Tudományos modellezés

Modellezés a közvetlen mérés és kísérletezés helyettesítéséreSzerkesztés

A modelleket általában akkor alkalmazzák, ha lehetetlen vagy nem praktikus olyan kísérleti feltételeket létrehozni, amelyekben a tudósok közvetlenül mérhetik az eredményeket . Az eredmények ellenőrzött körülmények között történő közvetlen mérése (lásd: Tudományos módszer) mindig megbízhatóbb lesz, mint az eredmények modellezett becslése.

A modellezésen és a szimuláción belül a modell feladatvezérelt, céltudatos leegyszerűsítése és absztrakciója az érzékelésnek fizikai, jogi és kognitív kényszerek alakítják. Feladat-vezérelt, mert egy modellt egy bizonyos kérdés vagy feladat szem előtt tartásával rögzítenek. Az egyszerűsítések elhagyják az összes ismert és megfigyelt entitást és azok kapcsolatát, amelyek nem fontosak a feladat szempontjából. Az absztrakció a fontos, de nem szükséges információkat ugyanolyan részletességgel összesíti, mint az érdeklődés tárgya. Mindkét tevékenység, az egyszerűsítés és az absztrakció céltudatosan történik. Ezeket azonban a valóság felfogása alapján végzik. Ez a felfogás már önmagában is modell, mivel fizikai kényszerrel jár. Vannak olyan korlátozások is, amelyeket legálisan képesek vagyunk megfigyelni a jelenlegi eszközeinkkel és módszereinkkel, valamint a kognitív korlátozások, amelyek korlátozzák azt, amit a jelenlegi elméleteinkkel meg tudunk magyarázni. Ez a modell magában foglalja a fogalmakat, viselkedésüket és kapcsolataik informális formáját, és gyakran fogalmi modellként emlegetik. A modell kivitelezéséhez számítógépes szimulációként kell megvalósítani. Ehhez több választás szükséges, például numerikus közelítések vagy heurisztika használata. Mindezen ismeretelméleti és számítási korlátok ellenére a szimulációt a tudományos módszerek harmadik pillérének ismerik el: elméletépítés, szimuláció és kísérletezés.

SimulationEdit

A szimuláció a megvalósítás egyik módja a modell, amelyet gyakran alkalmaznak, ha a modell túl bonyolult az analitikai megoldáshoz. Az egyensúlyi állapotú szimuláció egy adott pillanatban ad információt a rendszerről (általában egyensúlyban, ha ilyen állapot létezik). A dinamikus szimuláció idővel információt szolgáltat. Egy szimuláció megmutatja, hogyan fog viselkedni egy adott tárgy vagy jelenség. Egy ilyen szimuláció hasznos lehet teszteléshez, elemzéshez vagy képzéshez azokban az esetekben, amikor a valós rendszereket vagy koncepciókat modellekkel lehet ábrázolni.

StructureEdit

A struktúra alapvető és néha megfoghatatlan fogalom, amely magában foglalja az entitások mintáinak és kapcsolatainak felismerését, megfigyelését, természetét és stabilitását. A gyermek hópelyhének szóbeli leírásától a mágneses mezők tulajdonságainak részletes tudományos elemzéséig a szerkezet fogalma a tudomány, a filozófia és a művészet szinte minden kutatási és felfedezési módjának alapvető alapja.

SystemsEdit

A rendszer kölcsönhatásban lévő vagy egymástól függő, valós vagy absztrakt entitások összessége, amely integrált egészet alkot. Általában a rendszer egy olyan konstrukció vagy különböző elemek gyűjteménye, amelyek együttesen eredményeket hozhatnak Az “integrált egész” fogalma meghatározható egy olyan rendszer kifejezésével is, amely a halmaz más elemekhez viszonyított kapcsolataitól megkülönböztetett kapcsolati halmazt testesíti meg, és kapcsolatokat képez a halmaz egyik eleme között. Kétféle típusú rendszermodell létezik: 1) diszkrét, amelyben a változók külön-külön az időpontokban azonnal változnak, és 2) folytonosak, ahol az állapotváltozók megváltoznak c az idő függvényében folyamatosan.

A modelEdit létrehozása

A modellezés a modell előállításának folyamata, mint valamilyen jelenség fogalmi ábrázolása. Általában egy modell csak a szóban forgó jelenség néhány aspektusával foglalkozik, és ugyanannak a jelenségnek két modellje lényegében különbözhet – vagyis a köztük lévő különbségek nem csupán az összetevők egyszerű átnevezését tartalmazzák.

Az ilyen különbségek oka lehet a modell végfelhasználóinak eltérő követelményei, vagy a modellezők közötti koncepcionális vagy esztétikai különbségek, valamint a modellezési folyamat során meghozott esetleges döntések. a modellező előnyben részesíti a csökkentett ontológiát, a statisztikai modellekkel szembeni preferenciákat a determinisztikus modellekkel szemben, a diszkrét és a folyamatos időt, stb.

A modell felépítése absztrakciót igényel. Feltételezéseket használunk a modellezésben annak érdekében, hogy meghatározzuk a modell alkalmazási területét. Például a speciális relativitáselmélet inerciális referenciakeretet feltételez. Ezt a feltételezést kontextusba helyezték és tovább magyarázta a relativitáselmélet általános elmélete.A modell pontos előrejelzéseket tesz, ha feltételezései érvényesek, és előfordulhat, hogy nem fog pontosan megjósolni, ha feltételezései nem teljesülnek. Az ilyen feltételezések gyakran azok a pontok, amelyekkel a régebbi elméletek újakkal járnak (az általános relativitáselmélet nem inerciális referenciakeretekben is működik).

A modelEdit értékelése

A modellt elsősorban az empirikus adatokkal való összhangja alapján értékelik; minden olyan modellt, amely nem felel meg a reprodukálható megfigyeléseknek, módosítani kell vagy el kell utasítani. A modell módosításának egyik módja annak a tartománynak a korlátozása, amelyen keresztül annak érvényességét tulajdonítják. Ilyen például a newtoni fizika, amely rendkívül hasznos, kivéve az univerzum nagyon kicsi, nagyon gyors és nagyon hatalmas jelenségeit. Az empirikus adatokhoz való illeszkedés azonban önmagában nem elegendő ahhoz, hogy a modell érvényesnek minősüljön. A modell értékelésénél további fontos tényezők:

• Képesség megmagyarázni a múltbeli megfigyeléseket
• Képesség megjósolni a jövőbeni megfigyeléseket
• Használat költségei, különösen kombinációban más modellekkel
• Megcáfolhatóság, amely lehetővé teszi a modellbe vetett bizalom mértékének megbecsülését
• Egyszerűség vagy akár esztétikai vonzerő

Az emberek megpróbálhatják számszerűsítse a modell kiértékelését egy segédfunkció segítségével.

VisualizationEdit

A vizualizálás bármely technika kép, diagram vagy animáció létrehozására az üzenet közlésére. A vizuális képek segítségével történő megjelenítés az ember hajnala óta hatékony módja az elvont és a konkrét ötletek kommunikációjának. Példák a történelemre: barlangrajzok, egyiptomi hieroglifák, görög geometria és Leonardo da Vinci forradalmi technikai rajzolási módszerei mérnöki és tudományos célokra.

Space mappingEdit

Az űrtérkép a olyan módszertan, amely egy “kvázi globális” modellezési formulát alkalmaz a társ “durva” (ideális vagy alacsony hűségű) és a különböző összetettségű “finom” (praktikus vagy nagy hűségű) modellek összekapcsolására. A mérnöki optimalizálás során az űrtérképezés igazítja (térképek) ) egy nagyon gyors durva modell és a hozzá kapcsolódó, költségesen kiszámítható finom modell, hogy elkerülhető legyen a finom modell közvetlen drága optimalizálása. Az igazítási folyamat iteratív módon finomítja a “leképezett” durva modellt (helyettesítő modell).