иного метода в значительной степени определяется постановкой оптимальной задачи, а также используемой математической моделью объекта оптимизации.

В настоящее время для решения оптимальных задач применяют в основном следующие методы:

1. Методы экономической кибернетики включают в себя системный анализ; теория экономической информации; теория управления.

2. Методы математической статистики содержат корреляцию; регрессию; дисперсию; Фурье анализ и др.

3. Методы математической экономики основаны на эконометрике; анализе спроса и потребления; теории экономического роста; теории производственных функций.

4. Метод анализа спроса и потребления включает в себя теорию экономического роста; теорию производственных функций.

5. Методы принятия оптимальных решений содержат в себе математическое программирование (линейное, нелинейное, динамическое, транспортная задача).

Размещено на Allbest.ru

Подобные документы

Изучение экономических приложений математических дисциплин для решения экономических задач: использование математических моделей в экономике и менеджменте. Примеры моделей линейного и динамического программирования как инструмента моделирования экономики.

курсовая работа [2,0 M], добавлен 21.12.2010

Классификация экономико-математических моделей. Использование алгоритма последовательных приближений при постановке экономических задач в АПК. Методики моделирования программы развития сельскохозяйственного предприятия. Обоснование программы развития.

курсовая работа [244,3 K], добавлен 05.01.2011

Основные понятия и типы моделей, их классификация и цели создания. Особенности применяемых экономико-математических методов. Общая характеристика основных этапов экономико-математического моделирования. Применение стохастических моделей в экономике.

реферат [91,1 K], добавлен 16.05.2012

Сущность и содержание метода моделирования, понятие модели. Применение математических методов для прогноза и анализа экономических явлений, создания теоретических моделей. Принципиальные черты, характерные для построения экономико-математической модели.

контрольная работа [141,5 K], добавлен 02.02.2013

Основы составления, решения и анализа экономико-математических задач. Состояние, решение, анализ экономико-математических задач по моделированию структуры посевов кормовых культур при заданных объемах животноводческой продукции. Методические рекомендации.

методичка [55,1 K], добавлен 12.01.2009

Характеристика основных принципов создания математических моделей гидрологических процессов. Описание процессов дивергенции, трансформации и конвергенции. Ознакомление с базовыми компонентами гидрологической модели. Сущность имитационного моделирования.

презентация [60,6 K], добавлен 16.10.2014

Теоретические основы экономико-математических методов. Этапы принятия решений. Классификация задач оптимизации. Задачи линейного, нелинейного, выпуклого, квадратичного, целочисленного, параметрического, динамического и стохастического программирования.

курсовая работа [2,3 M], добавлен 07.05.2013

Источник