Міністерство загальної та професійної освіти
Російської Федерації
Пермський державний педагогічний університет
Кафедра філософії
Хеннер Євген Карлович,
Професор, д-р ф-м наук
Реферат представлений в якості вступного до кандидатського іспиту з філософії
Перм
ЗМІСТ
ВСТУП.
Історія моделювання як методу пізнання.
Моделювання як пізнавальний прийом невіддільне від розвитку знання. Практично у всіх науках про природу, живої та неживої, про суспільство, побудова та використання моделей є потужним знаряддям пізнання. Реальні об'єкти і процеси бувають настільки багатогранні і складні, що кращим способом їх вивчення часто є побудова моделі, що відображає якусь межу реальності і тому багато разів більш простий, ніж ця реальність, і дослідження спочатку цієї моделі.
Багатовіковий досвід розвитку науки довів на практиці плідність такого підходу.
Проте моделювання як специфічний засіб і форма наукового пізнання не є винаходом 19 або 20 століття.
Досить вказати на подання Демокpіта і Епікура про атоми, їх формі, і способах з'єднання, про атомні вихорах і зливах, пояснення фізичних властивостей різних речовин за допомогою подання про круглі і гладких або гачкуватих частинках, зчеплених між собою. Ці уявлення є прообразами сучасних моделей, що відображають ядеpно-електронним будова атома речовини [5].
По суті, моделювання як форма відображення дійсності зароджується в античну епоху одночасно з виникненням наукового пізнання. Однак у виразній формі (хоча без вживання самого терміна) моделювання починає широко використовуватися в епоху Відродження; Брунеллески, Мікеланджело та інші італійські архітектори і скульптори користувалися моделями проектованих ними споруд; в теоретичних же роботах Г. Галілея і Леонардо да Вінчі не тільки використовуються моделі, але і з'ясовуються межі застосовності методу моделювання.
І. Ньютон користується цим методом уже цілком усвідомлено, а в 19 столітті важко назвати галузь науки або її додатків, де моделювання не мало б істотного значення; виключно велику методологічну роль зіграли в цьому відношенні роботи Кельвіна, Дж. Максвелла, Ф. А. Кекуле , А. М. Бутлерова та інших фізиків і хіміків - саме ці науки стали, можна сказати, класичними «полігонами» методу моделювання. [1]
20 століття приніс методу моделювання нові успіхи, але одночасно поставив його перед серйозними випробуваннями. З одного боку, розвивається математичний апарат виявив нові можливості і перспективи цього методу в розкритті загальних закономірностей і структурних особливостей систем різної фізичної природи, що належать до різних рівнів організації матерії, форм руху. З іншого ж боку, теорія відносності і, особливо, квантова механіка, вказали на неабсолютними, відносний характер механічних моделей, на труднощі, пов'язані з моделюванням.
Поява перших електронних обчислювальних машин (Джон фон Нейман, 1947) і формулювання основних принципів кібернетики (Норберт Вінер, 1948) привели до воістину універсальної значущості нових методів - як в абстрактних областях знання, так і в їх додатках.
В кінці 40-х років в нашій країні кібернетика піддавалася масованим атакам. У літературі, в тому числі і в навчальних посібниках, стверджувалося, що це реакційна лженаука, поставлена на службу імперіалізму, яка намагається замінити мислячого, бореться людини машиною в побуті і на виробництві, використовується для розробки електронного зброї, і т.п.
Реабілітація кібернетики відбулася завдяки старанням кількох великих учених, перш за все А.А. Ляпунова, які відстоювали правомірність і матеріалістичність кібернетичного погляду на світ. [8,12]. Слідом за вченими це завдання взяли на себе професійні філософи [14] (Баженов, Бірюков, Новік, Жуков та інші). Це тим більш важливо підкреслити, оскільки багато напрямків у науці ще довго залишалися під ідеологічною забороною (наприклад, генетика). Під час «відлиги» стала інтенсивно розвиватися і та область кібернетики, яка згодом була усвідомлена як проблематика систем штучного інтелекту. [6]
Моделювання нині має загальнонауковий характер і застосовується в дослідженнях живої та неживої природи, в науках про людину і суспільство.
Численні факти, що свідчать про широке застосування методу моделювання в дослідженнях, деякі суперечності, які при цьому виникають, зажадали глибокого теоретичного осмислення даного методу пізнання, пошуків його місця в теорії пізнання.
Цим можна пояснити велику увагу, яка приділяється філософами різних країн цього питання у численних роботах.
1. Гносеологічна специфіка моделі та її визначення
На сьогоднішній момент немає усталеної загальноприйнятої точки зору на місце моделювання серед методів пізнання. Безліч думок дослідників, що займаються даним питанням, тим не менш, укладаються у деяку область, обмежену двома полярними думками. Одне з них розглядає моделювання як якийсь вторинний метод, підлеглий більш загальним (менш радикальний варіант тієї ж по суті позиції-моделювання розглядається виключно як різновид такого емпіричного методу пізнання як експеримент). Інша ж, навпаки, називає моделювання «головним і основним методом пізнання», на підтвердження наводиться теза, що «всяке знову досліджуване явище чи процес нескінченно складно і різноманітне і тому до кінця принципово не пізнавано і не ізучаема» [4].
Головною причиною виникнення таких різних позицій автору відсутність загальноприйнятого і усталеного в науці визначення моделювання. Нижче зроблена спроба аналізу декількох визначень терміну «моделювання» та безпосередньо пов'язаного з ним терміна «модель». Це цілком виправдано, оскільки переважна більшість джерел визначають моделювання як «дослідження процесів, явищ і систем об'єктів через побудову та вивчення їх моделей». Тобто найбільшу складність становить проблема визначення моделі.
Спершу виділимо визначення, яке пропонує Оксфордський Тлумачний Словник [26]. У ньому наведено сім визначень поняття «модель», з яких найбільший інтерес представляють два: «Модель - тривимірне уявлення суб'єкта, речі або структури; звичайно в зменшеному масштабі» і «Модель - спрощене опис певної системи для подальших розрахунків». Іншими словами, авторам не вдається виділити справжні істотні ознаки моделі і вони пропонують різні визначення для різних видів моделей (більш докладне обговорення класифікації моделей наведено нижче, тут же відзначимо, що перше Оксфордського «визначення» описує досить вузький клас предметних моделей, а друга лежить де -то в площині абстрактно-знакових моделей). Основна помилка даних визначень - їх вузькість, обсяг поняття «модель» незмірно більше, ніж запропонований авторами словника.
Подібна проблема (тільки в менш значних масштабах) виникає і при аналізі визначення «моделі» у Радянському Енциклопедичному Словнику (СЕС). Модель авторами розглядається двояко. У вузькому сенсі - це «пристрій, що відтворює, імітує будову і дія якого-небудь іншого (модельованого) пристрою в наукових, виробничих або практичних цілях» [18]. Знову-таки слово «пристрій», що зустрічається у визначенні автоматично призводить до звуження поняття «модель» як мінімум до поняття «матеріальна модель». Тим не менш, це визначення являє собою набагато більшу цінність, ніж перше визначення оксфордського словника, тому що містить усередині себе надзвичайно важливу (як буде показано далі) формулювання, що розкриває сутність моделювання - «будову і дію».
Друге визначення СЕС («Модель - будь-який образ якого-небудь об'єкта, процесу, явища, використовуваний в якості його заступника або представника), навпаки, є дуже широким. Складно припустити, що знімок ядерного вибуху може служити моделлю самого вибуху. У даному випадку, автори в прагненні до короткого, але місткої визначенням принесли в жертву сутність поняття «модель». Дане визначення відображає швидше зовнішні ознаки, якими володіє модель, але не її внутрішній зміст. Однак, раціональне зерно є і в цьому визначенні - за словом «образ» вгадується більш важливе (з філософської точки зору) поняття - «відображення».
Ще одне визначення «моделі» наведено у підручнику [13]: «Модель є представленням об'єкта в певній формі, відмінній від форми його реального існування». Фактично, воно майже збігається з «широким» визначенням СЕС, але й тут автори замінюють слово «відображення» синонімічним оборотом. Крім того, використання терміну «об'єкт» може бути виправдане в рамках шкільного (але не вузівського) підручника, але неприйнятно для повного визначення. Сучасна наука займається вивченням не стільки окремих самостійних елементів, скільки їх взаємодій. Тому більш виправдано використання у визначенні терміна «система», який вбирає в себе як окремі елементи, так і їх відносини і зв'язки.
У цілому ж, останні два визначення можна визнати цілком задовільними і користуватися ними.
Подальший шлях розвитку та покращення визначень пов'язаний з цілями методу моделювання. Більшість дослідників виділяють три [2,13]:
· Розуміння пристрої конкретної системи, її структури, властивостей, законів розвитку і взаємодії з навколишнім світом
· Управління системою, визначення найкращих способів управління при заданих цілях і критеріях
· Прогнозування прямих і непрямих наслідків реалізації заданих способів і форм впливу на систему
Всі три цілі мають на увазі в тій чи іншій мірі наявності механізму зворотного зв'язку, тобто необхідна можливість не тільки перенесення елементів, властивостей і відносин модельованої системи на моделює, але й навпаки.
У такому випадку, визначення моделювання може бути сформульовано так [14]:
«Моделювання-це опосередковане практичне або теоретичне дослідження об'єкта, при якому безпосередньо вивчається не сам цікавий для нас об'єкт, а деяка допоміжна штучна або природна система:
1) знаходиться в деякому об'єктивному відповідно до пізнаваним об'єктом;
2) здатна заміщати його в певних відносинах;
3) дає при її дослідженні, в кінцевому рахунку, інформацію про сам моделируемом об'єкті »
(Три перерахованих ознаки по суті є визначальними ознаками моделі)
Дане визначення, що належить І. Б. Новік і А. А. Ляпуновим, на думку автора роботи, є кращим з існуючих (точніше, з йому відомих), тому в даній роботі він буде дотримуватися і спиратися на нього. Єдине зауваження (швидше методологічного плану) полягає в тому, що автор розглядає відображення «об'єкт-система», замість «система-система». Даний недолік цілком простітелен, так як визначення дано понад 50 років тому, коли рівень науки відрізнялась від сучасної і теорія систем перебувала в стадії становлення.
Для порівняння наведемо ще два, більш сучасних, визначення «моделі».
Опpеделение І.Т. Фpолова:
«Моделиpование означає матеpіальное або уявне імітіpованіе pеально існуючої системи шляхом спеціального констpуіpованія аналогів (моделей), в котоpих воспpоизводится пpинцип Організацію і функціоніpованія цієї системи». [22] Тут в основі думка, що модель-сpедство пізнання, головний її пpизнак - отобpаженіе. У той же час механізм зворотного зв'язку (третя ознака у Ляпунова) чітко у визначенні не простежується.
У західній філософії еталонним є визначення, яке дає В.А. Штофф у своїй книзі «моделиpование і філософія»: «Під моделлю розуміється така подумки пpедставляется або матеpіально peалізуемая система, якому отобpажая або воспpоизводится об'єкт дослідження, здатна заміщати його так, що її вивчення дає нам нову КВАЛІФІКАЦІЙНА про цей об'єкт». [24, C .22] Воно практично повністю збігається з визначенням Новіка-Ляпунова, але має один недолік - у визначенні не міститься вказівок на відносний характер моделі.
Пpи подальшому pассмотpении моделей і пpоцесса моделиpования будемо виходити з того, що загальним властивістю всіх моделей є їх здатність так чи інакше отобpажать дійсність. У залежності від того, якими засобами, пpи яких умовах, по відношенню до яких об'єктів пізнання це їх загальна властивість pеализуется, виникає велика pазнообpазіе моделей, а разом з ним і пpоблема класифікації моделей.
2. Класифікація моделей та видів моделювання
Єдина класифікація видів моделювання скрутна чинності вже показаної багатозначності поняття «модель» у науці і техніці. Її можна проводити за різними підставами:
· За характером моделей (тобто за коштами моделювання);
· За характером об'єктів, що моделюються;
· По сферах додатка моделювання (моделювання в техніці, у фізичних науках, в хімії, моделювання процесів живого, моделювання психіки і т. п.)
· За рівнями («глибині») моделювання, починаючи, наприклад, з виділення у фізиці моделювання на мікрорівні (моделювання на рівнях дослідження, що стосуються елементарних частинок, атомів, молекул).
У зв'язку з цим будь-яка класифікація методів моделювання приречена на неповноту, тим більше, що термінологія в цій області спирається не стільки на «суворі» правила, скільки на мовні, наукові та практичні традиції, а ще частіше визначається у межах конкретного контексту і поза його ніякого стандартного значення не має.
Найбільш відомою є класифікація за характером моделей. Відповідно до неї розрізняють наступні п'ять видів моделювання [17]:
1. Предметне моделювання, при якому модель відтворює геометричні, фізичні, динамічні або функціональні характеристики об'єкта. Наприклад, модель мосту, греблі, модель крила літака і т.д.
2. Аналогове моделювання, при якому модель і оригінал описуються єдиним математичним співвідношенням. Прикладом можуть служити електричні моделі, що використовуються для вивчення механічних, гідродинамічних і акустичних явищ.
3. Знакова моделювання, при якому в ролі моделей виступають схеми, креслення, формули. Роль знакових моделей особливо зросла з розширенням масштабів застосування ЕОМ при побудові знакових моделей.
4. Із знаковою тісно пов'язане уявне моделювання, при якому моделі набувають подумки наочний характер. Прикладом може в даному випадку служити модель атома, запропонована свого часу Бором.
5. Нарешті, особливим видом моделювання є включення в експеримент не самого об'єкта, а його моделі, в силу чого останній набуває характеру модельного експерименту. Цей вид моделювання свідчить про те, що немає жорсткої межі між методами емпіричного і теоретичного пізнання.
Предметним називається моделювання, в ході якого дослідження ведеться на моделі, що відтворює основні геометричні, фізичні, динамічні та функціональні характеристики «оригіналу». На таких моделях вивчаються процеси, що відбуваються в оригіналі - об'єкт дослідження або розробки (вивчення на моделях властивостей будівельних конструкцій, різних механізмів, транспортних засобів і т. п.). Якщо модель і модельований об'єкт мають одну і ту ж фізичну природу, то говорять про фізичному моделюванні.
Явище (система, процес) може досліджуватися і шляхом досвідченого вивчення якого-небудь явища іншої фізичної природи, але такого, що воно описується тими ж математичними співвідношеннями, що і моделируемое явище. Наприклад, механічні та електричні коливання описуються одними і тими ж диференціальними рівняннями; тому за допомогою механічних коливань можна моделювати електричні та навпаки. Таке «предметно-математичне» (аналогове) моделювання широко застосовується для заміни вивчення одних явищ вивченням інших явищ, більш зручних для лабораторного дослідження, зокрема тому, що вони допускають вимір невідомих величин. Так, електричне моделювання дозволяє вивчати на електричних моделях механічні, гідродинамічні, акустичні та інші явища. Електричне моделювання лежить в основі аналогових обчислювальних машин (зараз, щоправда, практично не використовуються)
Російської Федерації
Пермський державний педагогічний університет
Кафедра філософії
Бризгалов Євген Володимирович
Аспірант кафедри інформатики та ОТ
Моделювання як метод пізнання навколишнього світу
Науковий керівникХеннер Євген Карлович,
Професор, д-р ф-м наук
Реферат представлений в якості вступного до кандидатського іспиту з філософії
Перм
ЗМІСТ
| Введення. Історія моделювання як методу пізнання ... ... ... ... ... | 3 |
| 1. Гносеологічна специфіка моделі та її визначення ... ... ... .... | 6 |
| 2. Класифікація моделей та видів моделювання ... ... ... ... ... ... ... | 12 |
| 3. Моделювання як засіб експериментального дослідження. | 18 |
| 4. Моделювання і проблема істини ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .. | 22 |
| Висновок ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... | 27 |
| Література ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... | 28 |
ВСТУП.
Історія моделювання як методу пізнання.
Моделювання як пізнавальний прийом невіддільне від розвитку знання. Практично у всіх науках про природу, живої та неживої, про суспільство, побудова та використання моделей є потужним знаряддям пізнання. Реальні об'єкти і процеси бувають настільки багатогранні і складні, що кращим способом їх вивчення часто є побудова моделі, що відображає якусь межу реальності і тому багато разів більш простий, ніж ця реальність, і дослідження спочатку цієї моделі.
Багатовіковий досвід розвитку науки довів на практиці плідність такого підходу.
Проте моделювання як специфічний засіб і форма наукового пізнання не є винаходом 19 або 20 століття.
Досить вказати на подання Демокpіта і Епікура про атоми, їх формі, і способах з'єднання, про атомні вихорах і зливах, пояснення фізичних властивостей різних речовин за допомогою подання про круглі і гладких або гачкуватих частинках, зчеплених між собою. Ці уявлення є прообразами сучасних моделей, що відображають ядеpно-електронним будова атома речовини [5].
По суті, моделювання як форма відображення дійсності зароджується в античну епоху одночасно з виникненням наукового пізнання. Однак у виразній формі (хоча без вживання самого терміна) моделювання починає широко використовуватися в епоху Відродження; Брунеллески, Мікеланджело та інші італійські архітектори і скульптори користувалися моделями проектованих ними споруд; в теоретичних же роботах Г. Галілея і Леонардо да Вінчі не тільки використовуються моделі, але і з'ясовуються межі застосовності методу моделювання.
І. Ньютон користується цим методом уже цілком усвідомлено, а в 19 столітті важко назвати галузь науки або її додатків, де моделювання не мало б істотного значення; виключно велику методологічну роль зіграли в цьому відношенні роботи Кельвіна, Дж. Максвелла, Ф. А. Кекуле , А. М. Бутлерова та інших фізиків і хіміків - саме ці науки стали, можна сказати, класичними «полігонами» методу моделювання. [1]
20 століття приніс методу моделювання нові успіхи, але одночасно поставив його перед серйозними випробуваннями. З одного боку, розвивається математичний апарат виявив нові можливості і перспективи цього методу в розкритті загальних закономірностей і структурних особливостей систем різної фізичної природи, що належать до різних рівнів організації матерії, форм руху. З іншого ж боку, теорія відносності і, особливо, квантова механіка, вказали на неабсолютними, відносний характер механічних моделей, на труднощі, пов'язані з моделюванням.
Поява перших електронних обчислювальних машин (Джон фон Нейман, 1947) і формулювання основних принципів кібернетики (Норберт Вінер, 1948) привели до воістину універсальної значущості нових методів - як в абстрактних областях знання, так і в їх додатках.
В кінці 40-х років в нашій країні кібернетика піддавалася масованим атакам. У літературі, в тому числі і в навчальних посібниках, стверджувалося, що це реакційна лженаука, поставлена на службу імперіалізму, яка намагається замінити мислячого, бореться людини машиною в побуті і на виробництві, використовується для розробки електронного зброї, і т.п.
Реабілітація кібернетики відбулася завдяки старанням кількох великих учених, перш за все А.А. Ляпунова, які відстоювали правомірність і матеріалістичність кібернетичного погляду на світ. [8,12]. Слідом за вченими це завдання взяли на себе професійні філософи [14] (Баженов, Бірюков, Новік, Жуков та інші). Це тим більш важливо підкреслити, оскільки багато напрямків у науці ще довго залишалися під ідеологічною забороною (наприклад, генетика). Під час «відлиги» стала інтенсивно розвиватися і та область кібернетики, яка згодом була усвідомлена як проблематика систем штучного інтелекту. [6]
Моделювання нині має загальнонауковий характер і застосовується в дослідженнях живої та неживої природи, в науках про людину і суспільство.
Численні факти, що свідчать про широке застосування методу моделювання в дослідженнях, деякі суперечності, які при цьому виникають, зажадали глибокого теоретичного осмислення даного методу пізнання, пошуків його місця в теорії пізнання.
Цим можна пояснити велику увагу, яка приділяється філософами різних країн цього питання у численних роботах.
1. Гносеологічна специфіка моделі та її визначення
На сьогоднішній момент немає усталеної загальноприйнятої точки зору на місце моделювання серед методів пізнання. Безліч думок дослідників, що займаються даним питанням, тим не менш, укладаються у деяку область, обмежену двома полярними думками. Одне з них розглядає моделювання як якийсь вторинний метод, підлеглий більш загальним (менш радикальний варіант тієї ж по суті позиції-моделювання розглядається виключно як різновид такого емпіричного методу пізнання як експеримент). Інша ж, навпаки, називає моделювання «головним і основним методом пізнання», на підтвердження наводиться теза, що «всяке знову досліджуване явище чи процес нескінченно складно і різноманітне і тому до кінця принципово не пізнавано і не ізучаема» [4].
Головною причиною виникнення таких різних позицій автору відсутність загальноприйнятого і усталеного в науці визначення моделювання. Нижче зроблена спроба аналізу декількох визначень терміну «моделювання» та безпосередньо пов'язаного з ним терміна «модель». Це цілком виправдано, оскільки переважна більшість джерел визначають моделювання як «дослідження процесів, явищ і систем об'єктів через побудову та вивчення їх моделей». Тобто найбільшу складність становить проблема визначення моделі.
Спершу виділимо визначення, яке пропонує Оксфордський Тлумачний Словник [26]. У ньому наведено сім визначень поняття «модель», з яких найбільший інтерес представляють два: «Модель - тривимірне уявлення суб'єкта, речі або структури; звичайно в зменшеному масштабі» і «Модель - спрощене опис певної системи для подальших розрахунків». Іншими словами, авторам не вдається виділити справжні істотні ознаки моделі і вони пропонують різні визначення для різних видів моделей (більш докладне обговорення класифікації моделей наведено нижче, тут же відзначимо, що перше Оксфордського «визначення» описує досить вузький клас предметних моделей, а друга лежить де -то в площині абстрактно-знакових моделей). Основна помилка даних визначень - їх вузькість, обсяг поняття «модель» незмірно більше, ніж запропонований авторами словника.
Подібна проблема (тільки в менш значних масштабах) виникає і при аналізі визначення «моделі» у Радянському Енциклопедичному Словнику (СЕС). Модель авторами розглядається двояко. У вузькому сенсі - це «пристрій, що відтворює, імітує будову і дія якого-небудь іншого (модельованого) пристрою в наукових, виробничих або практичних цілях» [18]. Знову-таки слово «пристрій», що зустрічається у визначенні автоматично призводить до звуження поняття «модель» як мінімум до поняття «матеріальна модель». Тим не менш, це визначення являє собою набагато більшу цінність, ніж перше визначення оксфордського словника, тому що містить усередині себе надзвичайно важливу (як буде показано далі) формулювання, що розкриває сутність моделювання - «будову і дію».
Друге визначення СЕС («Модель - будь-який образ якого-небудь об'єкта, процесу, явища, використовуваний в якості його заступника або представника), навпаки, є дуже широким. Складно припустити, що знімок ядерного вибуху може служити моделлю самого вибуху. У даному випадку, автори в прагненні до короткого, але місткої визначенням принесли в жертву сутність поняття «модель». Дане визначення відображає швидше зовнішні ознаки, якими володіє модель, але не її внутрішній зміст. Однак, раціональне зерно є і в цьому визначенні - за словом «образ» вгадується більш важливе (з філософської точки зору) поняття - «відображення».
Ще одне визначення «моделі» наведено у підручнику [13]: «Модель є представленням об'єкта в певній формі, відмінній від форми його реального існування». Фактично, воно майже збігається з «широким» визначенням СЕС, але й тут автори замінюють слово «відображення» синонімічним оборотом. Крім того, використання терміну «об'єкт» може бути виправдане в рамках шкільного (але не вузівського) підручника, але неприйнятно для повного визначення. Сучасна наука займається вивченням не стільки окремих самостійних елементів, скільки їх взаємодій. Тому більш виправдано використання у визначенні терміна «система», який вбирає в себе як окремі елементи, так і їх відносини і зв'язки.
У цілому ж, останні два визначення можна визнати цілком задовільними і користуватися ними.
Подальший шлях розвитку та покращення визначень пов'язаний з цілями методу моделювання. Більшість дослідників виділяють три [2,13]:
· Розуміння пристрої конкретної системи, її структури, властивостей, законів розвитку і взаємодії з навколишнім світом
· Управління системою, визначення найкращих способів управління при заданих цілях і критеріях
· Прогнозування прямих і непрямих наслідків реалізації заданих способів і форм впливу на систему
Всі три цілі мають на увазі в тій чи іншій мірі наявності механізму зворотного зв'язку, тобто необхідна можливість не тільки перенесення елементів, властивостей і відносин модельованої системи на моделює, але й навпаки.
У такому випадку, визначення моделювання може бути сформульовано так [14]:
«Моделювання-це опосередковане практичне або теоретичне дослідження об'єкта, при якому безпосередньо вивчається не сам цікавий для нас об'єкт, а деяка допоміжна штучна або природна система:
1) знаходиться в деякому об'єктивному відповідно до пізнаваним об'єктом;
2) здатна заміщати його в певних відносинах;
3) дає при її дослідженні, в кінцевому рахунку, інформацію про сам моделируемом об'єкті »
(Три перерахованих ознаки по суті є визначальними ознаками моделі)
Дане визначення, що належить І. Б. Новік і А. А. Ляпуновим, на думку автора роботи, є кращим з існуючих (точніше, з йому відомих), тому в даній роботі він буде дотримуватися і спиратися на нього. Єдине зауваження (швидше методологічного плану) полягає в тому, що автор розглядає відображення «об'єкт-система», замість «система-система». Даний недолік цілком простітелен, так як визначення дано понад 50 років тому, коли рівень науки відрізнялась від сучасної і теорія систем перебувала в стадії становлення.
Для порівняння наведемо ще два, більш сучасних, визначення «моделі».
Опpеделение І.Т. Фpолова:
«Моделиpование означає матеpіальное або уявне імітіpованіе pеально існуючої системи шляхом спеціального констpуіpованія аналогів (моделей), в котоpих воспpоизводится пpинцип Організацію і функціоніpованія цієї системи». [22] Тут в основі думка, що модель-сpедство пізнання, головний її пpизнак - отобpаженіе. У той же час механізм зворотного зв'язку (третя ознака у Ляпунова) чітко у визначенні не простежується.
У західній філософії еталонним є визначення, яке дає В.А. Штофф у своїй книзі «моделиpование і філософія»: «Під моделлю розуміється така подумки пpедставляется або матеpіально peалізуемая система, якому отобpажая або воспpоизводится об'єкт дослідження, здатна заміщати його так, що її вивчення дає нам нову КВАЛІФІКАЦІЙНА про цей об'єкт». [24, C .22] Воно практично повністю збігається з визначенням Новіка-Ляпунова, але має один недолік - у визначенні не міститься вказівок на відносний характер моделі.
Пpи подальшому pассмотpении моделей і пpоцесса моделиpования будемо виходити з того, що загальним властивістю всіх моделей є їх здатність так чи інакше отобpажать дійсність. У залежності від того, якими засобами, пpи яких умовах, по відношенню до яких об'єктів пізнання це їх загальна властивість pеализуется, виникає велика pазнообpазіе моделей, а разом з ним і пpоблема класифікації моделей.
2. Класифікація моделей та видів моделювання
Єдина класифікація видів моделювання скрутна чинності вже показаної багатозначності поняття «модель» у науці і техніці. Її можна проводити за різними підставами:
· За характером моделей (тобто за коштами моделювання);
· За характером об'єктів, що моделюються;
· По сферах додатка моделювання (моделювання в техніці, у фізичних науках, в хімії, моделювання процесів живого, моделювання психіки і т. п.)
· За рівнями («глибині») моделювання, починаючи, наприклад, з виділення у фізиці моделювання на мікрорівні (моделювання на рівнях дослідження, що стосуються елементарних частинок, атомів, молекул).
У зв'язку з цим будь-яка класифікація методів моделювання приречена на неповноту, тим більше, що термінологія в цій області спирається не стільки на «суворі» правила, скільки на мовні, наукові та практичні традиції, а ще частіше визначається у межах конкретного контексту і поза його ніякого стандартного значення не має.
Найбільш відомою є класифікація за характером моделей. Відповідно до неї розрізняють наступні п'ять видів моделювання [17]:
1. Предметне моделювання, при якому модель відтворює геометричні, фізичні, динамічні або функціональні характеристики об'єкта. Наприклад, модель мосту, греблі, модель крила літака і т.д.
2. Аналогове моделювання, при якому модель і оригінал описуються єдиним математичним співвідношенням. Прикладом можуть служити електричні моделі, що використовуються для вивчення механічних, гідродинамічних і акустичних явищ.
3. Знакова моделювання, при якому в ролі моделей виступають схеми, креслення, формули. Роль знакових моделей особливо зросла з розширенням масштабів застосування ЕОМ при побудові знакових моделей.
4. Із знаковою тісно пов'язане уявне моделювання, при якому моделі набувають подумки наочний характер. Прикладом може в даному випадку служити модель атома, запропонована свого часу Бором.
5. Нарешті, особливим видом моделювання є включення в експеримент не самого об'єкта, а його моделі, в силу чого останній набуває характеру модельного експерименту. Цей вид моделювання свідчить про те, що немає жорсткої межі між методами емпіричного і теоретичного пізнання.
Предметним називається моделювання, в ході якого дослідження ведеться на моделі, що відтворює основні геометричні, фізичні, динамічні та функціональні характеристики «оригіналу». На таких моделях вивчаються процеси, що відбуваються в оригіналі - об'єкт дослідження або розробки (вивчення на моделях властивостей будівельних конструкцій, різних механізмів, транспортних засобів і т. п.). Якщо модель і модельований об'єкт мають одну і ту ж фізичну природу, то говорять про фізичному моделюванні.
Явище (система, процес) може досліджуватися і шляхом досвідченого вивчення якого-небудь явища іншої фізичної природи, але такого, що воно описується тими ж математичними співвідношеннями, що і моделируемое явище. Наприклад, механічні та електричні коливання описуються одними і тими ж диференціальними рівняннями; тому за допомогою механічних коливань можна моделювати електричні та навпаки. Таке «предметно-математичне» (аналогове) моделювання широко застосовується для заміни вивчення одних явищ вивченням інших явищ, більш зручних для лабораторного дослідження, зокрема тому, що вони допускають вимір невідомих величин. Так, електричне моделювання дозволяє вивчати на електричних моделях механічні, гідродинамічні, акустичні та інші явища. Електричне моделювання лежить в основі аналогових обчислювальних машин (зараз, щоправда, практично не використовуються)
При знаковому моделюванні моделями служать знакові утворення будь-якого виду: схеми, графіки, креслення, формули, графи, слова і пропозиції в деякому алфавіті (природної або штучної мови)
Найважливішим видом знакового моделювання є математичне (логіко-математичне) моделювання, здійснюване засобами мови математики та логіки. Знакові освіти та їх елементи завжди розглядаються разом з певними перетвореннями, операціями над ними, які виконує людина або машина (перетворення математичних, логічних, хімічних формул, перетворення станів елементів цифрової машини, відповідних знаків машинної мови, та ін.) Сучасна форма «матеріальної реалізації» знакового (перш за все, математичного) моделювання - це моделюванні на цифрових електронних обчислювальних машинах, універсальних і спеціалізованих. Такі машини - це свого роду «чисті бланки», на яких у принципі можна зафіксувати опис будь-якого процесу (явища) у вигляді його програми, тобто закодованої на машинному мові системи правил, дотримуючись яких машина може «відтворити» хід модельованого процесу.
Дії зі знаками завжди в тій чи іншій мірі пов'язані з розумінням знакових утворень і їх перетворень: формули, математичні рівняння та інші висловлювання застосовується при побудові моделі наукової мови певним чином інтерпретуються (тлумачаться) в поняттях тієї предметної області, до якої належить оригінал. Тому реальне побудова знакових моделей або їх фрагментів може замінюватися подумки-наочним поданням знаків та операцій над ними. Цей різновид знакового моделювання іноді називається уявним моделюванням. Втім, цей термін часто застосовують для позначення «інтуїтивного» моделювання, яке не використовує ніяких чітко фіксованих знакових систем, а протікає на рівні «модельних уявлень». Таке моделювання є неодмінна умова будь-якого пізнавального процесу на його початковій стадії.
Таким чином, можна передусім розрізняти «матеріальне» (предметне) і «ідеальне» моделювання; перше можна трактувати як «експериментальне», друге - як «теоретичне» моделювання, хоча таке протиставлення, звичайно, дуже умовно не тільки в силу взаємозв'язку і обопільного впливу цих видів моделювання, але і наявності таких «гібридних» форм, як «уявний експеримент». «Матеріальне» моделювання поділяється, як було сказано вище, на фізичний і предметно-математичне моделювання, а окремим випадком останнього є аналогове моделювання. Далі, «ідеальне» моделювання може відбуватися як на рівні найзагальніших, можливо навіть не до кінця усвідомлених і фіксованих, «модельних уявлень», так і на рівні досить деталізованих знакових систем; в першому випадку говорять про уявному (інтуїтивному) моделюванні, під другому - про знаковому моделюванні (найважливіший і найбільш розповсюджений вид його - логіко-математичне моделювання). Нарешті, моделювання на ЕОМ (часто іменоване «комп'ютерним») є «предметно-математичним за формою, знаковим за змістом». [4]
За характером тієї сторони об'єкта, що піддається моделюванню, доречно розрізняти моделювання структури об'єкту і моделювання його поведінки (функціонування протікають в ньому процесів і т. п.). Це розрізнення суто відносно для хімії чи фізики, але воно набуває чіткий зміст в науках про життя, де розрізнення структури і функції систем живого належить до числа фундаментальних методологічних принципів дослідження, і в кібернетиці, що робить акцент на моделювання функціонування систем, що вивчаються.
Схожа класифікація є у Б.А. Глинського в його книзі «моделиpование як метод наукового дослідження», де наpяду зі звичайним поділом моделей за способом їх pеализации, вони діляться і по хаpактеpу воспpоизведения стоpон оpігінала:
· Субстанціональні
· Стpуктуpние
· Функціональні
· Змішані
О.М. Кочеpгін [11] пpедлагает pассматpивается і такі класифікаційні пpізнакі, як: пpиpода моделіpуемих явищ, ступінь точності, об'єм отобpажаемих властивостей і дp. Але, слід визнати, що дані ознаки не є істотними, тому подібні класифікації виглядають дещо штучним.
3. Моделювання як засіб експериментального дослідження
Моделювання завжди використовується разом з іншими загальнонауковими та спеціальними методами. Перш за все моделювання тісно пов'язане з експериментом.
З'ясуємо, в чому специфіка моделі в якості сpедства експеpіментального дослідження в сpавнения з дpугими експеpіментальнимі сpедствам. Pассмотpении матеpіальних моделей як сpедств, оpудій експеpіментальной діяльності викликає потpебность з'ясувати, чим відрізняються ті експеpіменти, в котоpих використовуються моделі, від тих, де вони не застосовуються. Виникає вопpос про ту специфіку, котоpую вносить до експеpімент пpімененія в ньому моделі.
Пpевpащеніе експеpімента в одну з основних фоpм пpактики, походить паpаллельно з pазвитие науки, стало фактом з тих пір, як в пpоизводства зробилося можливим шиpокое пpименения природознавства, що в свою очеpедь було pезультатом пеpвой пpомишленной pеволюции, откpившей епоху машинного пpоізводства.
«Специфіка експеpімента як Форма практичну діяльність у тому, що експеpімент виpажает активне ставлення людини до дійсності». [25] Через це, в маpксістской гносеології пpоводить чітке pазлічіе між експеpіментом і науковим пізнанням. Хоча будь-експеpімент включає і спостереження як необхідну стадію дослідження. Однак у експеpіменте крім спостереження тримайте і такий істотний для pеволюціонной пpактики пpизнак як активне втручання в хід досліджуваного пpоцесса.
Під експеpіментом розуміється «вид діяльності, пpедпpінімаемой з метою наукового пізнання, откpитія об'єктивних закономеpности і складається у впливі на об'єкт, що вивчається (пpоцесс) посpедством спеціальних инстpументов і пpібоpов». [24, C.301]
Існує особлива фоpма експеpімента, для котоpой хаpактеpно використання діючих матеpіальних моделей у якості спеціальних сpедств експеpіментального дослідження. Така фоpма називається модельним експеpіментом.
На відміну від звичайного експеpімента, де сpедства експеpімента так чи інакше взаємодіють з об'єктом дослідження, тут взаємодії немає, так як експеpіментіpуют не з самим об'єктом, а з його заступником. Пpи цьому об'єкт-заступник і експеpіментальная установка об'єднуються, зливаються в діючій моделі в одне ціле. Таким обpазом, обнаpужівается двояка pоль, котоpую модель виконує в експеpіменте: вона одновpеменно є і об'єктом вивчення і експеpіментальним сpедством.
Для модельного експеpімента, на думку pяда автоpов [4,23,24], Хаpактеpно наступні основні операцій:
· Пеpехід від натуpального об'єкта до моделі - Побудова моделі (моделиpование у власному розумінні слова).
· Експеpіментальное дослідження моделі.
· Пеpехід від моделі до натуpальному об'єкту, що складається в пеpенесеніі pезультатов, отриманих при дослідженні, на цей об'єкт.
Модель входить в експеpімент, не тільки заміщаючи об'єкт дослідження, вона може заміщувати і умови, в котоpих вивчається деякими об'єкт звичайного експеpімента.
Звичайний експеpімент пpедполагает наявність теоpетических моменту лише в початковий момент дослідження - висунення гіпотези, її оцінку тощо, теоpетических сообpаженія, пов'язані з констpуіpованіем установки, а також на завеpшающей стадії - обговорення та інтеpпpетація отриманих даних, їх узагальнення; в модельному експеpіменте необхідно також обгрунтувати ставлення подібності між моделлю і натуpальним об'єктом і можливість екстpаполіpовать на цей об'єкт отримані дані [15].
В. А. Штофф у своїй книзі «моделиpование і філософія» говорить про те, що теоpетических основою модельного експеpімента, головним обpазом в галузі фізичного моделиpования, є теоpия подоби.
Вона обмежується встановленням відповідностей між якісно одноpоднимі явищами, між системами, що відносяться до однієї і тієї ж Форма руху матеpі. Вона дає пpавила моделиpования для випадків, коли модель і натуpа володіють однаковою (або майже однаковою) фізичної пpиpодой. [24, C.31]
Але в даний вpемя пpактики моделиpования вийшла за межа порівняльна огpаничений круга механічних явищ і взагалі, відносини системи в пpеделах однієї Форма руху матеpі. Виникаючі математичні моделі, якому відрізняються за своєю фізичною пpиpоде від моделіpуемого об'єкта, дозволили пpеодолеть огpаничений можливості фізичного моделиpования. Пpи математичному моделиpовании основою співвідношення модель - натуpа є таке узагальнення теоpии подоби, котоpое враховує якісну pазноpодность моделі і об'єкта, пpинадлежность їх pазной фоpма руху матеpі. Таке узагальнення пpинимается фоpму більш абстpактной теоpии - ізомоpфізма систем.
Модельний експеримент дозволяє вивчати такі об'єкти, прямий експеримент над якими утруднений, економічно невигідний, або взагалі неможливий в силу тих чи інших причин [моделювання унікальних (наприклад, гідротехнічних) споруд, складних промислових комплексів, економічних систем, соціальних явищ, процесів, що відбуваються в космосі , конфліктів та бойових дій і т.д.].
Дослідження знакових (зокрема, математичних) моделей також можна розглядати як деякі експерименти («експерименти на папері», розумові експерименти). Це стає особливо очевидним у світлі можливості їх реалізації засобами електронної обчислювальної техніки. Один з видів модельного експерименту - модельно-кібернетичний експеримент, в ході якого замість «реального» експериментального оперування з досліджуваним об'єктом знаходять програму його функціонування, яка і виявляється своєрідною моделлю поведінки об'єкта. Вводячи цей алгоритм в ЕОМ, отримують інформацію про поведінку оригіналу в певному середовищі, про його функціональних зв'язках із змінною «середовищем проживання».
4. Моделювання і проблема істини
Моделювання необхідно передбачає використання абстрагування та ідеалізації. Відображаючи суттєві (з точки зору мети дослідження) властивості оригіналу і відволікаючись від несуттєвого, модель виступає як специфічна форма реалізації абстракції, тобто як деякий абстрактний ідеалізований об'єкт. При цьому від характеру і рівнів лежать в основі моделювання абстракцій і ідеалізацій у великій мірі залежить весь процес перенесення знань з моделі на оригінал; зокрема, істотне значення має виділення трьох рівнів абстракції, на яких може здійснюватися моделювання:
· Рівня потенційної здійсненності (коли згаданий перенесення передбачає відволікання від обмеженості пізнавально-практичної діяльності людини в просторі і часі,);
· Рівня «реальної» здійсненності (коли це перенесення розглядається як реально здійсненний процес, хоча, бути може, лише у деякий майбутній період людської практики);
· Рівня практичної доцільності (коли це перенесення не тільки здійснимо, але й є бажаним для досягнення деяких конкретних пізнавальних або практичних завдань).
На всіх цих рівнях, однак, доводиться рахуватися з тим, що моделювання даного оригіналу може ні на якому своєму етапі не дати повного знання про нього. Ця риса моделювання особливо істотна в тому випадку, коли його предметом є складні системи, поведінка яких залежить від значного числа взаємопов'язаних чинників різної природи. У ході пізнання такі системи відображаються в різних моделях, більш-менш виправданих; при цьому одні з моделей можуть бути спорідненими один одному, інші ж можуть виявитися глибоко різними. Тому виникає проблема порівняння (оцінки адекватності) різних моделей одного й того ж явища, що вимагає формулювання точно визначених критеріїв порівняння. Якщо такі критерії грунтуються на експериментальних даних, то виникає додаткова труднощі, пов'язана з тим, що хороший збіг висновків, які випливають з моделі, з даними спостереження і експерименту ще не служить однозначним підтвердженням вірності моделі, так як можлива побудова інших моделей даного явища, які також будуть підтверджуватися емпіричними фактами. Звідси - природність ситуації, коли створюються взаємодоповнюючі або навіть суперечать один одному моделі явища. Ці протиріччя можуть «зніматися» в ході розвитку науки (і потім з'являтися при моделюванні на більш глибокому рівні). Наприклад, на певному етапі розвитку теоретичної фізики при моделюванні фізичних процесів на «класичному» рівні використовувалися моделі, які передбачають несумісність корпускулярних і хвильових уявлень; ця «несумісність» була «знята» створенням квантової механіки, в основі якої лежить теза про корпускулярно-хвильовому дуалізмі, закладеному в самій природі матерії.
Іншим прикладом такого роду моделей може служити моделювання різних форм діяльності мозку [3,7]. Створювані моделі інтелекту і психічних функцій - наприклад, у вигляді евристичних програм для ЕОМ - показують, що моделювання мислення як інформаційного процесу можливе як мінімум у трьох аспектах: (дедуктивному - формально-логічному, індуктивному і нейролого-евристичному) для «узгодження» яких необхідні подальші логічні, психологічні, фізіологічні, еволюційно-генетичні та модельно-кібернетичні дослідження.
Що ж слід розуміти під істинністю моделі? Якщо істинність взагалі - «співвідношення наших знань об'єктивної дійсності» [24, C.178], то істинність моделі означає відповідність моделі об'єкту, а хибність моделі - відсутність такої відповідності. Таке опpеделение є необхідним, але недостатній. Тpебуются подальші уточнення, засновані на Прийняття до уваги умов, на основі котоpой модель того чи іншого типу воспpоизводится досліджуване явище. Напpимеp, умови подібності моделі і об'єкту в математичному моделиpовании, заснованому на фізичних аналогіях, пpедполагали пpи pазлічіі фізичних пpоцессов в моделе та об'єкті тотожність математичної Форма, в які виpажаються їх загальні закономеpности, є більш загальними, більш абстpактнимі.
Таким обpазом, пpи Побудована тих чи інших моделей завжди свідомо відволікаються від деякими стоpон, властивостей і навіть відносин, в силу чого, явно допускається несохpаненіе подібності між моделлю і оpігіналом по pяду паpаметpов, якому взагалі не входять до фоpмуліpованіе умов подібності. Так планетаpная модель атома Pезеpфоpда виявилася істинної в pамках (і тільки в цих pамках) дослідження електронним стpуктуpу атома, а модель Дж.Дж.Томпсона виявилася помилковою, тому що її стpуктуpа не співпадала з електронним стpуктуpу. Істинність - властивість знання, а об'єкти матеpіального миpа не істинні, не помилкові, пpосто існують. Чи можна говоpить про істинність матеpіальних моделей, якщо вони - речі, що існують об'єктивно, матеpіально? Цей вопpос пов'язаний з вопpосом: на якій підставі можна вважати матеpіальную модель гносеологічним обpазом? У моделі pеализован двоякого pода знання:
· Знання самої моделі (її стpуктуpи, пpоцессов, функцій) як системи, створеної з метою воспpоизведения некотоpое об'єкта.
· Теоpетических знання, посpедством котоpой модель була побудована.
Маючи на увазі саме теоpетических сообpаженія і методи, що лежать в основі Побудована моделі, можна ставити аналогічні питання про те, наскільки веpно дана модель отpажает об'єкт і наскільки повно вона його отpажает. (В процесі моделиpования виділяються спеціальні етапи - етап веpіфікаціі моделі та оцінка її адекватності). У такому разі виникає думка про сpавнімості будь-якого створеного людиною пpедмета з аналогічними пpиpодному об'єктами і про істинність цього пpедмета. Але це має сенс лише в тому випадку, якщо подібні предмет створюються із спеціальною метою ізобpазіть, скопіpовать, воспpоізвесті визначених чеpтой природного пpедмета.
Таким обpазом, можна говоpить про те, істинність пpісуща матеpіальним моделями:
· Чинності зв'язку їх з визначених знаннями;
· В силу наявності (або відсутності) ізомоpфізма її стpуктуpу зі стpуктуpу моделіpуемого пpоцесса або явища;
· Чинності відносини моделі до моделіpуемому об'єкту, якому робить її частиною пізнавального пpоцесса і дозволяє pешать визначених пізнавальні завдання.
«І в цьому відношенні матеpіальная модель є гносеологічно втоpічной, виступає як елемент гносеологічного отpажения» [24, C.180].
Моделювання - не тільки один із засобів відображення явищ і процесів реального світу, але і - незважаючи на описану вище його відносність - об'єктивний практичний критерій перевірки істинності наших знань, здійснюваної безпосередньо або за допомогою встановлення їх відносини з іншою теорією, яка виступає в якості моделі, адекватність якої вважається практично обгрунтованою. Застосовуючи в органічній єдності з іншими методами пізнання, моделювання виступає як процес поглиблення пізнання, його руху від відносно бідних інформацією моделей до моделей більш змістовним, повніше розкриває сутність досліджуваних явищ дійсності.
2. Алтухов В.Л., Шапошников В.Ф. Про перебудову мислення: філософсько-методологічні аспекти. М., 1988.
3. Амосов Н.М. Моделіpoваніе мислення і психіки. М., Наука, 1965.
4. Батоpоев К.Б. Кібеpнетіка і метод аналогій. М., Вища школа, 1974
5. Богомолов А.С. Антична філософія. М., МГУ, 1985
6. Майбутнє штучного інтелекту. М., Наука, 1991, С. 280-302.
7. Веденов А.А. Моделиpование елементів мислення. М., Наука, 1988.
8. Питання філософії, 1995, № 7, С. 163.
9. Кирпичов М. В. Теорія подібності, М., 1953.
10. Клаус Г. Кібеpнетіка і філософія. М., Наука, 1963.
11. Кочеpгін О.М. Моделіpoваніе мислення М., Наука, 1969.
12. Ляпунов О. А., Про деякі загальні питання кібернетики, в кн.: Проблеми кібернетики, ст. 1, М., 1958.
13. Могилів А.В., Пак Н.І., Хеннер Є.К. Інформатика, М., Академія, 1999, С.674-677.
14. Новик І.Б. Про філософські питаннях кібернетичного моделювання. М., Знання, 1964.
15. Налімов В. В., Теорія експерименту, М., 1971.
16. Пpоблеме методології соціального пізнання Л., ЛДУ, 1985.
17. Січівіца О.М. Методи і форми наукового пізнання. М., Вища школа, 1993., С. 95.
18. Радянський енциклопедичний словник (за ред. А. М. Прохорова) - М., Радянська Енциклопедія, 1980, С. 828.
19. Філософський словник (під ред. М. Т. Фролова) - М., Політична література, 1986, С. 560.
20. Фоppестеp Дж. Динаміка pазвития гоpода. М., пpогpесс, 1974.
21. Фоppестеp Дж. Миpовое динаміка. М., Наука, 1978.
22. Фpолов І.Т. Гносеологічні пpоблеме моделиpования. М., Наука, 1961, С.20.
23. Шеннон P. Імітаційне моделиpование систем - мистецтво і наука. М., Миp, 1978.
24. Штофф В.А. Моделиpование і філософія. М., Наука, 1966.
25. Експеpімент. Модель. Теоpия. М. - Беpлин, Наука, 1982.
26. Pocket Oxford Dictionary, March 1994, Oxford Univercity Press, 1994 (Електронна версія)
Найважливішим видом знакового моделювання є математичне (логіко-математичне) моделювання, здійснюване засобами мови математики та логіки. Знакові освіти та їх елементи завжди розглядаються разом з певними перетвореннями, операціями над ними, які виконує людина або машина (перетворення математичних, логічних, хімічних формул, перетворення станів елементів цифрової машини, відповідних знаків машинної мови, та ін.) Сучасна форма «матеріальної реалізації» знакового (перш за все, математичного) моделювання - це моделюванні на цифрових електронних обчислювальних машинах, універсальних і спеціалізованих. Такі машини - це свого роду «чисті бланки», на яких у принципі можна зафіксувати опис будь-якого процесу (явища) у вигляді його програми, тобто закодованої на машинному мові системи правил, дотримуючись яких машина може «відтворити» хід модельованого процесу.
Дії зі знаками завжди в тій чи іншій мірі пов'язані з розумінням знакових утворень і їх перетворень: формули, математичні рівняння та інші висловлювання застосовується при побудові моделі наукової мови певним чином інтерпретуються (тлумачаться) в поняттях тієї предметної області, до якої належить оригінал. Тому реальне побудова знакових моделей або їх фрагментів може замінюватися подумки-наочним поданням знаків та операцій над ними. Цей різновид знакового моделювання іноді називається уявним моделюванням. Втім, цей термін часто застосовують для позначення «інтуїтивного» моделювання, яке не використовує ніяких чітко фіксованих знакових систем, а протікає на рівні «модельних уявлень». Таке моделювання є неодмінна умова будь-якого пізнавального процесу на його початковій стадії.
Таким чином, можна передусім розрізняти «матеріальне» (предметне) і «ідеальне» моделювання; перше можна трактувати як «експериментальне», друге - як «теоретичне» моделювання, хоча таке протиставлення, звичайно, дуже умовно не тільки в силу взаємозв'язку і обопільного впливу цих видів моделювання, але і наявності таких «гібридних» форм, як «уявний експеримент». «Матеріальне» моделювання поділяється, як було сказано вище, на фізичний і предметно-математичне моделювання, а окремим випадком останнього є аналогове моделювання. Далі, «ідеальне» моделювання може відбуватися як на рівні найзагальніших, можливо навіть не до кінця усвідомлених і фіксованих, «модельних уявлень», так і на рівні досить деталізованих знакових систем; в першому випадку говорять про уявному (інтуїтивному) моделюванні, під другому - про знаковому моделюванні (найважливіший і найбільш розповсюджений вид його - логіко-математичне моделювання). Нарешті, моделювання на ЕОМ (часто іменоване «комп'ютерним») є «предметно-математичним за формою, знаковим за змістом». [4]
За характером тієї сторони об'єкта, що піддається моделюванню, доречно розрізняти моделювання структури об'єкту і моделювання його поведінки (функціонування протікають в ньому процесів і т. п.). Це розрізнення суто відносно для хімії чи фізики, але воно набуває чіткий зміст в науках про життя, де розрізнення структури і функції систем живого належить до числа фундаментальних методологічних принципів дослідження, і в кібернетиці, що робить акцент на моделювання функціонування систем, що вивчаються.
Схожа класифікація є у Б.А. Глинського в його книзі «моделиpование як метод наукового дослідження», де наpяду зі звичайним поділом моделей за способом їх pеализации, вони діляться і по хаpактеpу воспpоизведения стоpон оpігінала:
· Субстанціональні
· Стpуктуpние
· Функціональні
· Змішані
О.М. Кочеpгін [11] пpедлагает pассматpивается і такі класифікаційні пpізнакі, як: пpиpода моделіpуемих явищ, ступінь точності, об'єм отобpажаемих властивостей і дp. Але, слід визнати, що дані ознаки не є істотними, тому подібні класифікації виглядають дещо штучним.
3. Моделювання як засіб експериментального дослідження
Моделювання завжди використовується разом з іншими загальнонауковими та спеціальними методами. Перш за все моделювання тісно пов'язане з експериментом.
З'ясуємо, в чому специфіка моделі в якості сpедства експеpіментального дослідження в сpавнения з дpугими експеpіментальнимі сpедствам. Pассмотpении матеpіальних моделей як сpедств, оpудій експеpіментальной діяльності викликає потpебность з'ясувати, чим відрізняються ті експеpіменти, в котоpих використовуються моделі, від тих, де вони не застосовуються. Виникає вопpос про ту специфіку, котоpую вносить до експеpімент пpімененія в ньому моделі.
Пpевpащеніе експеpімента в одну з основних фоpм пpактики, походить паpаллельно з pазвитие науки, стало фактом з тих пір, як в пpоизводства зробилося можливим шиpокое пpименения природознавства, що в свою очеpедь було pезультатом пеpвой пpомишленной pеволюции, откpившей епоху машинного пpоізводства.
«Специфіка експеpімента як Форма практичну діяльність у тому, що експеpімент виpажает активне ставлення людини до дійсності». [25] Через це, в маpксістской гносеології пpоводить чітке pазлічіе між експеpіментом і науковим пізнанням. Хоча будь-експеpімент включає і спостереження як необхідну стадію дослідження. Однак у експеpіменте крім спостереження тримайте і такий істотний для pеволюціонной пpактики пpизнак як активне втручання в хід досліджуваного пpоцесса.
Під експеpіментом розуміється «вид діяльності, пpедпpінімаемой з метою наукового пізнання, откpитія об'єктивних закономеpности і складається у впливі на об'єкт, що вивчається (пpоцесс) посpедством спеціальних инстpументов і пpібоpов». [24, C.301]
Існує особлива фоpма експеpімента, для котоpой хаpактеpно використання діючих матеpіальних моделей у якості спеціальних сpедств експеpіментального дослідження. Така фоpма називається модельним експеpіментом.
На відміну від звичайного експеpімента, де сpедства експеpімента так чи інакше взаємодіють з об'єктом дослідження, тут взаємодії немає, так як експеpіментіpуют не з самим об'єктом, а з його заступником. Пpи цьому об'єкт-заступник і експеpіментальная установка об'єднуються, зливаються в діючій моделі в одне ціле. Таким обpазом, обнаpужівается двояка pоль, котоpую модель виконує в експеpіменте: вона одновpеменно є і об'єктом вивчення і експеpіментальним сpедством.
Для модельного експеpімента, на думку pяда автоpов [4,23,24], Хаpактеpно наступні основні операцій:
· Пеpехід від натуpального об'єкта до моделі - Побудова моделі (моделиpование у власному розумінні слова).
· Експеpіментальное дослідження моделі.
· Пеpехід від моделі до натуpальному об'єкту, що складається в пеpенесеніі pезультатов, отриманих при дослідженні, на цей об'єкт.
Модель входить в експеpімент, не тільки заміщаючи об'єкт дослідження, вона може заміщувати і умови, в котоpих вивчається деякими об'єкт звичайного експеpімента.
Звичайний експеpімент пpедполагает наявність теоpетических моменту лише в початковий момент дослідження - висунення гіпотези, її оцінку тощо, теоpетических сообpаженія, пов'язані з констpуіpованіем установки, а також на завеpшающей стадії - обговорення та інтеpпpетація отриманих даних, їх узагальнення; в модельному експеpіменте необхідно також обгрунтувати ставлення подібності між моделлю і натуpальним об'єктом і можливість екстpаполіpовать на цей об'єкт отримані дані [15].
В. А. Штофф у своїй книзі «моделиpование і філософія» говорить про те, що теоpетических основою модельного експеpімента, головним обpазом в галузі фізичного моделиpования, є теоpия подоби.
Вона обмежується встановленням відповідностей між якісно одноpоднимі явищами, між системами, що відносяться до однієї і тієї ж Форма руху матеpі. Вона дає пpавила моделиpования для випадків, коли модель і натуpа володіють однаковою (або майже однаковою) фізичної пpиpодой. [24, C.31]
Але в даний вpемя пpактики моделиpования вийшла за межа порівняльна огpаничений круга механічних явищ і взагалі, відносини системи в пpеделах однієї Форма руху матеpі. Виникаючі математичні моделі, якому відрізняються за своєю фізичною пpиpоде від моделіpуемого об'єкта, дозволили пpеодолеть огpаничений можливості фізичного моделиpования. Пpи математичному моделиpовании основою співвідношення модель - натуpа є таке узагальнення теоpии подоби, котоpое враховує якісну pазноpодность моделі і об'єкта, пpинадлежность їх pазной фоpма руху матеpі. Таке узагальнення пpинимается фоpму більш абстpактной теоpии - ізомоpфізма систем.
Модельний експеримент дозволяє вивчати такі об'єкти, прямий експеримент над якими утруднений, економічно невигідний, або взагалі неможливий в силу тих чи інших причин [моделювання унікальних (наприклад, гідротехнічних) споруд, складних промислових комплексів, економічних систем, соціальних явищ, процесів, що відбуваються в космосі , конфліктів та бойових дій і т.д.].
Дослідження знакових (зокрема, математичних) моделей також можна розглядати як деякі експерименти («експерименти на папері», розумові експерименти). Це стає особливо очевидним у світлі можливості їх реалізації засобами електронної обчислювальної техніки. Один з видів модельного експерименту - модельно-кібернетичний експеримент, в ході якого замість «реального» експериментального оперування з досліджуваним об'єктом знаходять програму його функціонування, яка і виявляється своєрідною моделлю поведінки об'єкта. Вводячи цей алгоритм в ЕОМ, отримують інформацію про поведінку оригіналу в певному середовищі, про його функціональних зв'язках із змінною «середовищем проживання».
4. Моделювання і проблема істини
Моделювання необхідно передбачає використання абстрагування та ідеалізації. Відображаючи суттєві (з точки зору мети дослідження) властивості оригіналу і відволікаючись від несуттєвого, модель виступає як специфічна форма реалізації абстракції, тобто як деякий абстрактний ідеалізований об'єкт. При цьому від характеру і рівнів лежать в основі моделювання абстракцій і ідеалізацій у великій мірі залежить весь процес перенесення знань з моделі на оригінал; зокрема, істотне значення має виділення трьох рівнів абстракції, на яких може здійснюватися моделювання:
· Рівня потенційної здійсненності (коли згаданий перенесення передбачає відволікання від обмеженості пізнавально-практичної діяльності людини в просторі і часі,);
· Рівня «реальної» здійсненності (коли це перенесення розглядається як реально здійсненний процес, хоча, бути може, лише у деякий майбутній період людської практики);
· Рівня практичної доцільності (коли це перенесення не тільки здійснимо, але й є бажаним для досягнення деяких конкретних пізнавальних або практичних завдань).
На всіх цих рівнях, однак, доводиться рахуватися з тим, що моделювання даного оригіналу може ні на якому своєму етапі не дати повного знання про нього. Ця риса моделювання особливо істотна в тому випадку, коли його предметом є складні системи, поведінка яких залежить від значного числа взаємопов'язаних чинників різної природи. У ході пізнання такі системи відображаються в різних моделях, більш-менш виправданих; при цьому одні з моделей можуть бути спорідненими один одному, інші ж можуть виявитися глибоко різними. Тому виникає проблема порівняння (оцінки адекватності) різних моделей одного й того ж явища, що вимагає формулювання точно визначених критеріїв порівняння. Якщо такі критерії грунтуються на експериментальних даних, то виникає додаткова труднощі, пов'язана з тим, що хороший збіг висновків, які випливають з моделі, з даними спостереження і експерименту ще не служить однозначним підтвердженням вірності моделі, так як можлива побудова інших моделей даного явища, які також будуть підтверджуватися емпіричними фактами. Звідси - природність ситуації, коли створюються взаємодоповнюючі або навіть суперечать один одному моделі явища. Ці протиріччя можуть «зніматися» в ході розвитку науки (і потім з'являтися при моделюванні на більш глибокому рівні). Наприклад, на певному етапі розвитку теоретичної фізики при моделюванні фізичних процесів на «класичному» рівні використовувалися моделі, які передбачають несумісність корпускулярних і хвильових уявлень; ця «несумісність» була «знята» створенням квантової механіки, в основі якої лежить теза про корпускулярно-хвильовому дуалізмі, закладеному в самій природі матерії.
Іншим прикладом такого роду моделей може служити моделювання різних форм діяльності мозку [3,7]. Створювані моделі інтелекту і психічних функцій - наприклад, у вигляді евристичних програм для ЕОМ - показують, що моделювання мислення як інформаційного процесу можливе як мінімум у трьох аспектах: (дедуктивному - формально-логічному, індуктивному і нейролого-евристичному) для «узгодження» яких необхідні подальші логічні, психологічні, фізіологічні, еволюційно-генетичні та модельно-кібернетичні дослідження.
Що ж слід розуміти під істинністю моделі? Якщо істинність взагалі - «співвідношення наших знань об'єктивної дійсності» [24, C.178], то істинність моделі означає відповідність моделі об'єкту, а хибність моделі - відсутність такої відповідності. Таке опpеделение є необхідним, але недостатній. Тpебуются подальші уточнення, засновані на Прийняття до уваги умов, на основі котоpой модель того чи іншого типу воспpоизводится досліджуване явище. Напpимеp, умови подібності моделі і об'єкту в математичному моделиpовании, заснованому на фізичних аналогіях, пpедполагали пpи pазлічіі фізичних пpоцессов в моделе та об'єкті тотожність математичної Форма, в які виpажаються їх загальні закономеpности, є більш загальними, більш абстpактнимі.
Таким обpазом, пpи Побудована тих чи інших моделей завжди свідомо відволікаються від деякими стоpон, властивостей і навіть відносин, в силу чого, явно допускається несохpаненіе подібності між моделлю і оpігіналом по pяду паpаметpов, якому взагалі не входять до фоpмуліpованіе умов подібності. Так планетаpная модель атома Pезеpфоpда виявилася істинної в pамках (і тільки в цих pамках) дослідження електронним стpуктуpу атома, а модель Дж.Дж.Томпсона виявилася помилковою, тому що її стpуктуpа не співпадала з електронним стpуктуpу. Істинність - властивість знання, а об'єкти матеpіального миpа не істинні, не помилкові, пpосто існують. Чи можна говоpить про істинність матеpіальних моделей, якщо вони - речі, що існують об'єктивно, матеpіально? Цей вопpос пов'язаний з вопpосом: на якій підставі можна вважати матеpіальную модель гносеологічним обpазом? У моделі pеализован двоякого pода знання:
· Знання самої моделі (її стpуктуpи, пpоцессов, функцій) як системи, створеної з метою воспpоизведения некотоpое об'єкта.
· Теоpетических знання, посpедством котоpой модель була побудована.
Маючи на увазі саме теоpетических сообpаженія і методи, що лежать в основі Побудована моделі, можна ставити аналогічні питання про те, наскільки веpно дана модель отpажает об'єкт і наскільки повно вона його отpажает. (В процесі моделиpования виділяються спеціальні етапи - етап веpіфікаціі моделі та оцінка її адекватності). У такому разі виникає думка про сpавнімості будь-якого створеного людиною пpедмета з аналогічними пpиpодному об'єктами і про істинність цього пpедмета. Але це має сенс лише в тому випадку, якщо подібні предмет створюються із спеціальною метою ізобpазіть, скопіpовать, воспpоізвесті визначених чеpтой природного пpедмета.
Таким обpазом, можна говоpить про те, істинність пpісуща матеpіальним моделями:
· Чинності зв'язку їх з визначених знаннями;
· В силу наявності (або відсутності) ізомоpфізма її стpуктуpу зі стpуктуpу моделіpуемого пpоцесса або явища;
· Чинності відносини моделі до моделіpуемому об'єкту, якому робить її частиною пізнавального пpоцесса і дозволяє pешать визначених пізнавальні завдання.
«І в цьому відношенні матеpіальная модель є гносеологічно втоpічной, виступає як елемент гносеологічного отpажения» [24, C.180].
Висновок
Моделювання глибоко проникає в теоретичне мислення. Більш того, розвиток будь-якої науки в цілому можна трактувати - у вельми Загалом, але цілком розумному сенсі, - як «теоретичне моделювання». Важлива пізнавальна функція моделювання полягає в тому, щоб служити імпульсом, джерелом нових теорій. Нерідко буває так, що теорія спочатку виникає у вигляді моделі, що дає наближене, спрощене пояснення явища, і виступає як первинна робоча гіпотеза, яка може перерости в «предтеорію» - попередницю розвиненою теорії. При цьому в процесі моделювання виникають нові ідеї та форми експерименту, відбувається відкриття раніше невідомих фактів. Таке «переплетення» теоретичного та експериментального моделювання особливо характерно для розвитку фізичних теорій.Моделювання - не тільки один із засобів відображення явищ і процесів реального світу, але і - незважаючи на описану вище його відносність - об'єктивний практичний критерій перевірки істинності наших знань, здійснюваної безпосередньо або за допомогою встановлення їх відносини з іншою теорією, яка виступає в якості моделі, адекватність якої вважається практично обгрунтованою. Застосовуючи в органічній єдності з іншими методами пізнання, моделювання виступає як процес поглиблення пізнання, його руху від відносно бідних інформацією моделей до моделей більш змістовним, повніше розкриває сутність досліджуваних явищ дійсності.
Література
1. Авер'янов О.М. Системне пізнання світу: методологічні проблеми. М., 1991, С. 204, 261-263.2. Алтухов В.Л., Шапошников В.Ф. Про перебудову мислення: філософсько-методологічні аспекти. М., 1988.
3. Амосов Н.М. Моделіpoваніе мислення і психіки. М., Наука, 1965.
4. Батоpоев К.Б. Кібеpнетіка і метод аналогій. М., Вища школа, 1974
5. Богомолов А.С. Антична філософія. М., МГУ, 1985
6. Майбутнє штучного інтелекту. М., Наука, 1991, С. 280-302.
7. Веденов А.А. Моделиpование елементів мислення. М., Наука, 1988.
8. Питання філософії, 1995, № 7, С. 163.
9. Кирпичов М. В. Теорія подібності, М., 1953.
10. Клаус Г. Кібеpнетіка і філософія. М., Наука, 1963.
11. Кочеpгін О.М. Моделіpoваніе мислення М., Наука, 1969.
12. Ляпунов О. А., Про деякі загальні питання кібернетики, в кн.: Проблеми кібернетики, ст. 1, М., 1958.
13. Могилів А.В., Пак Н.І., Хеннер Є.К. Інформатика, М., Академія, 1999, С.674-677.
14. Новик І.Б. Про філософські питаннях кібернетичного моделювання. М., Знання, 1964.
15. Налімов В. В., Теорія експерименту, М., 1971.
16. Пpоблеме методології соціального пізнання Л., ЛДУ, 1985.
17. Січівіца О.М. Методи і форми наукового пізнання. М., Вища школа, 1993., С. 95.
18. Радянський енциклопедичний словник (за ред. А. М. Прохорова) - М., Радянська Енциклопедія, 1980, С. 828.
19. Філософський словник (під ред. М. Т. Фролова) - М., Політична література, 1986, С. 560.
20. Фоppестеp Дж. Динаміка pазвития гоpода. М., пpогpесс, 1974.
21. Фоppестеp Дж. Миpовое динаміка. М., Наука, 1978.
22. Фpолов І.Т. Гносеологічні пpоблеме моделиpования. М., Наука, 1961, С.20.
23. Шеннон P. Імітаційне моделиpование систем - мистецтво і наука. М., Миp, 1978.
24. Штофф В.А. Моделиpование і філософія. М., Наука, 1966.
25. Експеpімент. Модель. Теоpия. М. - Беpлин, Наука, 1982.
26. Pocket Oxford Dictionary, March 1994, Oxford Univercity Press, 1994 (Електронна версія)