Tieteellinen mallinnus

Mallinnus suorien mittausten ja kokeiden korvikkeenaMuokkaa

Malleja käytetään tyypillisesti silloin, kun on joko mahdotonta tai epäkäytännöllistä luoda koeolosuhteita, joissa tutkijat voivat suoraan mitata tuloksia . Tulosten suora mittaaminen kontrolloiduissa olosuhteissa (ks. Tieteellinen menetelmä) on aina luotettavampi kuin mallinnetut tulosennusteet.

Mallinnuksessa ja simulaatiossa malli on tehtävälähtöinen, tarkoituksenmukainen yksinkertaistaminen ja käsityksen abstraktio. todellisuuden, jonka muokkaavat fyysiset, oikeudelliset ja kognitiiviset rajoitteet. Se on tehtävälähtöinen, koska malli kaapataan tietty kysymys tai tehtävä mielessä. Yksinkertaistukset jättävät kaikki tunnetut ja havaitut entiteetit ja niiden suhteet ulkopuolelle, jotka eivät ole tärkeitä tehtävän kannalta. Abstraktio kerää tärkeät, mutta tarpeettomat tiedot samalla yksityiskohdalla kuin kiinnostava kohde. Molemmat toiminnot, yksinkertaistaminen ja abstraktio, tehdään tarkoituksenmukaisesti. Ne tehdään kuitenkin todellisuuden käsityksen perusteella. Tämä käsitys on jo itsessään malli, koska siihen liittyy fyysinen rajoitus. Siellä on myös rajoituksia sille, mitä pystymme noudattamaan laillisesti nykyisillä työkaluillamme ja menetelmillämme, ja kognitiiviset rajoitukset, jotka rajoittavat sitä, mitä voimme selittää nykyisillä teorioillamme. Tämä malli käsitteet, niiden käyttäytymisen ja suhteiden epävirallisen muodon, ja sitä kutsutaan usein käsitteelliseksi malliksi. Mallin toteuttamiseksi se on toteutettava tietokonesimulaationa. Tämä vaatii enemmän valintoja, kuten numeerisia likiarvoja tai heuristiikan käyttöä. Kaikista näistä epistemologisista ja laskennallisista rajoituksista huolimatta simulointi on tunnustettu tieteellisten menetelmien kolmanneksi pilariksi: teorian rakentaminen, simulointi ja kokeilu.

SimulationEdit

Simulaatio on tapa toteuttaa malli, jota käytetään usein, kun malli on liian monimutkainen analyyttistä ratkaisua varten. Vakaan tilan simulaatio antaa tietoa järjestelmästä tietyllä ajanhetkellä (yleensä tasapainossa, jos sellainen tila on). Dynaaminen simulaatio tarjoaa tietoa ajan myötä. Simulaatio osoittaa, kuinka tietty esine tai ilmiö käyttäytyy. Tällaisesta simulaatiosta voi olla hyötyä testauksessa, analyysissä tai koulutuksessa niissä tapauksissa, joissa reaalimaailman järjestelmiä tai käsitteitä voidaan edustaa malleilla.

StructureEdit

Rakenne on perustavanlaatuinen ja joskus aineeton käsite, joka kattaa entiteettien ja suhteiden tunnistamisen, havainnon, luonteen ja vakauden. Rakenteen käsite on olennainen perusta melkein jokaiselle tieteen, filosofian ja taiteen tutkimis- ja löytötavalle lapsen sanallisesta lumihiutaleen kuvauksesta magneettikenttien ominaisuuksien yksityiskohtaiseen tieteelliseen analyysiin.

SystemsEdit

Järjestelmä on joukko vuorovaikutuksessa olevia tai toisistaan riippuvia, todellisia tai abstrakteja kokonaisuuksia, jotka muodostavat integroidun kokonaisuuden. Yleensä järjestelmä on rakenne tai kokoelma eri elementtejä, jotka yhdessä voivat tuottaa tuloksia ”integroidun kokonaisuuden” käsite voidaan sanoa myös järjestelmänä, joka ilmentää joukkoa suhteita, jotka eroavat joukon suhteista muihin elementteihin, ja muodostavat suhteita joukon elementin välille. ja elementtejä, jotka eivät ole osa relaatiojärjestelmää. Järjestelmämalleja on kahdenlaisia: 1) diskreetti, jossa muuttujat muuttuvat välittömästi erillisissä ajankohdissa ja 2) jatkuvat, kun tilamuuttujat muuttuvat c ajan suhteen jatkuvasti.

ModelEdit -ominaisuuden luominen

Mallintaminen on mallin luominen prosessina jonkin käsitteen käsitteellisenä esityksenä. Tyypillisesti malli käsittelee vain joitain kyseisen ilmiön näkökohtia, ja kaksi saman ilmiön mallia voivat olla olennaisesti erilaisia – toisin sanoen, että niiden väliset erot käsittävät muutakin kuin vain yksinkertaisen komponenttien uudelleennimeämisen.

Tällaiset erot voivat johtua mallin loppukäyttäjien erilaisista vaatimuksista, mallintajien käsitteellisistä tai esteettisistä eroista sekä mallinnusprosessin aikana tehdyistä ehdollisista päätöksistä. Mallin rakenteeseen mahdollisesti vaikuttavia näkökohtia voidaan harkita mallintajan suosimus supistetulle ontologialle, mieltymykset tilastollisista malleista verrattuna deterministisiin malleihin, diskreetti vs. jatkuva aika jne. Mallin käyttäjien on joka tapauksessa ymmärrettävä tehdyt oletukset, jotka liittyvät mallin pätevyyteen tietyssä käytössä.

Mallin rakentaminen vaatii abstraktiota. Oletuksia käytetään mallinnuksessa mallin sovellusalueen määrittämiseksi. Esimerkiksi erityisessä suhteellisuusteoriassa oletetaan inertiaalinen viitekehys. Tämä oletus kontekstualisoitiin ja selitettiin edelleen yleisellä suhteellisuusteorialla.Malli antaa tarkkoja ennusteita, kun sen oletukset ovat päteviä, eikä se välttämättä tee tarkkoja ennusteita, kun sen oletukset eivät pidä paikkaansa. Tällaiset oletukset ovat usein kohta, jossa vanhemmat teoriat seuraavat uusia (yleinen suhteellisuusteoria toimii myös ei-inertiaalisissa viitekehyksissä).

modelEdit -arviointi

Malli arvioidaan ennen kaikkea sen johdonmukaisuudesta empiirisen datan kanssa; kaikki mallit, jotka eivät ole yhteensopivia toistettavien havaintojen kanssa, on muutettava tai hylättävä. Yksi tapa muokata mallia on rajoittaa sitä aluetta, jolla se hyvitetään. Esimerkkinä tästä on Newtonin fysiikka, joka on erittäin hyödyllinen lukuun ottamatta maailmankaikkeuden hyvin pieniä, erittäin nopeita ja hyvin massiivisia ilmiöitä. Pelkkä soveltuvuus empiirisiin tietoihin ei kuitenkaan riitä mallin hyväksymiseksi päteväksi. Muita mallin arvioinnissa tärkeitä tekijöitä ovat:

• Kyky selittää aikaisempia havaintoja
• Kyky ennustaa tulevia havaintoja
• Käyttökustannukset, erityisesti yhdistelmänä muiden mallien kanssa
• Kumoamiskelpoisuus, mallin luottamuksen asteen arvioinnin mahdollistaminen
• Yksinkertaisuus tai jopa esteettinen vetovoima

Ihmiset voivat yrittää kvantifioi mallin arvio hyödyllisyysfunktiolla.

VisualizationEdit

Visualisointi on mikä tahansa tekniikka kuvien, kaavioiden tai animaatioiden luomiseksi viestin välittämiseksi. Visualisointi visuaalisten kuvien avulla on ollut tehokas tapa kommunikoida sekä abstrakteja että konkreettisia ideoita ihmisen aamunkoitosta lähtien. Esimerkkejä historiasta ovat luolamaalaukset, egyptiläiset hieroglyfit, kreikkalaisen geometrian ja Leonardo da Vincin vallankumoukselliset teknisen piirustuksen menetelmät insinööritarkoituksiin ja tieteellisiin tarkoituksiin.

AvaruuskartoitusEdit

Avaruukartoitus viittaa metodologia, joka käyttää ”lähes globaalia” mallinnusformulaatiota yhdistämään kumppanin ”karkea” (ihanteellinen tai heikko tarkkuus) ”monimutkaisten” hienojen (käytännöllisten tai erittäin tarkkojen) mallien kanssa. Suunnittelun optimoinnissa tilankartoitus kohdistuu (kartat) ) erittäin nopea karkea malli ja siihen liittyvä kallis laskea hieno malli, jotta vältetään hienomallin suora kallis optimointi. Kohdistusprosessi tarkentaa iteratiivisesti ”kartoitettua” karkeaa mallia (sijaismalli).