科学的モデリング

直接測定と実験の代替としてのモデリング編集

モデルは通常、科学者が結果を直接測定できる実験条件を作成することが不可能または非現実的である場合に使用されます。 。制御された条件下での結果の直接測定（科学的方法を参照）は、結果のモデル化された推定よりも常に信頼性が高くなります。

モデリングとシミュレーションでは、モデルはタスク主導の意図的な単純化と知覚の抽象化です。物理的、法的、および認知的制約によって形作られる現実の。モデルは特定の質問またはタスクを念頭に置いてキャプチャされるため、タスク駆動型です。単純化すると、タスクにとって重要ではないすべての既知および観察されたエンティティとそれらの関係が除外されます。抽象化は、重要であるが必要ではない情報を、対象のオブジェクトと同じ詳細に集約します。単純化と抽象化の両方のアクティビティは、意図的に行われます。しかし、それらは現実の認識に基づいて行われます。この知覚は、物理的な制約が伴うため、それ自体がすでにモデルです。また、現在のツールと方法で合法的に観察できるものには制約があり、現在の理論で説明できるものを制限する認知的制約もあります。このモデルは、概念、それらの動作、およびそれらの関係の非公式な形式で構成され、しばしば概念モデルと呼ばれます。モデルを実行するには、コンピューターシミュレーションとして実装する必要があります。これには、数値近似やヒューリスティックの使用など、より多くの選択肢が必要です。これらすべての認識論的および計算上の制約にもかかわらず、シミュレーションは科学的方法の3番目の柱として認識されています：理論構築、シミュレーション、実験。

SimulationEdit

シミュレーションは実装方法です。モデル。モデルが分析ソリューションに対して複雑すぎる場合によく使用されます。定常状態シミュレーションは、特定の時点（通常、そのような状態が存在する場合は平衡状態）でのシステムに関する情報を提供します。動的シミュレーションは、時間の経過に伴う情報を提供します。シミュレーションは、特定のオブジェクトまたは現象がどのように動作するかを示します。このようなシミュレーションは、実際のシステムまたは概念をモデルで表すことができる場合のテスト、分析、またはトレーニングに役立ちます。

StructureEdit

構造は基本であり、場合によってはエンティティのパターンと関係の認識、観察、性質、および安定性をカバーする無形の概念。子供のスノーフレークの口頭での説明から、磁場の特性の詳細な科学的分析まで、構造の概念は、科学、哲学、芸術におけるほぼすべての調査と発見のモードの不可欠な基盤です。

SystemsEdit

システムは、実在または抽象の相互作用または相互依存するエンティティのセットであり、統合された全体を形成します。一般に、システムは、一緒に結果を生成できるさまざまな要素の構造またはコレクションです。 「統合された全体」の概念は、他の要素に対するセットの関係とは区別され、セットの要素間の関係を形成する関係のセットを具体化するシステムの観点からも述べることができます。システムモデルには、1）変数が別々の時点で瞬時に変化する離散、および2）状態変数が変化する連続の2つのタイプがあります。時間に関して継続的に。

modelEditの生成

モデリングは、ある現象の概念表現としてモデルを生成するプロセスです。通常、モデルは問題の現象の一部の側面のみを扱い、同じ現象の2つのモデルは本質的に異なる場合があります。つまり、それらの違いは、コンポーネントの単なる名前の変更以上のものを含みます。

このような違いは、モデルのエンドユーザーの要件の違い、モデラー間の概念的または美的違い、およびモデリングプロセス中に行われた偶発的な決定が原因である可能性があります。モデルの構造に影響を与える可能性のある考慮事項は次のとおりです。縮小されたオントロジーに対するモデラーの好み、統計モデルと決定論的モデル、離散時間と連続時間などに関する好み。いずれの場合も、モデルのユーザーは、特定の用途に対するその有効性に関連する仮定を理解する必要があります。

モデルの構築には抽象化が必要です。モデルの適用領域を指定するために、モデル化では仮定が使用されます。たとえば、特殊相対性理論は慣性座標系を想定しています。この仮定は文脈化され、一般相対性理論によってさらに説明されました。モデルは、その仮定が有効な場合は正確な予測を行い、その仮定が成り立たない場合は正確な予測を行わない可能性があります。このような仮定は、古い理論が新しい理論に引き継がれるポイントになることがよくあります（一般相対性理論は非慣性参照フレームでも機能します）。

モデルの評価編集

モデルは、何よりもまず、経験的データとの一貫性によって評価されます。再現性のある観察結果と矛盾するモデルは、変更または拒否する必要があります。モデルを変更する1つの方法は、有効性が高いと見なされるドメインを制限することです。その好例がニュートン物理学です。これは、宇宙の非常に小さく、非常に速く、非常に大規模な現象を除いて、非常に便利です。ただし、モデルが有効であると認められるには、経験的データへの適合だけでは不十分です。モデルを評価する上で重要なその他の要因は次のとおりです。

• 過去の観察結果を説明する能力
• 将来の観察結果を予測する能力
• 特に組み合わせて使用するコスト他のモデルとの併用
• 反証可能性、モデルの信頼度の推定を可能にする
• 単純さ、さらには美的魅力

人々はユーティリティ関数を使用してモデルの評価を定量化します。

VisualizationEdit

視覚化は、メッセージを伝達するための画像、図、またはアニメーションを作成するためのあらゆる手法です。視覚的イメージによる視覚化は、人間の黎明期から抽象的なアイデアと具体的なアイデアの両方を伝えるための効果的な方法でした。歴史の例としては、洞窟壁画、エジプトの象形文字、ギリシャの幾何学、レオナルドダヴィンチの工学的および科学的目的のための革新的な製図方法があります。

スペースマッピング編集

スペースマッピングとは「準グローバル」モデリング定式化を使用して、コンパニオンの「粗い」（理想的または低忠実度）をさまざまな複雑さの「細かい」（実用的または高忠実度）モデルにリンクする方法論。エンジニアリングの最適化では、空間マッピングが調整されます（マップ）非常に高速な粗いモデルと、それに関連する計算に費用のかかる細かいモデルを使用して、細かいモデルの直接的な高価な最適化を回避します。位置合わせプロセスにより、「マッピングされた」粗いモデル（代理モデル）が繰り返し改良されます。