Теория Vol 1: Модель и каркас [фрейм]

https://free3d.com/ru/3d-model/car-frame-4506.html

Понятие модели давно уже не является привилегией естественных наук. Но будучи рождённым в этой области и согласно её требованиям, изначально структурированным и логичным, применение данного понятия в широком смысле требует подробного рассмотрения этого вопроса.

Модель (латинское modulus; французское modele)

• Это устройство, воспроизводящее, имитирующее строение и действие какого-либо другого устройства в произвольных целях. Часто – масштабный предметный образец объекта или его частей, отображающий их строение и действие. Более обще – упрощённая система, используемая для имитирования определённых аспектов реального объекта/процесса. Однако это может привести к созданию слишком обобщённой, искажённой и содержащей недопустимые упущения копии. Тем не менее, хорошая модель концентрируется на той проблеме, которую она изучает, и абстрагируется от всего, что не имеет существенного значения.
• В широком смысле - любой образ, аналог (мысленный или условный) какого-либо объекта, процесса или явления (оригинала данной модели), используемый в качестве его заместителя, представителя. Служит для выражения отношения между человеческими знаниями об объектах и этими объектами. Модель используется как условный образ, сконструированный для упрощения их исследования. Результаты разработки и исследования модели при определённых условиях, выясняемых в логике и методологии и специфических для различных областей и типов моделей, распространяются на оригинал.

Пример структурно-функциональных связей

• В логике и методологии науки — аналог (схема, структура, знаковая система) как изображение или описание некоего природного или общественного, естественного или искусственного процесса, явления или объекта — оригинала модели. Этот аналог служит для хранения и расширения знания (информации) об оригинале, конструирования оригинала, преобразования или управления им. Требует описания компонентов и функций, отображающих существенные свойства моделируемого объекта или процесса (обычно рассматриваемых как системы или элементы системы). Используется для облегчения понимания или прогнозирования будущего поведения.

В естественных науках моделью называют описание объекта средствами некоторой научной теории. Модель в фундаментальных и в прикладных науках обычно связывается с применением моделирования, то есть с выяснением (или воспроизведением) свойств объекта, процесса или явления с помощью другого объекта, процесса или явления — его модели. Такая процедура требует выполнения определённых правил и предъявляет требования и к самой модели. Существенную роль при этом играют экспериментальные данные — факты и априорная информация. По мере распространения технологии вычислительного эксперимента такой подход становится все более распространённым. Природа моделей может быть различной (общепризнанной единой классификации моделей в настоящее время не существует).

Естественно подобная трактовка мало подходит к гуманитарным наукам, но в обще-познавательном плане педагог должен осознавать нюансы использования понятий собственно для своей работы, так и преподавания дисциплин где речь идёт именно о классической трактовке термина модель. Но прежде чем подробно разобрать понятия модели и моделирования, дадим три более специализированных определения модели, играющих большую роль в современном обществе и познании — то есть требующих чёткого их понимания со стороны педагога.

• Модель исследовательская — вспомогательный физический объект, или абстрактная система в виде описания закономерностей изучаемого натурного объекта (явления, процесса) на некотором оговорённом языке (часто математическом), которые заменяют в эксперименте или моделировании натурный изучаемый объект (явление, процесс), обладающий сходными с ним свойствами и закономерностями.
• Модель информационная — модель, в которой изучаемое явление или операция представлены в виде процессов передачи и обработки информации, а параметры модели и её составляющих воспроизведены в числовой, текстовой или иной сигнальной форме.
• Модель в психологии это нечто вроде «мини-теории», дающей схему связи между различными аспектами поведения (выявленными). Термин также используется для описания личности, оказавшей значительное воздействие на социализацию другого человека. В этом контексте о личности говорят как о «ролевой модели».

Моделирование

Autodesk Maya

Понятие модели в науке обычно связывают с применением метода моделирования. Термин моделирование, имеет субъективную окраску, будучи часто связан с тем, кто именно моделирует. Термин же модель, лишённый этой окраски, естественнее понимать и определять независимо от различных возможных «моделирований». Иначе говоря, если понятие моделирования характеризует выбор средств исследования системы, то понятие модели – отношение между существующими конкретными и/или абстрактными системами.

Хотя отношение «быть моделью» симметрично и моделирующие друг друга системы, согласно определению, совершенно равноправны, при употреблении термина модель почти всегда всё же предполагается (часто неявно) некоторое «моделирование». Например, абстрактно-логическое моделирование или моделирование, заключающееся в воспроизведении изучаемых явлений на специально сконструированных моделях в эмпирических науках (экспериментальное моделирование).

В зависимости от того, какая из двух сравниваемых систем фиксируется как предмет изучения, а какая в качестве её модели, термин модель понимается в двух различных смыслах.

1. В теоретических науках (особенно в математике, физике) моделью какой-либо системы обычно называют другую систему, служащую описанием исходной системы на языке данной науки; и вообще во всех тех случаях, когда слово модель служит синонимом для понятий теория и научное описание.
2. Не менее распространённым является такое употребление термина модель, когда под моделью понимается не описание, а то, что описывается. При таком употреблении термин модель рассматривается как синоним термина интерпретация, то есть моделью какой-либо системы соотношений называют совокупность объектов, удовлетворяющих этой системе. Точнее говоря, синонимами при таком употреблении являются выражения построить модель и указать интерпретацию.

Иначе говоря, интерпретацией какой-либо системы объектов обычно называют не саму её модель (то есть некоторую другую систему), а перечень правил перевода с языка моделируемой системы (например научной теории) на язык модели.

Образно говоря, моделью мы называем любой возможный перевод с языка моделируемой системы на любой другой язык, а интерпретацией – лишь тот из этих переводов (и на конкретный язык), который мы имеем в виду при истолковании понятий системы, считая его по каким-либо соображениям единственно верным.

Для современного этапа развития науки характерно интенсивное расширение запаса применяемых в научных исследованиях способов построения и использования различных моделей. Применяемые в настоящее время научные модели способствуют изучению не только структуры, но и функционирования весьма сложных систем (в том числе объектов живой природы и социальных). Расширение понятия моделирования и модели, предполагающее учёт не только структурных, но и функциональных свойств и отношений, может быть достигнуто по меньшей мере двумя родственными путями:

1. Во-первых, можно потребовать, чтобы описание каждого элемента модели (и, конечно, моделируемой системы) включало в себя временную характеристику. Это означает, что введение параметра времени свело бы понятие функционирования к общему понятию пространственно-временной структуры.
2. Во-вторых, пользуясь точным математическим понятием функции, можно с самого начала считать элементами, из которых строится модель именно функции, описывающие изменение во времени элементов «статической», то есть «структурной» модели. Именно в таком расширенном смысле говорят не просто о моделировании систем, но и о моделировании процессов.

Как это часто происходит в ходе развития науки, термин модель применяется расширительным образом и в тех случаях, когда предварительный учёт всех подлежащих воспроизведению при моделировании параметров (необходимый для буквального понимания термина) оказывается практически невозможным ввиду сложности моделируемой системы.

Каркас (остов)

Структурный каркас для трансформируемого кресла или дивана

Разговаривая о моделях и частично — моделировании, подспудно постоянно присутствует вопрос о существовании внутри них некоторой основы — опорного каркаса, остова. Из-за засилья англоязычных терминов в информационных технологиях, русское слово каркас или остов применяется больше в разговорном языке и некоторых инженерных отраслях, а в «науке» часто используют его английскую транскрипцию: фрейм (frame). Повторимся, что это сейчас это понятие распространилось из программирования, но оно имеет и собственное общенаучное определение, нисколько не противоречащие принятому в информатике:

Фрейм, это минимальное описание какого-либо явления, факта или объекта, представленное таким образом, что удаление любой составляющей разрушает это описание, не позволяя его правильно опознавать (классифицировать).

Более специфично — информационная структура данных, предназначенная для представления стереотипной ситуации или хранящая некоторую информацию.

Ещё фрейм можно определить как форму интерпретации реальных объектов в виде хранимого пакета знаний.

В житейском представлении можно считать фрейм «идеальным» образом реального предмета или явления, удобным упрощением действительности. Соответственно уже его можно использовать для поиска аналогий между «внешне» различными объектами и явлениями как для улучшения процесса распознавания (адаптивность), так и создавая предпосылки для решения задач в иных областях по принципу прямой аналогии. Конечно нельзя поставить знак равенства между каркасом и идеальными объектами в физике или системном анализе, да и существуют традиции для употребления именно выражения идеальный объект, но я вполне допускаю что именно в виде понятия остова возможна дополнительная трактовка, обсуждаемая в данном посте.

Эта минимальная целостность ассоциируется с минимальной полнотой модели, то есть именно содержанию всего действительно необходимого. Остов (фрейм) модели, его выделение, являются первичными задачами и для анализа имеющихся, и для построения новых моделей. А последняя форма определения фрейма созвучна как с моделированием, так и искусственным интеллектом, не говоря уже о педагогике. Фактически можно говорить о некотором наборе базовых знаний и даже навыков как о наборе каркасов для изучения и запоминания в процессе школьного, университетского и самостоятельного обучения. Результирующий набор остовов составит основу для построения и понимания (обычно упрощённых) моделей процессов, объектов и явлений в мире, в том числе — гуманитарных. А также, способов решения построенных на них задач или успешного моделирования связанных с ними процессов и регистрируемых явлений.

Более того, построение сложных составных моделей и проверка их совместимости и целостности основываясь на изначальных моделях может быть слишком трудоёмким, в отличие от первичной проверки совместности систем соответствующих каркасов.

При работе с моделями и каркасами надо чётко понимать, что встречается как выделение последних из моделей, так и наоборот, возможно наращивание «мяса» на каркас для превращения его в более общую модель. Вплоть до цепочки

начальная модель → фрейм → исправленная модель

Однако в том случае, когда описание модели выполняется сугубо на естественном языке (возможно с графическими пояснениями), появляется дополнительная тонкость в выражении материала со стороны филологии (не лингвистики и грамматики), называемая дискурсом.

Под дискурсом понимается языковая универсалия, без которой не только языковая практика, но и теория не будет полной и окажется оторванной от действительности. Более просто — это текст в языковом и ситуационном аспектах, или ещё короче — <текст + контекст> [1].

Дискурс - это нечто упорядоченное и осмысленное, поэтому даже появились выражения типа "дискурс анализ"

В отношении к дискурсу вполне может оказаться что речь идёт и о специальном виде контекста — экстраситуационном, когда понимание обмена репликами требует «базисного знания», далеко выходящего за пределы локального разговора и непосредственного окружения.

Дело в том, что сама сильная сторона моделирования — универсальность и множественность приложений в разных отраслях обычно достигается не сразу. Но если это вполне ожидаемо и понятно, то вот понимание и возможность оперирования моделью требует её «осознания» в каком-либо конкретном и знакомом приложении, то есть контексте. Чаще всего — путём письменного или вербального объяснения именно для него и через него. Как раз то, что выше мы назвали дискурсом посредством взаимно определённых, организованных и когерентных [2] предложений. В гуманитарных областях попытки построения моделей без дискурсов трудно представимы, особенно в аналитическом (формульном) виде. Да даже алгоритмические фрагменты врядли будут иметь чёткий вид типа if A=B then ... else ... Словесные вставки с пояснениями, комментариями или даже примерами почти неизбежны. Особенно, например, при сравнении "элементов", так как подобные операции в гуманитарных областях могут быть и не слишком понятны и далеки от объективности.

В частности, области задействующие эмоции вообще сильно контекстно зависимы (про субъективность можно и не упоминать) и представление в них модели посредством нарратива-перечисления характеристик с использованием специальной (внутренней) терминологии будет доступно только экспертам, но не «пользователям практикам» в конкретной области.

На самом деле это является серьёзным ограничением, так как для придания веса и наукообразности не только модель, но и упрощённый дискурс–описание часто плохо написан и представляет собой засилье специальных терминов в рамках длиннющих предложений, сложных для понимания.

[1] Контекст — в лингвистике это относительно законченный отрывок письменной или устной речи (текста), в пределах которого наиболее точно выявляется значение отдельных входящих в него слов, выражений. Для отдельного высказывания, слова или словосочетания, входящих в состав целостного текста, контекстом являются другие (предшествующие или последующие высказывания) или весь текст в целом. Иначе говоря, речь идёт о целостности и взаимосвязанности исследуемого феномена, его включенности в язык, в наличную ситуацию деятельности и коммуникации, в локальную и универсальную культуру.

[2] Когерентный — связный, целостный и структурированный, происходящий согласованно.