Modeling process — กระบวนการสร้างแบบจำลอง

กระบวนการสร้างแบบจำลองสามารถมองได้ว่าเป็นการเปลี่ยนผ่านจากแบบจำลองประเภทหนึ่งไปสู่อีกประเภทหนึ่ง โดยทั่วไปแบ่งออกเป็นสามประเภทใหญ่ ได้แก่ แบบจำลองเชิงปริชาน แบบจำลองเชิงเนื้อหา และแบบจำลองเชิงรูปนัย ทั้งสามประเภทนี้ประกอบกันเป็นสามระดับของการสร้างแบบจำลองที่เชื่อมโยงกัน และไม่อาจพิจารณาแยกจากกันได้ ความสัมพันธ์ระหว่างระดับของการสร้างแบบจำลองเกี่ยวข้องกับคุณสมบัติเชิงศักยภาพของแบบจำลอง การสร้างแบบจำลองใดก็ตามย่อมนำมาซึ่งความรู้ใหม่เกี่ยวกับวัตถุที่ศึกษา ซึ่งนำไปสู่การทบทวนและปรับปรุงแนวคิดและมุมมองต่อวัตถุที่สร้างแบบจำลองในระดับต่าง ๆ สิ่งนี้ส่งผลให้เกิดการพิจารณาทบทวนแบบจำลองเชิงเนื้อหาและเชิงปริชานที่เกี่ยวข้องอีกครั้ง ทำให้ทุกระดับของการสร้างแบบจำลองของวัตถุที่ศึกษาพัฒนาในลักษณะวนเวียนเป็นเกลียว

แบบจำลองเชิงปริชานและเชิงเนื้อหา

เมื่อสังเกตวัตถุต้นแบบ นักวิจัยจะสร้างภาพทางจิตของวัตถุขึ้นในความคิด ซึ่งเป็นแบบจำลองในอุดมคติของวัตถุนั้น เรียกในวรรณกรรมทางวิทยาศาสตร์ว่า แบบจำลองเชิงปริชาน (แบบจำลองทางความคิด ซึ่งส่งเสริมการรับรู้) ในการสร้างแบบจำลองดังกล่าว นักวิจัยมักมุ่งตอบคำถามเฉพาะเจาะจง จึงตัดทอนส่วนที่ไม่จำเป็นออกจากโครงสร้างที่ซับซ้อนอย่างไม่สิ้นสุดของวัตถุ เพื่อให้ได้คำอธิบายที่กะทัดรัดและชัดเจนยิ่งขึ้น การนำเสนอแบบจำลองเชิงปริชานด้วยภาษาธรรมชาติเรียกว่า แบบจำลองเชิงเนื้อหา

แบบจำลองเชิงปริชานมีลักษณะอัตวิสัย เนื่องจากนักวิจัยสร้างขึ้นโดยใช้ความคิดไตร่ตรองบนพื้นฐานของความรู้และประสบการณ์ก่อนหน้าทั้งหมด การเข้าใจแบบจำลองเชิงปริชานได้นั้น จำเป็นต้องอธิบายมันในรูปแบบสัญลักษณ์ ไม่อาจกล่าวได้ว่าแบบจำลองเชิงปริชานและเชิงเนื้อหามีความเท่าเทียมกัน เนื่องจากแบบจำลองเชิงปริชานอาจมีองค์ประกอบที่นักวิจัยไม่สามารถหรือไม่ต้องการแสดงออกมา ในขณะเดียวกัน หากแบบจำลองเชิงเนื้อหาถูกกำหนดขึ้นโดยผู้อื่นหรือเป็นผลของการสร้างสรรค์ร่วมกัน การตีความ ระดับความเข้าใจ และระดับความเชื่อถือ อาจเปลี่ยนแปลงไปตามผู้ตีความแต่ละคนอย่างมีนัยสำคัญ แบบจำลองเชิงเนื้อหามักเรียกว่า การกำหนดปัญหาเชิงเทคนิค

ตามลักษณะหน้าที่และวัตถุประสงค์ แบบจำลองเชิงเนื้อหาแบ่งออกเป็นแบบบรรยาย แบบอธิบาย และแบบพยากรณ์:

• แบบจำลองบรรยาย คือคำอธิบายใด ๆ ของวัตถุ
• แบบจำลองอธิบาย ช่วยตอบคำถามว่าเหตุใดบางสิ่งจึงเกิดขึ้น
• แบบจำลองพยากรณ์ต้องอธิบายพฤติกรรมในอนาคตของวัตถุ พึงสังเกตว่าแบบจำลองพยากรณ์ไม่จำเป็นต้องประกอบด้วยแบบจำลองอธิบาย

แบบจำลองเชิงมโนทัศน์

แบบจำลองเชิงมโนทัศน์ คือ แบบจำลองเชิงเนื้อหาที่ในการกำหนดนั้นใช้แนวคิดและมุมมองจากสาขาวิชาความรู้ที่ศึกษาวัตถุที่สร้างแบบจำลอง

ในความหมายที่กว้างขึ้น แบบจำลองเชิงมโนทัศน์หมายถึงแบบจำลองเชิงเนื้อหาที่อิงแนวคิดหรือมุมมองเฉพาะอย่างใดอย่างหนึ่ง โดยแบ่งออกเป็นสามประเภท ได้แก่ แบบจำลองเชิงตรรกะ-ความหมาย แบบจำลองเชิงโครงสร้าง-หน้าที่ และแบบจำลองเชิงเหตุและผล

• แบบจำลองเชิงตรรกะ-ความหมาย คือการอธิบายวัตถุด้วยคำศัพท์และนิยามของสาขาวิชาความรู้ที่เกี่ยวข้อง ซึ่งรวมถึงข้อความและข้อเท็จจริงที่ทราบทั้งหมดที่ไม่ขัดแย้งกันเชิงตรรกะ การวิเคราะห์แบบจำลองดังกล่าวดำเนินการด้วยวิธีการทางตรรกศาสตร์โดยอาศัยความรู้ที่สะสมในสาขาวิชาที่เกี่ยวข้อง
• ในการสร้างแบบจำลองเชิงโครงสร้าง-หน้าที่ วัตถุมักถูกพิจารณาในฐานะระบบที่สมบูรณ์ซึ่งถูกแบ่งออกเป็นองค์ประกอบหรือระบบย่อยแยกต่างหาก ส่วนต่าง ๆ ของระบบเชื่อมต่อกันด้วยความสัมพันธ์เชิงโครงสร้างที่อธิบายลำดับชั้น ลำดับเชิงตรรกะ และลำดับเวลาในการแก้ปัญหาแต่ละอย่าง สำหรับการนำเสนอแบบจำลองประเภทนี้ แผนภาพ แผนที่ และไดอะแกรมชนิดต่าง ๆ มีความสะดวกเป็นอย่างยิ่ง
• แบบจำลองเชิงเหตุและผลมักใช้เพื่ออธิบายและพยากรณ์พฤติกรรมของวัตถุ แบบจำลองประเภทนี้มุ่งเน้นเป็นหลักดังนี้ 1) การระบุความสัมพันธ์หลักระหว่างองค์ประกอบของวัตถุที่ศึกษา 2) การพิจารณาว่าการเปลี่ยนแปลงของปัจจัยบางอย่างส่งผลต่อสถานะของส่วนประกอบของแบบจำลองอย่างไร 3) การทำความเข้าใจว่าแบบจำลองจะทำงานโดยรวมอย่างไร และจะอธิบายพลวัตของพารามิเตอร์ที่นักวิจัยสนใจได้อย่างเหมาะสมหรือไม่

แบบจำลองเชิงรูปนัย

แบบจำลองเชิงรูปนัยคือการนำเสนอแบบจำลองเชิงมโนทัศน์ด้วยภาษารูปนัยหนึ่งหรือหลายภาษา (เช่น ภาษาของทฤษฎีคณิตศาสตร์ ภาษาสร้างแบบจำลองเฉพาะทาง หรือภาษาอัลกอริทึม) ในสาขามนุษยศาสตร์ กระบวนการสร้างแบบจำลองในหลายกรณีสิ้นสุดลงที่การสร้างแบบจำลองเชิงมโนทัศน์ของวัตถุ ในสาขาวิทยาศาสตร์ธรรมชาติ โดยทั่วไปสามารถสร้างแบบจำลองเชิงรูปนัยได้

หากคุณค่าของแบบจำลองเชิงเนื้อหาและเชิงรูปนัยต่อกระบวนการรับรู้ได้รับการตระหนักจากนักวิจัยในระดับหนึ่งแล้ว บทบาทของแบบจำลองเชิงปริชานมักถูกประเมินต่ำกว่าความเป็นจริง สาเหตุมาจากลักษณะอัตวิสัยของแบบจำลองประเภทนี้และความซ่อนเร้นของกระบวนการคิด อย่างไรก็ตาม มีวัตถุและกระบวนการบางอย่างที่บทบาทของแบบจำลองเชิงปริชานมีความสำคัญเป็นพิเศษ ตัวอย่างเช่น ผู้ปฏิบัติงานหรือผู้มีอำนาจตัดสินใจดำเนินการควบคุมวัตถุหรือกระบวนการโดยอาศัยแบบจำลองเชิงปริชานของตนเองเป็นหลัก บทบาทของแบบจำลองประเภทนี้ยังมีความสำคัญอย่างยิ่งในสาขาสังคมศาสตร์

การสร้างแบบจำลองทางคณิตศาสตร์คือการสร้างแบบจำลองเชิงรูปนัยเชิงสัญลักษณ์ทางวิทยาศาสตร์ในอุดมคติ ซึ่งการอธิบายวัตถุดำเนินการด้วยภาษาคณิตศาสตร์ และการศึกษาแบบจำลองดำเนินการโดยใช้วิธีการทางคณิตศาสตร์ต่าง ๆ

แบบจำลองทางคณิตศาสตร์ใด ๆ ที่มีไว้สำหรับการวิจัยทางวิทยาศาสตร์ ช่วยให้สามารถหาค่าของพารามิเตอร์ที่นักวิจัยสนใจของวัตถุหรือปรากฏการณ์ที่สร้างแบบจำลอง จากข้อมูลเริ่มต้นที่กำหนดให้ ดังนั้นจึงอาจสรุปได้ว่าสาระสำคัญของแบบจำลองดังกล่าวอยู่ที่การแมปเซตของค่าพารามิเตอร์นำเข้าที่กำหนดให้ไปยังเซตของค่าพารามิเตอร์ส่งออก สิ่งนี้ทำให้สามารถพิจารณาแบบจำลองทางคณิตศาสตร์ว่าเป็นตัวดำเนินการทางคณิตศาสตร์ชนิดหนึ่ง แนวคิดของตัวดำเนินการอาจตีความได้อย่างกว้างขวาง อาจเป็นฟังก์ชันบางอย่างที่เชื่อมค่านำเข้าและค่าส่งออก หรืออาจเป็นการแมปที่แทนสัญลักษณ์ของระบบสมการพีชคณิต อนุพันธ์ อินทิกรัล-อนุพันธ์ หรืออินทิกรัล หรืออาจเป็นอัลกอริทึมบางอย่าง กลุ่มกฎเกณฑ์ หรือตาราง ที่ช่วยให้หา (หรือระบุ) ค่าพารามิเตอร์ส่งออกจากค่าเริ่มต้นที่กำหนดให้

การนิยามแบบจำลองทางคณิตศาสตร์ผ่านแนวคิดของตัวดำเนินการมีความสร้างสรรค์กว่าในแง่ของการสร้างการจำแนกประเภทของแบบจำลองเหล่านี้ เนื่องจากครอบคลุมความหลากหลายทั้งหมดของแบบจำลองทางคณิตศาสตร์ที่มีอยู่ในปัจจุบัน

ข้อดีของการสร้างแบบจำลองทางคณิตศาสตร์เมื่อเทียบกับการทดลองในสภาพจริง:

• ประหยัดต้นทุน (โดยเฉพาะการประหยัดทรัพยากรของระบบจริง)
• ความสามารถในการสร้างแบบจำลองวัตถุสมมุติ นั่นคือวัตถุที่ยังไม่ปรากฏในธรรมชาติ
• ความสามารถในการจำลองสภาวะที่เป็นอันตรายหรือทำซ้ำได้ยากในสภาพจริง
• ความสามารถในการเปลี่ยนแปลงมาตราส่วนเวลา
• ความง่ายในการวิเคราะห์หลายแง่มุม
• กำลังพยากรณ์ที่สูงกว่า เนื่องจากสามารถค้นพบรูปแบบทั่วไปได้
• ความเป็นสากลของซอฟต์แวร์และฮาร์ดแวร์ที่ใช้ในการดำเนินงาน (ระบบโปรแกรมมิงและชุดโปรแกรมประยุกต์อเนกประสงค์)

แบบจำลองสารสนเทศ คือ แบบจำลองของวัตถุที่นำเสนอในรูปแบบของข้อมูลซึ่งอธิบายพารามิเตอร์และตัวแปรของวัตถุที่มีความสำคัญต่อการพิจารณาที่กำหนด ความสัมพันธ์ระหว่างพารามิเตอร์เหล่านั้น ข้อมูลนำเข้าและส่งออกของวัตถุ และช่วยให้สามารถจำลองสถานะที่เป็นไปได้ของวัตถุโดยการป้อนข้อมูลเกี่ยวกับการเปลี่ยนแปลงของค่านำเข้าเข้าสู่แบบจำลอง