Processo de modelagem

O processo de modelagem pode ser visto como uma transição de modelos de uma classe para outra. Convencionalmente, distinguem-se três grandes classes de modelos: cognitivos, de conteúdo e formais. Eles constituem três níveis de modelagem interligados, que não podem ser considerados isoladamente. A influência mútua dos níveis de modelagem está relacionada à propriedade de potencialidade dos modelos. A criação de qualquer modelo está associada ao surgimento de novos conhecimentos sobre o objeto de estudo, o que leva à reavaliação e ao refinamento de conceitos e perspectivas sobre o objeto de modelagem em diferentes níveis. Esta circunstância, por sua vez, leva à revisão dos modelos de conteúdo e cognitivos correspondentes, garantindo um desenvolvimento em espiral de todos os níveis de modelagem do objeto de estudo.

Modelos cognitivos e de conteúdo

Ao observar o objeto original, uma imagem mental do objeto se forma na mente do pesquisador, seu modelo ideal, que na literatura científica é chamado de modelo cognitivo (mental, que promove o conhecimento). Ao formar tal modelo, o pesquisador geralmente busca responder a perguntas específicas, por isso, tudo o que é desnecessário é removido da estrutura infinitamente complexa do objeto, a fim de obter uma descrição mais compacta e concisa. A representação de um modelo cognitivo em linguagem natural é chamada de modelo de conteúdo.

Os modelos cognitivos são subjetivos, pois são formados pelo pesquisador de forma especulativa, com base em todo o seu conhecimento e experiência anteriores. Só é possível ter uma ideia do modelo cognitivo descrevendo-o em forma de signos. Não se pode afirmar que os modelos cognitivos e de conteúdo sejam equivalentes, pois os primeiros podem conter elementos que o pesquisador não consegue ou não deseja formular. Ao mesmo tempo, se um modelo de conteúdo é formulado por outra pessoa ou é produto de um trabalho coletivo, sua interpretação, nível de compreensão e grau de confiança podem variar significativamente dependendo do intérprete. O modelo de conteúdo é frequentemente chamado de especificação técnica do problema.

De acordo com suas características funcionais e objetivos, os modelos de conteúdo são divididos em descritivos, explicativos e preditivos:

• Um modelo descritivo pode ser qualquer descrição do objeto.
• Um modelo explicativo permite responder à pergunta de por que algo acontece.
• Um modelo preditivo deve descrever o comportamento futuro do objeto. Pode-se notar que um modelo preditivo não precisa necessariamente incluir um modelo explicativo.

Modelos conceituais

Um modelo conceitual é definido como um modelo de conteúdo em cuja formulação se utilizam conceitos e representações das áreas de conhecimento que estudam o objeto de modelagem.

Em um sentido mais amplo, um modelo conceitual é entendido como um modelo de conteúdo baseado em um determinado conceito ou ponto de vista. Distinguem-se três tipos de modelos conceituais: lógico-semânticos, estrutural-funcionais e de causa e efeito.

• O modelo lógico-semântico é uma descrição do objeto em termos e definições das áreas de conhecimento correspondentes, incluindo todas as afirmações e fatos logicamente consistentes conhecidos. A análise de tais modelos é realizada por meio da lógica, com o auxílio do conhecimento acumulado nas respectivas áreas.
• Na construção de um modelo estrutural-funcional, o objeto é geralmente considerado como um sistema integral, que é dividido em elementos ou subsistemas individuais. As partes do sistema são conectadas por relações estruturais que descrevem subordinação e a sequência lógica e temporal da resolução de tarefas específicas. Para representar tais modelos, são convenientes vários tipos de esquemas, mapas e diagramas.
• O modelo de causa e efeito é frequentemente utilizado para explicar e prever o comportamento do objeto. Esses modelos são orientados principalmente para: 1) identificar as principais inter-relações entre os elementos constituintes do objeto de estudo; 2) determinar como a mudança de alguns fatores afeta o estado dos componentes do modelo; 3) compreender como o modelo funcionará como um todo e se ele descreverá adequadamente a dinâmica dos parâmetros de interesse para o pesquisador.

Modelos formais

Um modelo formal é a representação de um modelo conceitual por meio de uma ou mais linguagens formais (por exemplo, linguagens de teorias matemáticas, linguagens de modelagem especiais ou linguagens algorítmicas). Nas ciências humanas, o processo de modelagem em muitos casos termina com a criação de um modelo conceitual do objeto. Nas disciplinas das ciências naturais, como regra, é possível construir um modelo formal.

Se a importância dos modelos de conteúdo e formais para o processo de conhecimento é mais ou menos compreendida pelos pesquisadores, o papel dos modelos cognitivos é frequentemente subestimado. Isso se deve à subjetividade desses modelos e à natureza oculta do processo de pensamento. No entanto, existem objetos e processos para os quais o papel dos modelos cognitivos é especialmente grande. Por exemplo, um operador ou um tomador de decisão gerencia um objeto ou processo principalmente com base em seus próprios modelos cognitivos. O papel desse tipo de modelo também é grande nas ciências sociais.

A modelagem matemática é uma modelagem formal, simbólica, científica e ideal, na qual a descrição do objeto é feita na linguagem da matemática, e a investigação do modelo é realizada com o uso de diversos métodos matemáticos.

Qualquer modelo matemático destinado à pesquisa científica permite, a partir de dados de entrada, encontrar os valores dos parâmetros de interesse do pesquisador sobre o objeto ou fenômeno modelado. Portanto, pode-se supor que a essência de qualquer modelo desse tipo consiste em mapear um determinado conjunto de valores de parâmetros de entrada para um conjunto de valores de parâmetros de saída. Essa circunstância permite considerar o modelo matemático como um operador matemático. O conceito de operador pode ser interpretado de forma bastante ampla. Pode ser tanto uma função que relaciona os valores de entrada e saída, quanto um mapeamento que representa a notação simbólica de um sistema de equações algébricas, diferenciais, integro-diferenciais ou integrais. Pode ser um algoritmo, um conjunto de regras ou tabelas que garantem a determinação (ou estabelecimento) dos parâmetros de saída a partir dos valores de entrada especificados.

A definição de um modelo matemático através do conceito de operador é mais construtiva do ponto de vista da classificação de tais modelos, pois abrange toda a diversidade dos modelos matemáticos existentes atualmente.

Vantagens da modelagem matemática em comparação com a experimentação real:

• economicidade (em particular, a economia de recursos do sistema real);
• possibilidade de modelar objetos hipotéticos, ou seja, não realizados na natureza;
• possibilidade de implementar regimes perigosos ou difíceis de reproduzir na realidade;
• possibilidade de alterar a escala de tempo;
• simplicidade da análise multifacetada;
• grande poder preditivo devido à capacidade de identificar padrões gerais;
• universalidade do hardware e software utilizados no trabalho (sistemas de programação e pacotes de aplicativos de uso geral).

Um modelo de informação é um modelo de um objeto, apresentado na forma de informação que descreve os parâmetros e variáveis essenciais para a análise em questão, as conexões entre eles, as entradas e saídas do objeto, e que permite, ao fornecer ao modelo informações sobre mudanças nas variáveis de entrada, simular os possíveis estados do objeto.