A modellezés folyamata

A modellezés folyamata úgy fogható fel, mint az egyik modelltípusból a másikba való átmenet. Hagyományosan három nagy modellosztályt különböztetünk meg: kognitív, tartalmi és formális modelleket. Ezek a modellezés három egymással összefüggő szintjét alkotják, amelyeket nem lehet egymástól elszigetelten vizsgálni. A modellezési szintek kölcsönhatása a modellek potencialitásának tulajdonságával függ össze. Bármely modell létrehozása együtt jár a vizsgált objektumra vonatkozó új ismeretek megjelenésével, ami a modellezés tárgyával kapcsolatos koncepciók és nézetek újraértékeléséhez és pontosításához vezet a különböző szinteken. Ez a körülmény viszont a megfelelő tartalmi és kognitív modellek felülvizsgálatához vezet, biztosítva a vizsgált objektum összes modellezési szintjének spirális fejlődését.

Kognitív és tartalmi modellek

Az eredeti objektum megfigyelése során a kutató fejében kialakul az objektum egyfajta mentális képe, annak ideális modellje, amelyet a tudományos irodalomban kognitív (gondolati, megismerést elősegítő) modellnek neveznek. Egy ilyen modell kialakításakor a kutató általában konkrét kérdésekre keres választ, ezért a végtelenül összetett objektumból mindent elvon, ami felesleges, hogy tömörebb és lényegre törőbb leírást kapjon. A kognitív modell természetes nyelven való megjelenítését tartalmi modellnek nevezzük.

A kognitív modellek szubjektívek, mivel a kutató spekulatív módon alakítja ki őket, korábbi tudása és tapasztalata alapján. A kognitív modellről csak jel formában leírva alkothatunk képet. Nem állítható, hogy a kognitív és a tartalmi modellek egyenértékűek, mivel az előbbiek tartalmazhatnak olyan elemeket, amelyeket a kutató nem tud vagy nem akar megfogalmazni. Ugyanakkor, ha a tartalmi modellt valaki más fogalmazta meg, vagy kollektív alkotótevékenység eredménye, akkor annak értelmezése, megértési szintje és megbízhatósági foka lényegesen változhat az egyes értelmezőktől függően. A tartalmi modellt gyakran a probléma műszaki megfogalmazásának is nevezik.

Funkcionális jelleg és célok szerint a tartalmi modellek leíró, magyarázó és prediktív modellekre oszthatók:

• Leíró modellnek nevezhető az objektum bármilyen leírása.
• A magyarázó modell lehetővé teszi annak megválaszolását, hogy valami miért történik.
• A prediktív modellnek az objektum jövőbeli viselkedését kell leírnia. Megjegyezhető, hogy a prediktív modellnek nem kell tartalmaznia a magyarázó modellt.

Koncepcionális modellek

Koncepcionális modellnek azt a tartalmi modellt nevezzük, amelynek megfogalmazásakor az objektum modellezésével foglalkozó szaktudományok fogalmait és elképzeléseit alkalmazzuk.

Tágabb értelemben a koncepcionális modell olyan tartalmi modellt jelent, amely egy meghatározott koncepción vagy nézőponton alapul. A koncepcionális modellek három fajtáját különböztetjük meg: logikai-szemantikai, strukturális-funkcionális és ok-okozati modellek.

• A logikai-szemantikai modell az objektum leírása a megfelelő szaktudományok szakkifejezéseiben és meghatározásaiban, amely tartalmazza az összes ismert, logikailag ellentmondásmentes állítást és tényt. Az ilyen modellek elemzése logikai eszközökkel, a megfelelő szaktudományokban felhalmozott ismeretek felhasználásával történik.
• A strukturális-funkcionális modell felépítésekor az objektumot általában egységes rendszerként kezelik, amelyet különálló elemekre vagy alrendszerekre bontanak. A rendszer részei strukturális kapcsolatokkal kapcsolódnak egymáshoz, amelyek leírják az egyes feladatok megoldásának alárendeltségét, logikai és időbeli sorrendjét. Az ilyen modellek megjelenítéséhez különféle diagramok, térképek és ábrák alkalmazása célszerű.
• Az ok-okozati modellt gyakran alkalmazzák az objektum viselkedésének magyarázatára és előrejelzésére. Ezek a modellek főként a következőkre irányulnak: 1) a vizsgált objektum összetevői közötti fő összefüggések feltárása; 2) annak meghatározása, hogy az egyik tényező változása hogyan befolyásolja a modell összetevőinek állapotát; 3) annak megértése, hogy a modell egészében hogyan fog működni, és megfelelően írja-e le a kutató számára érdekes paraméterek dinamikáját.

Formális modellek

A formális modell a koncepcionális modell megjelenítése egy vagy több formális nyelv segítségével (például matematikai elméletek nyelvén, speciális modellezési nyelveken vagy algoritmikus nyelveken). A humántudományokban a modellezési folyamat sok esetben az objektum koncepcionális modelljének megalkotásával ér véget. A természettudományos diszciplínákban általában sikerül formális modellt felépíteni.

Ha a tartalmi és a formális modellek megismerési folyamatban betöltött szerepét a kutatók többé-kevésbé felismerik, a kognitív modellek szerepét gyakran alábecsülik. Ez az ilyen modellek szubjektivitásával és a gondolkodási folyamat rejtett jellegével függ össze. Vannak azonban olyan objektumok és folyamatok, amelyeknél a kognitív modellek szerepe különösen nagy. Például az operátor vagy a döntéshozó az objektum vagy folyamat irányítását főként saját kognitív modelljei alapján végzi. E modelltípus szerepe a társadalomtudományokban is jelentős.

A matematikai modellezés ideális tudományos jel alapú formális modellezés, amelynek során az objektum leírása a matematika nyelvén történik, a modell vizsgálata pedig különböző matematikai módszerek alkalmazásával zajlik.

Bármely tudományos kutatásra szánt matematikai modell lehetővé teszi, hogy adott bemeneti adatok alapján megtaláljuk a modellezett objektum vagy jelenség kutató számára érdekes paramétereinek értékeit. Ezért feltételezhető, hogy minden ilyen modell lényege abban áll, hogy a bemeneti paraméterek értékkészletét leképezi a kimeneti paraméterek értékkészletére. Ez a körülmény lehetővé teszi, hogy a matematikai modellt egyfajta matematikai operátorként értelmezzük. Az operátor fogalma elég tágan értelmezhető. Lehet egy olyan függvény, amely összeköti a bemeneti és kimeneti értékeket, vagy egy leképezés, amely algebrai, differenciális, integro-differenciális vagy integrálegyenletek rendszerének szimbolikus felírását jelenti. Lehet egy algoritmus, szabályok vagy táblázatok összessége, amely biztosítja a kimeneti paraméterek meghatározását (vagy megállapítását) adott bemeneti értékek alapján.

A matematikai modell operátor fogalma segítségével történő meghatározása konstruktívabb az ilyen modellek osztályozásának felépítése szempontjából, mivel magában foglalja a jelenleg rendelkezésre álló matematikai modellek teljes sokféleségét.

A matematikai modellezés előnyei a valós kísérlethez képest:

• gazdaságosság (különösen a valós rendszer erőforrásainak megtakarítása);
• hipotetikus, azaz a természetben nem megvalósult objektumok modellezésének lehetősége;
• a természetben veszélyes vagy nehezen reprodukálható üzemmódok megvalósításának lehetősége;
• az időskála megváltoztatásának lehetősége;
• a többszempontú elemzés egyszerűsége;
• nagyobb prediktív erő az általános törvényszerűségek feltárásának lehetősége következtében;
• az elvégzett munka műszaki és szoftveralátámasztásának univerzalitása (programozási rendszerek és általános célú alkalmazói programcsomagok).

Az információs modell az objektum olyan modellje, amelyet az objektum adott vizsgálat szempontjából lényeges paramétereit és változóit, azok közötti összefüggéseket, az objektum bemeneteit és kimeneteit leíró információ formájában jelenítenek meg, és amely lehetővé teszi, hogy a bemeneti értékek változásaira vonatkozó információ modellbe való bevitelével szimuláljuk az objektum lehetséges állapotait.