Чтобы ответить на этот вопрос, надо заглянуть в далекое прошлое. Несколько миллионов лет назад, на заре человечества, первобытные люди изучали окружающую природу, чтобы научиться противостоять природным стихиям, пользоваться природными благами, просто выживать.
Накопленные знания передавались из поколения в поколение устно, позже письменно и наконец с помощью предметных моделей. Так родилась, к примеру, модель Земного шара — глобус — позволяющая получить наглядное представление о форме нашей планеты, ее вращении вокруг собственной оси и расположении материков. Такие модели позволяют понять, как устроен конкретный объект, узнать его основные свойства, установить законы его развития и взаимодействия с окружающим миром. В этом случае целью построения моделей является познание окружающего мира.
Накопив достаточно знаний, человек задал себе вопрос: «Нельзя ли создать объект с заданными свойствами и возможностями, чтобы противодействовать стихиям или ставить себе на службу природные явления?» Человек стал строить модели еще не существующих объектов. Так родились идеи создания ветряных мельниц, различных механизмов, даже обыкновенного зонтика. Многие из этих моделей стали в настоящее время реальностью. Это объекты, созданные руками человека.
Таким образом, другая важная цель моделирования — создание объектов с заданными свойствами. Эта цель определяется постановкой задачи «как сделать, чтобы...».
Цель моделирования задач типа «что будет, если...» — определение последствий воздействия на объект и принятие правильного решения. Подобное моделирование имеет важное значение при обращении к социальным и экологическим проблемам: что будет, если увеличить плату за проезд в транспорте, или что произойдет, если закопать ядерные отходы в такой-то местности?
Например, для спасения города на Неве от постоянных наводнений, приносящих огромный ущерб, решено было возвести дамбу. При ее проектировании было построено множество моделей, в том числе и натурных, именно для того, чтобы предсказать последствия вмешательства в природу.
Нередко целью моделирования бывает эффективность управления объектом (или процессом). Поскольку критерии управления бывают весьма противоречивыми, то эффективным оно окажется только при условии, если будут «и волки сыты и овцы целы».
Например, нужно наладить питание в школьной столовой. С одной стороны, оно должно отвечать возрастным требованиям (калорийное, содержащее витамины и минеральные соли), с другой — нравиться большинству ребят и к тому же быть «по карману» родителям, а с третьей — технология приготовления должна соответствовать возможностям школьных столовых. Как совместить несовместимое? Построение модели поможет найти приемлемое решение.
Можно без конца рассматривать все новые и новые цели и перспективы моделирования, но у нас еще будет немало случаев убедиться в полезности и целесообразности использования моделей в самых разных сферах деятельности человека.
На этом этапе, отталкиваясь от общей формулировки задачи, четко выделяют моделируемый объект и его основные свойства. По сути, все эти факторы можно назвать входными параметрами моделирования. Их может быть довольно много, причем некоторые невозможно описать количественными соотношениями.
Очень часто исходный объект — это целая совокупность более мелких составляющих, находящихся в некоторой взаимосвязи. Слово «анализ» (от греч. «analysis») означает разложение, расчленение объекта с целью выявления составляющих, называемых элементарными объектами. В результате появляется совокупность более простых объектов. Они могут находиться между собой либо в равноправной связи, либо во взаимном подчинении. Схемы таких связей представлены на рис. 2.6 и 2.7.
Рис. 2.6. Равноправные связи объектов
Например, объект «комната» может быть представлен совокупностью более простых объектов— предметов мебели, расположенных в ней. Под моделированием будем понимать поиск наиболее удобной расстановки предметов мебели. Все они находятся в равноправной связи, т. е. могут занимать в комнате любое место. Схематично это показано на рис. 2.6.
Простой пример подчиненных связей объектов (рис. 2.7) — разбор предложения. Сначала выделяются главные члены (подлежащее, сказуемое), затем второстепенные члены, относящиеся к главным, затем слова, относящиеся к второстепенным, и т. д. Расположение объектов по степени подчиненности называется иерархией.
Рис. 2.7. Подчиненные связи объектов (иерархическая связь)
Есть объекты и с более сложными взаимосвязями. Как правило, сложные объекты могут состоять из более простых с разными видами взаимосвязей.
В основу любой серьезной работы (будь то конструкторская разработка или проектирование технологического процесса, разработка алгоритма или моделирование) должен быть положен системный принцип «сверху вниз», т. е. от общих проблем к конкретным деталям. На этой идее основан и метод пошаговой детализации при создании алгоритмов, и модульный принцип организации программ, с которым мы познакомились, изучая язык LOGO, и процесс управления государством, и процесс обучения детей в школе...
Например, объект «самолет» можно представить совокупностью разнородных объектов, без которых полет невозможен: двигатели, фюзеляж, крылья, система измерительной и контролирующей аппаратуры, система безаварийного энергоснабжения и т. п. Эти объекты, в свою очередь, тоже можно расчленять на более элементарные — детали.
Таким образом, результат анализа объекта появляется в процессе выявления его составляющих (элементарных объектов) и определения связей между ними.
