§ 2.1. Моделирование как метод познания

Любой предмет, процесс или явление вокруг нас хочется понять: из каких частей он состоит, какими свойствами обладает, по каким законам меняется и как влияет на соседей. Практические задачи обычно сводятся к трём вопросам. «Что будет, если…» — как поведёт себя объект, когда на него подействуют другие объекты. «Как сделать, чтобы…» — какое воздействие нужно, чтобы свойства объекта стали такими, как требуется. «Как сделать лучше?» — при каком сочетании характеристик объект окажется наилучшим в данных условиях.

Ставить опыты прямо на настоящем объекте удаётся не всегда. Тогда вместо него изучают упрощённого заместителя. Заместителя называют моделью, а сам изучаемый объект — прототипом, оригиналом или объектом моделирования.

Определение. Моделирование — метод познания, при котором создают модели и затем исследуют их.

К моделям обращаются в самых разных случаях: 1) объект огромен — например, Галактика или океанское течение; 2) объект крошечный — молекула, живая клетка; 3) процесс идёт стремительно — вспышка молнии, сгорание пороха в патроне; 4) процесс идёт медленно — растут горы, копится торф, сползает ледник; 5) опыт опасен для людей — авария на химическом заводе, распространение пожара; 6) опыт разрушит сам объект — выдержит ли плотина сильное землетрясение; 7) настоящий объект очень дорого строить — новый стадион, космическая станция.

Модель — не копия оригинала. Она передаёт лишь часть его свойств, связей и черт поведения. Если признаков в модели больше, то она полнее, но собрать в одной модели все признаки оригинала нельзя, да обычно и не нужно. Какие признаки взять, решает цель моделирования — то, для чего будущая модель предназначена. Признаки, без которых этой цели не достичь, называют существенными; остальные в модель не попадают.

Возьмём городской автобус. Заводу-изготовителю важны размеры кузова, мощность двигателя, число мест и масса. Пассажиру — номер маршрута, остановки и интервал движения. Диспетчеру автопарка — где автобус находится сейчас и сколько он проехал за смену. Объект один, а существенные признаки у трёх моделей разные, потому что разные цели.

Определение. Модель — новый объект, в котором отражены существенные для цели моделирования признаки того, что изучают, — предмета, явления или процесса.

Раз модель передаёт лишь часть признаков, у одного объекта может быть много моделей. Город представляют картой улиц, картонным макетом для архитектора, таблицей численности жителей по годам, схемой маршрутов транспорта. Бывает и наоборот: одна модель подходит нескольким объектам. Шар годится моделью и Земли, и Луны, и апельсина, если важна только форма.

Натурные и информационные модели

Передать признаки оригинала можно двумя способами (рис. 1).

Первый способ — воспроизвести признаки в веществе, то есть сделать предмет. Такую модель называют натурной, или материальной. Это макеты и муляжи — уменьшенные или увеличенные копии, которые повторяют внешний вид оригинала (муляж яблока в кабинете биологии), его устройство (разборная модель сердца) или поведение (летающая модель планера).

Второй способ — описать признаки на каком-нибудь языке представления информации: словами, числами, формулой, чертежом, схемой, алгоритмом, программой. Такую модель называют информационной. Дальше речь пойдёт именно о них.

Определение. Информационная модель — описание объекта-оригинала средствами какого-либо языка представления (кодирования) информации.

Информационная модель живёт отдельно от оригинала. Её можно переписать, передать, обработать на компьютере, не прикасаясь к самому объекту. Построив её, человек исследует уже модель и по результатам делает выводы об оригинале.

Как строят информационную модель