Proces modelování

Proces modelování lze představit jako přechod od modelů jedné třídy k modelům jiné třídy. Rozlišují se tři velké třídy modelů: kognitivní, obsahové a formální modely. Tvoří tři vzájemně provázané úrovně modelování, které nelze posuzovat izolovaně jedna od druhé. Vzájemné ovlivňování úrovní modelování souvisí s vlastností potenciality modelů. Vytvoření jakéhokoli modelu je spojeno se vznikem nových poznatků o zkoumaném objektu, což vede k přehodnocení a zpřesnění koncepcí a pohledů na objekt modelování na různých úrovních. Tato okolnost vede zároveň k revizi příslušných obsahových a kognitivních modelů, čímž zajišťuje spirálový rozvoj všech úrovní modelování zkoumaného objektu.

Kognitivní a obsahové modely

Při pozorování objektu-originálu se v mysli výzkumníka formuje jakýsi mentální obraz objektu, jeho ideální model, který se v odborné literatuře obvykle nazývá kognitivním (mentálním, přispívajícím k poznání). Při formování takového modelu se výzkumník zpravidla snaží odpovědět na konkrétní otázky, proto je z nekonečně složité struktury objektu odříznuto vše nepotřebné s cílem získat jeho kompaktnější a stručnější popis. Vyjádření kognitivního modelu v přirozeném jazyce se nazývá obsahovým modelem.

Kognitivní modely jsou subjektivní, protože je výzkumník tvoří spekulativně na základě všech svých předchozích znalostí a zkušeností. Představu o kognitivním modelu lze získat pouze jeho popisem ve znakové formě. Nelze tvrdit, že kognitivní a obsahové modely jsou ekvivalentní, protože první mohou obsahovat prvky, které výzkumník nebude schopen nebo ochoten formulovat. Zároveň platí, že pokud byl obsahový model formulován někým jiným nebo je produktem kolektivní tvorby, pak jeho interpretace, úroveň porozumění a míra důvěry se mohou výrazně lišit v závislosti na konkrétním interpretu. Obsahový model se často nazývá technickou formulací problému.

Podle funkčního hlediska a cílů se obsahové modely dělí na popisné, vysvětlující a prognostické:

• Popisným modelem lze nazvat jakýkoli popis objektu.
• Vysvětlující model umožňuje odpovědět na otázku, proč k něčemu dochází.
• Prognostický model musí popisovat budoucí chování objektu. Je třeba poznamenat, že prognostický model nemusí nutně zahrnovat model vysvětlující.

Konceptuální modely

Konceptuálním modelem se obvykle nazývá obsahový model, při jehož formulaci jsou použity pojmy a představy z vědních oborů, které se zabývají studiem objektu modelování.

V širším smyslu se pod pojmem konceptuální model rozumí obsahový model vycházející z určité koncepce nebo úhlu pohledu. Rozlišují se tři druhy konceptuálních modelů: logicko-sémantické, strukturně-funkční a příčinno-důsledkové.

• Logicko-sémantický model je popis objektu v termínech a definicích příslušných vědních oborů, zahrnující veškerá známá logicky nerozporná tvrzení a fakta. Analýza takových modelů se provádí prostředky logiky s využitím znalostí nashromážděných v příslušných oborech.
• Při vytváření strukturně-funkčního modelu je objekt obvykle posuzován jako celistvý systém, který je rozčleněn na jednotlivé prvky nebo subsystémy. Části systému jsou propojeny strukturními vztahy popisujícími podřízenost, logickou a časovou posloupnost řešení jednotlivých úloh. Pro znázornění takových modelů jsou vhodné různé druhy schémat, map a diagramů.
• Příčinno-důsledkový model se často používá k vysvětlení a předpovědi chování objektu. Tyto modely jsou zaměřeny především na: 1) odhalení hlavních vzájemných vazeb mezi složkami zkoumaného objektu; 2) určení toho, jak změna jedněch faktorů ovlivňuje stav komponent modelu; 3) pochopení toho, jak model bude jako celek fungovat a zda bude adekvátně popisovat dynamiku parametrů, které výzkumníka zajímají.

Formální modely

Formální model je vyjádřením konceptuálního modelu pomocí jednoho nebo více formálních jazyků (například jazyků matematických teorií, speciálních jazyků modelování nebo algoritmických jazyků). V humanitních vědách proces modelování v mnoha případech končí vytvořením konceptuálního modelu objektu. V přírodovědných disciplínách se zpravidla daří sestavit formální model.

Pokud je význam obsahových a formálních modelů pro proces poznání výzkumníky více či méně uvědomován, pak role kognitivních modelů je často podceňována. Je to dáno subjektivitou takových modelů a skrytostí procesu myšlení. Existují však objekty a procesy, pro které je role kognitivních modelů obzvláště velká. Například operátor nebo osoba přijímající rozhodnutí řídí objekt nebo proces především na základě vlastních kognitivních modelů. Velká je role tohoto typu modelů i ve společenských vědách.

Matematické modelování je ideální vědecké znakové formální modelování, při němž je popis objektu prováděn v jazyce matematiky a studium modelu se provádí s využitím různých matematických metod.

Každý matematický model určený pro vědecký výzkum umožňuje na základě zadaných vstupních dat nalézt hodnoty parametrů modelovaného objektu nebo jevu, které výzkumníka zajímají. Proto lze předpokládat, že podstatou každého takového modelu je zobrazení určité zadané množiny hodnot vstupních parametrů na množinu hodnot výstupních parametrů. Tato okolnost umožňuje nahlížet na matematický model jako na určitý matematický operátor. Pojem operátoru může být vykládán poměrně široce. Může jím být jak určitá funkce spojující vstupní a výstupní hodnoty, tak zobrazení představující symbolický zápis soustavy algebraických, diferenciálních, integrodiferenciálních nebo integrálních rovnic. Může to být určitý algoritmus, soubor pravidel nebo tabulek zajišťujících nalezení (nebo stanovení) výstupních parametrů ze zadaných vstupních hodnot.

Definice matematického modelu prostřednictvím pojmu operátoru je konstruktivnější z hlediska sestavení klasifikace takových modelů, protože zahrnuje veškerou různorodost matematických modelů, které v současnosti existují.

Výhody matematického modelování ve srovnání s fyzickým experimentem:

• hospodárnost (zejména úspora zdrojů reálného systému);
• možnost modelování hypotetických, tedy v přírodě nerealizovaných objektů;
• možnost realizace režimů nebezpečných nebo obtížně reprodukovatelných ve skutečnosti;
• možnost změny časové škály;
• jednoduchost víceaspektové analýzy;
• větší prognostická síla v důsledku možnosti odhalení obecných zákonitostí;
• univerzálnost technického a programového zabezpečení prováděné práce (programovací systémy a balíčky aplikačních programů pro obecné použití).

Informační model — model objektu představený ve formě informací popisujících parametry a proměnné veličiny objektu podstatné pro dané posuzování, vazby mezi nimi, vstupy a výstupy objektu, a umožňující prostřednictvím přívodu informací o změnách vstupních veličin do modelu simulovat možné stavy objektu.