ММНИ учеб

Возможности аналогий и моделирования в научных исследованиях

Под аналогией^³⁵ понимается подобие, сходство каких-то свойств, признаков или отношений у различных в целом объектов. Установление сходства (или различия) между объектами осуществляется в результате их сравнения. Таким образом, сравнение лежит в основе метода аналогии.

Если делается логический вывод о наличии какого-либо свойства, признака, отношения у изучаемого объекта на основании установления его сходства с другими объектами, то этот вывод называют умозаключением по аналогии.

Степень вероятности получения правильного умозаключения по аналогии будет тем выше: 1) чем больше известно общих свойств у сравниваемых объектов; 2) чем существеннее обнаруженные у них общие свойства и 3) чем глубже познана взаимная закономерная связь этих сходных свойств.

Следует иметь ввиду, что анология не является доказательством. Однако подмеченная аналогия может давать мощный заряд для проверки выдвинутой по аналогии гипотезы.

Метод аналогии применяется в самых различных областях науки: в математике, физике, химии, кибернетике, в гуманитарных дисциплинах и т. д.

Существуют различные типы выводов по аналогии. Но общим для них является то, что во всех случаях непосредственному исследованию подвергается один объект, а вывод делается о другом объекте. Поэтому вывод по аналогии в самом общем смысле можно определить как перенос информации с одного объекта на другой. При этом первый объект, который собственно и подвергается исследованию, именуется моделью, а другой объект, на который переносится информация, полученная в результате исследования первого объекта (модели), называется оригиналом (иногда — прототипом, образцом и т. д.). Таким образом, модель всегда выступает как аналогия, т. е. модель и отображаемый с ее помощью объект (оригинал) находятся в определенном сходстве (подобии).

Обратимся к определениям.

МОДЕЛИРОВАНИЕ (англ. Modelling) – построение моделей реальных объектов и процессов (построение описаний, условных образцов, аналогов). При М. воспроизводятся свойства, связи, тенденции исследуемых систем и процессов, что позволяет оценить их состояние, сделать прогноз, принять решение.

Модель (англ. Model) – образ объекта: 1. Образец, например, изделия, рекомендованного для массового производства; 2. Тип конструкции; 3. Предмет в уменьшенном или увеличенном виде (физическая модель); 4. Схема, изображающая предмет, явление, процесс, например, в бизнесе, изучаемые как и аналог; 5. Математическая модель, отражающая значимые зависимости функционирования объекта от определяющих факторов.

Метод моделирования (англ. Modelling) – метод исследования, при котором изучаются не сами объекты, а их модели, после чего результаты исследования переносятся с модели на объект по принципу подобия.

Сущность метода моделирования состоит в создании аналога изучаемого объекта (предмета, процесса, явления), в котором бы были отражены важнейшие его особенности, внутренние структурные и причинно-следственные взаимосвязи, закономерности и условия развития, а также минимизированы искажения, привнесенные моделью в представления о моделируемом объекте.

Если рассмотреть процессы передачи опыта животными, например, когда лиса приносит подраненную жертву лисятам, чтобы они потренировались в способах охоты, то можно понять, что, по сути:

1) животным присуще пользование моделями (игра лисенка с подраненным животным – модель будущей охоты взрослого лиса),

2) пользование моделями у животных носит характер имитационных упражнений, то есть, входит в класс методов активного обучения, к которым относятся и деловые игры.

Аналогично, с древнейших времен и человечество применяет модели, имитационные упражнения и игры в качестве методов активного обучения. Имитационным упражнением и моделированием ухода за ребенком является игра девочек в куклы, имитационным упражнением и моделированием охоты является игра мальчишек с игрушечными луками, деловой игрой и моделированием борьбы за лидерство, и даже собственно ею, являются драки мальчишек, имитационным упражнением и моделированием является изготовление ребенком планера, радиоприемника и т.д.

Из наблюдений использования моделирования животными и детьми можно констатировать высокую эффективность его в процессах познания. Поэтому было бы удивительным, если бы человек не применил его для своего основного предназначения.

«… человек создан ради того, чем значимо отличается от животных. А отличается он тем, что способен оставлять после себя продукты интеллектуального труда. Едва ли не самым человечным свойством является смелое любопытство. Удовлетворяя его, человек расширяет горизонты познания, отделяя возможное от невозможного, и реализует возможное по интересу, порождая^³⁶ новые структуры и функции в содействии («по образу и подобию»^³⁷) Богу, являясь ему помощником в структурировании пространства и противодействии энтропии»^³⁸.

И действительно в использовании моделирования человек пошел в соответствии со своим предназначением дальше животных, он стал целенаправленно использовать моделирование, имитационные упражнения, игровое конструирование и деловые игры в научных исследованиях.

Моделирование позволяет изучать объекты познания не непосредственно, а косвенным путем при помощи анализа некоторых специально созданных вспомогательных объектов (моделей). При этом знание, полученное с использованием моделирования, часто имеет существенно более низкую себестоимость по сравнению с натурными экспериментами.

Уменьшенная модель самолета для аэродинамических испытаний много дешевле настоящего самолета.

Картошка и мысленный эксперимент на карте В. И. Чапаева много дешевле потерь в реальном бою.

Тренировки на компьютерных тренажерах для летчиков, широко используемые в авиации США, дешевле и безопаснее реальных тренировочных полетов.

Компьютерное моделирование процессов в портах, если бы его осуществили до строительства последних, могло бы принести миллионы рублей сэкономленных средств, в частности – по Тобольскому речному порту.

Моделирование является отображением или воспроизведением изучаемых сторон реальной действительности, и применяется для получения информации о поведении объектов, для предсказания последствий принимаемых решений при изменении условий, образа и метода действий и т.д. Модель – есть создаваемый с целью получения информации специальный объект, отражающий на том или ином языке описания свойства, характеристики и связи объекта-оригинала, существенные для проблемы, решаемой субъектом.

Модель, даже материальная, первоначально возникает как идеальная в представлениях, в мозгу человека. Далее модель изучается. Если для изучения модели необходима ее материализация, то изготавливается материальная модель. Если исследование возможно с использованием идеальной модели, то осуществляется исследование идеальной. Таким образом, исследовательские модели делятся на два основных вида: материальные (иначе физические, вещественные или действующие) и идеальные (мысленные, логические, математические, компьютерные).

Метод моделирования в научных исследованиях применяется там, где его применение выгодно. При этом очевидно, что выгода бывет не только экономическая. То есть, применение моделирования в научном исследовании оправдывается, если таким путем раскрываются, познаются внутренние особенности изучаемого объекта, его скрытые специфические свойства в ситуациях, когда непосредственное изучение реального объекта в реальных условиях связано с затратами большого количества средств, времени или с определенным риском, или просто невозможно.

При создании моделей экономия достигается за счет их большей простоты, по сравнению с моделируемыми системами, иначе такие устройства или построения собственно и не были бы моделями. «Отношение модели к моделируемому объекту есть,… отношение… аналогии. При этом обычно реализуются не все... уровни аналогий, а главным образом аналогии на уровне структур и на уровне функций».^³⁹

Чрезвычайно широкое и важное применение в современной науке получило информационное компьютерное моделирование. В. М. Глушков^⁴⁰ писал о таком моделировании, при котором «...мозг человека может рассматриваться как универсальный инструмент динамического информационного моделирования. Универсальность здесь означает принципиальную возможность реализации в мозгу произвольных, а не только каких-нибудь определенных динамических информационных моделей. В такой универсальности мозга заключается одна из важнейших сторон способности к безграничному познанию человеком окружающего его объективного мира»^⁴¹.

Информационное моделирование связано с проведением так называемого мысленного эксперимента или последовательного и детального рассуждения и рассмотрения возможных вариантов действия объекта в различных воображаемых условиях. Информационный эксперимент обычно сопровождается предварительными физическими опытами, применением макетов, моделей, схем, чертежей, рисунков, расчетов и т. п. Поскольку мысленный эксперимент позволяет отобрать из многих вариантов более предпочтительное решение, он может предварять дорогой физический эксперимент на сложных материальных моделях и стендах, избежать явно неудачных решений и способствовать более высокому научному результату при сравнительно невысоких экономических затратах.

В настоящее время метод компьютерного моделирования и информационного эксперимента широко вошел в практику научно-исследовательской творческой работы. Основой информационного эксперимента является компьютерная модель.

При информационном эксперименте исследователь может использовать некоторые универсальные методические подходы. Например, рассмотреть сначала задачу в общем виде, в целом, затем раздельно крупные узловые вопросы. Применить сравнительное рассмотрение своих новых решений и установившихся в науке положений. Оценить возможную эффективность применения новых решений под углом требований технических, экономических, конструктивных, гигиенических и других критериев.

Когда говорят о модели какого-либо объекта, то имеют в виду нечто, отличное от самого этого объекта, но похожее на него. Модель в определенном смысле заменяет объект исследования и дает определенную информацию о нем. Таким образом, модель выступает инструментом исследования различных процессов, в том числе явлений, связанных с деятельностью людей, проблемами, которые они решают.

Основные структурные элементы модели:

Субъект моделирования - это лицо или группа лиц, принимающих те или иные решения в процессе моделирования. Субъект ставит задачу, определяет цель, строит модель, проводит исследование.
Проблема, решаемая субъектом. Проблема определяет цель исследования и систему условий (ограничений). Модель всегда создается для решения конкретной проблемы, поставленной исследователем.
Объект моделирования – система, компоненты которой непосредственно связаны с достижением цели, свойства которой находят отражение в модели.
Язык описания – форма представления, отображения информации о свойствах, характеристиках и связях объекта, существенных с точки зрения поставленной цели исследования.

Все структурные элементы модели в процессе моделирования находятся в тесном взаимодействии.

При разработке управленческих решений большая роль отводится экономико-математическому моделированию. Экономико-математическое моделирование (ЭММ) – метод исследования социально-экономических процессов и явлений путем построения и анализа моделей, выраженных средствами языка математики.

Основные требования к экономико-математическим моделям:

Математическая модель должна строиться на основе экономической теории, и отражать (правильно!) основные закономерности и исторические особенности изучаемых социальных и экономических процессов. То есть, применяемый математический аппарат должен корректно отражать суть моделируемых соцально-экономических отношений.
В модель должны входить измеримые величины.
Переменные, параметры и операторы преобразования исследуемых моделей должны иметь четкую социально- и технико-экономическую интерпретацию в терминах моделируемых объектов.

Современные экономико-математические модели, как правило, ориентированы на исследования с использованием современных информационных технологий.

В структуре любой экономико-математической модели можно выделить следующие основные компоненты:

совокупность независимых (экзогенных) переменных ;
совокупность зависимых (эндогенных) переменных ;
совокупность параметров модели ;
оператор .

Процесс функционирования модели описывается оператором, который преобразует экзогенные переменные в эндогенные в соответствии с соотношением:

В общем случае закон функционирования может быть задан в виде функции, логических условий, в алгоритмической форме, в виде таблицы или в виде словесного правила соответствия. Вид оператора зависит от различных факторов: от поставленной задачи, от степени изученности свойств объекта-оригинала, от разработанности соответствующего математического аппарата, от степени удобства использования. Основными требованиями к модели являются, с одной стороны, достаточная адекватность используемого математического аппарата свойствам и процессам, протекающим в объекте моделирования, а с другой стороны, достаточная простота, позволяющая при разумных затратах получить достаточно точное решение.

Модели, в которых описывается моментальное состояние моделируемого объекта, называются статистическими. Антиподами их, то есть моделями, в которых рассматривается развитие моделируемого процесса во времени, являются модели, называемые динамическими.

Модели, предназначенные для нахождения возможного состояния объекта исследования, являются чисто исследовательскими. Антиподами их являются модели, предназначенные для нахождения желательного состояния объекта исследования, их называют нормативными.

Модели, в которых параметры представлены детерминированными величинами, относятся к детерминированным. Модели же, в которых хотя бы часть параметров представлена случайными величинами, относятся к стохастическим (отражающими случайные процессы и явления).

В зависимости от представления в модели переменных (непрерывные или дискретные величины) выделяются классы непрерывных и дискретных моделей. Естественно, что существуют и дискретно-непрерывные модели.

Если модель содержит только эндогенные переменные (внутренние факторы), её относят к закрытым моделям. В противоположность к закрытым моделям, модели, имеющие экзогенные переменные (внешние факторы), относят к открытым моделям. Открытые модели позволяют анализировать влияние экзогенных (внешних) факторов на объект исследования.

В качестве базовых методологических принципов в моделировании используются системный подход и системный анализ.

Содержание