Схема транспортных путей перемещения химически элементов кругооборота в природе, связанных с атмосферным составом
Научное моделирование — процесс исследования реального мира с помощью создания абстрактных, концептуальных, графических и/или математических моделей. Наука предлагает растущее собрание методов, методов и теории обо всех видах специализированного научного моделирования. Научная модель может обеспечить путь лёгкого прочтения элементов, которые были сломаны в более простой форме.
Моделирование — существенная и неотделимая часть всей научной деятельности, и много научных дисциплин имеют их собственные идеи об определенных типах моделирования. Есть небольшая общая теория о научном моделировании, предлагаемая философией науке — теория систем, и новые области как визуализация знания.[1]
Научные основы моделирования
Модель
Научная модель стремится представить эмпирические объекты, явления, и физические процессы логическим и объективным способом. Все модели находятся в изображениях, то есть, в упрощённом размышлении действительности, но несмотря на их врожденную ошибочность, они однако чрезвычайно полезны [2]. Строение и обсуждение моделей фундаментальны для научного подхода. Полное и истинное представление может быть невозможным (см. непредставительную теорию [1]), но научные дебаты часто касаются того, что является лучшей моделью для данной задачи, типа самой точной модели климата для сезонного прогноза[3].
Попытки формализовать принципы эмпирических наук, используя интерпретацию, чтобы моделировать действительность, таким же образом логичны, как аксиоматические (axiomatize) принципы логики. Цель этих попыток состоит в том, чтобы строить формальную систему, для которой действительность является единственной интерпретацией [2]. Мир — интерпретация (или модель) этих наук, только поскольку эти науки верны[4].
Для учёного модель — также путь, которым человек думал о том, что процессы могут быть усилены[5]. Например, модели, которые представлены в программном обеспечении, позволяют учёным усиливать вычислительную власть моделирования, визуализировать, управлять и получать интуицию о юридическом лице, явлении или представляемом процессе. Такие компьютерные модели находятся в silico. Другие типы научной модели — модели в естественных условиях (живущий модели, типа лабораторных крыс [3]) и в пробирке (в стеклянной посуде, типа культуры ткани [4])[6].
Моделирование вместо прямого измерения и экспериментирования
Модели типично используются, когда это является или невозможным или непрактичным, чтобы создать экспериментальные условия, в которых ученые могут непосредственно измерить результаты. Прямое измерение результатов при условиях, которыми управляют (см. Научный метод) всегда будет более точным, чем моделируемые оценки результатов. Предсказывания результатов, предположения использования моделей призводят в то время, когда отсутствуют измерения. С увеличением числа предположений в модели, точность и рациональность модели уменьшаются.
Моделирование языка
Язык моделирования [5] — любой искусственный язык [6], который может использоваться, чтобы выразить информацию или знание или системы в структуре, которая определена последовательным набором правил. Правила используются для интерпретации значения компонентов в структуре. Примеры моделирования языков — Язык Описания Архитектуры (ADL) [7] для описания и представления архитектуры системы [8], Объединенный Язык Моделирования (UML) [9] для систем программного обеспечения, IDEF [10] для процессов и VRML [11] 3D - стереомоделей компьютерной графики [12], разработанных особенно со Всемирной Паутиной в памяти [13].
Моделирование
Моделирование — построение модели. Устойчивое государственное моделирование обеспечивает информацию о системе во время (обычно в равновесия, если это существует). Динамическое моделирование обеспечивает информацию в течение длительного времени. Моделирование приводит модель в чувство и показывает, как специфический объект или явление будут вести себя. Это полезно для испытания, анализа или обучения, где системы реального мира или понятия могут быть представлены моделью.[7]
Структуирование
Структура [14] — фундаментальное и иногда неосязаемое понятие покрыть признание, наблюдение, природу, и стабильность образцов и отношений объектов. От устного описания основы метода [15], к детальному научному анализу свойств магнитных полей [16], понятие структуры — существенный фонд почти каждого способа запроса и открытия в философии науки, и искусстве.[8]
Система
Система [17] — ряд взаимодействующих или взаимозависимых объектов, реальных или абстрактных, формирующих интегрированное целое. Вообще, система — конструкция или собрание различных элементов, которые вместе могут произвести результаты, не доступные с одними элементами[9]. Понятие интегрированного целого может также быть заявлено в терминах системы, воплощающей ряд отношений, которые дифференцированы от отношений набора с другими элементами, и от отношений между элементами набора и элементами, не являющихся частью относительно режима. Есть два типа систем: 1) дискретный, в котором переменные изменяются мгновенно в отдельных пунктах во времени, 2) непрерывные системы, где государственные переменные изменяются непрерывно относительно времени[10].
Производство модели
Моделирование обращается к процессу производства модели как концептуальное представление некоторого явления. Как правило модель обращается только к некоторым аспектам рассматриваемого явления, и две модели того же самого явления могут быть чрезвычайно отличными, где различие является большим, чем только простое переименование. Это может произойти из-за отличающихся требований конечных пользователей модели или к концептуальным или эстетическим различиям modellers и решениями, принятыми в течение процесса моделирования. Эстетические рассмотрения, которые могут влиять на структуру [18] модели, могли бы быть предпочтением модельеров с уменьшенной онтологии [19] (процесс представления знаний о реальном мире при моделировании), предпочтением относительно вероятностных моделей в отношении детерминированных, дискретных моделей против непрерывного времени и т.д. По этой причине пользователи образцовой потребности должны понимать оригинальную цель модели и предположения о ее законности [цитата, необходимая].
Процесс оценки модели
Модель оценена прежде всего ее последовательностью к эмпирическим данным; любая модель, непоследовательная с восстанавливаемыми наблюдениями должна быть изменена или отклонена. Однако, использование только эмпирических данных не достаточно для модели, которая будет принята как действительная.
Другие факторы, важные в оценке модели включают:[цитата, необходимая]
- Способность объяснять прошлые наблюдения
- Способность предсказывать будущие наблюдения
- Стоимость использования, особенно в комбинации с другими моделями
- Refutability, позволяя оценку степени веры модели
- Простота, или даже эстетическое обращение
Люди могут попытаться определить количество оценок модели, используя сервисную функцию [20].
Визуализация
Визуализация — методы создания изображений, диаграмм, мультипликаций и т.д., для более ясного иллюстрирования мысли или сообщения. Визуализация через визуальные образы была эффективным способом сообщить и абстрактные и конкретные идеи с начала эволюции человека. Примеры из истории включают наскальные рисунки [21], Египетские иероглифы [22], греческую геометрию [23], и Леонардо дa Винчи [24] с его революционными методами технического рисунка для разработки и научных целей.
Типы научного моделирования
Моделирование бизнес-процесса
Абстракция для моделирования Бизнес-процесса [11]
В бизнес-процессе, моделируя модель процесса предприятия часто упоминается как модель бизнес-процесса [25]. Модели процесса — основные понятия в дисциплине разработки процесса.
Модели процесса:
- Процессы той же самой природы, которые классифицированы вместе в модель.
- Описание процесса на уровне типового.
- Когда модель процесса — на уровне типового, процесс — его экземпляр.
Та же самая модель процесса, которая используется неоднократно для развития многих заявлений, имеет много экземпляров.
Одно возможное использование модели процесса должно предписать, как вещи must/should/could, должно быть сделано отличающимся от непосредственного процесса, который является действительным, что случается. Модель процесса — это примерное ожидание того, на что будет похож процесс. То, чем должен быть процесс, будет определено в течение фактического развития системы.[12]
Другие типы
|
|
|
Применение
Моделирование и симуляция
Одно заявление научного моделирования — область Моделирования и Симуляции, вообще называется M&S.[12] M&S имеет спектр заявлений, которые располагаются согласно развития понятия и анализа от экспериментирования, измерения и проверки, до анализа распоряжения. Проекты и программы могут использовать сотни различных моделирований, тренажеров и моделированные инструменты анализа.
Пример интегрированного использования Моделирования и симуляции в управлении цикла жизни Защиты. Моделирование и моделирование в этом изображении представлены в центре изображения с этими тремя контейнерами.[13]
Показы фигуры, как Моделирование и Симуляция используются как центральная часть интегрированной программы в процессе развития способности защиты.[6]
Смотри также
А Общие определения
- Физическая модель
- Математическая модель
- Дискретная модель
- Натурная модель
- Алгебраическая система
- Концептуальная модель
- Аналитичнеская модель
- моделирование
Б. Моделирование в естественных науках:
- модель Баклея-Леверетта,
- модель Бернадского,
- модель Бингама,
- модель газожидкостного потока,
- модель дрейфа,
- модель Маскета-Мереса,
- модель пласта,
- модель месторождения (объекта разработки)
- модель потока дрейфа,
- модель промышленно-геологическая,
- модель Рапопорта-Лиса,
- модель Рейнольдса-Буссинеска,
- модель жидкости,
- модель движения двухфазных систем,
- модель телесная,
- модель Шведова.
Примечания
- ↑ http://en.wikipedia.org/wiki/Scientific_model
- ↑ Box, George E.P. & Draper, N.R. (1987). [Empirical Model-Building and Response Surfaces.] Wiley. p. 424
- ↑ Hagedorn, R. et al. (2005) http://www.ecmwf.int/staff/paco_doblas/abstr/tellus05_1.pdf Tellus 57A:219-233
- ↑ edited by Hans Freudenthal (1951), The Concept and the Role of the Model in Mathematics and Natural and Social Sciences, p. 8-9
- ↑ C. West Churchman, The Systems Approach, New York: Dell publishing, 1968, p.61
- ↑ What is a model?
- ↑ Systems Engineering Fundamentals. Defense Acquisition University Press, 2003.
- ↑ Pullan, Wendy (2000). Structure. Cambridge: Cambridge University Press. ISBN 0521782589
- ↑ Fishwick PA. (1995). Simulation Model Design and Execution: Building Digital Worlds. Upper Saddle River, NJ: Prentice Hall.
- ↑ Sokolowski, J.A.,Banks, C.M.(2009). Principles of Modeling and Simulation. Hoboken, NJ: John Wiley and Sons.
- ↑ Colette Rolland (1993). "Modeling the Requirements Engineering Process." in: 3rd European-Japanese Seminar on Information Modelling and Knowledge Bases, Budapest, Hungary, June 1993.
- ↑ C. Rolland and C. Thanos Pernici (1998). "A Comprehensive View of Process Engineering". In: Proceedings of the 10th International Conference CAiSE'98, B. Lecture Notes in Computer Science 1413, Pisa, Italy, Springer, June 1998.
- ↑ Systems Engineering Fundamentals. Defense Acquisition University Press, 2003.