Файл: Вальков К.И. Введение в теорию моделирования.pdf

ВУЗ: Не указан

Категория: Не указан

Дисциплина: Не указана

Добавлен: 30.06.2024

Просмотров: 142

Скачиваний: 1

ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.

Т а б л и ц а 4. 1

Исходные данные

Результат

2

Если табл. 4.1 оказывается достаточно развитой, то сводку зафиксированных ею экспериментальных фактов иногда назы­ вают уже научной теорией. Условимся говорить в этом случае

о научной теории первого

уровня.

4. Лаконичные результаты эксперимента 2 или даже теория

первого уровня — это еще

не машина M ( n - M ) , а только ее,

так сказать, каркас, в лучшем случае — ее репер.

Из полученных экспериментальных данных необходимо из­ влечь конструкцию машины в целом, т. е., опираясь на ту или иную гипотезу, нужно предложить подходящий алгоритм и проверить его действие в новых условиях. Проследим за этими действиями на примере заведомо простой геометрической мо­ дели.

Пусть в результате эксперимента составлена таблица из четырех строк. Каждая строка имеет вид

^Н> %2it ^3t>

Хц—^-Х^г.

Следовательно, речь идет о машине М (4-v 1).

Введем на плоскости систему отнесения и пред­ ставим каждый выявлен­ ный в эксперименте цикл работы этой машины трой­ кой точек: (Л;, # 0 С , (рис. 4.2). Точки Ai, Bi ха­ рактеризуют параметры входа, точка Си инцидент­ ная оси х5, — параметр вы­ хода машины.

Можно, разумеется, предложить множество ал­ горитмов, каждый из ко­ торых выполняет намечен-

№г сз ct cs

Рис. 4.2

127

ные на рисунке операции. Расположение точек Аь

А2, Ви

В2 и

С] = С2 подсказывает, в частности, следующую гипотезу:

 

а) через Аь

Вг проводим прямые

а и hi заданного на­

правления;

 

Т^а^Ь^

 

 

 

б) отмечаем точку

 

 

 

в) луч CiZDT,

параллельный оси х2,

хА, высекает на оси

. Х5 ИСКОМУЮ ТОЧКу С,.

 

 

 

 

Проверка этой гипотезы на других экспериментальных дан­

ных (точки Аи В{, d

при i' = 3, 4) подтверждает ее. После это­

го нужно попытаться предсказать

несколько

новых

фактов.

На

рисунке показан предсказанный нашей гипотезой переход:

 

Аь, В$-+ Съ,

 

 

 

или ( * i 5 ,

х2$; - г 3 5 , А'45) - > ^ 5 5 . Если новые эксперименты подтвер­

ждают

предсказания, то гипотеза обращается в научную тео­

рию. Условимся именовать ее теорией второго

уровня.

5. Теория второго уровня сводится к записи

алгоритма,

характеризующего действующую машину. Такая запись позво­ ляет отказаться от конкретных фактов, заполняющих табл. 4.1, и заменить их одним обобщенным фактом. Так, на рис. 4.2

вместо множества

точек, сопоставленных по три, можно ука­

зать единственную

операцию

 

(a,-, bt) -+с{.

Или (аналитическое представление) вместо множества чисел, сопоставленных но пять, можно указать единственное соотно­ шение

f(xu, • • • , x5i) =0.х

Нетрудно видеть, что замена

множества конкретных

фак­

тов становится возможной благодаря введению понятия

об

опе­

рации,

об алгоритме,

о

машине.

Теперь

уже

элементарным

фактом, возникшим в результате

эксперимента

и его теорети­

ческого обобщения, является сама машина.

 

 

 

П р и м е р .

Эксперимент показывает,

что при изменении

длины

плечей

рычага

изменяются соотношения

нагрузок,

оставляющих его в равновесии. Если обозначить длину плечей и действующие на них нагрузки соответственно h u h 2 и р и р 2 , то возникает таблица.

1 В связи с рис. 4.2 имеем, например, следующую конкретную зависи­ мость: х ъ 1/2 х + х г + х 3 — хА).

128


Рис. 4.3

 

 

 

 

 

 

 

 

Т а б л и ц а 4.2

 

 

 

hi

 

 

Pi

Pi

1

 

2

 

4

 

 

12

6

2

 

3

 

9

 

 

15

5

При обилии числовых данных эту сводку можно назвать

теорией

первого

уровня

 

 

Анализ установленных фактов, представленных на геомет­

рической

или числовой модели, позволяет высказать гипотезу,

проверить ее и, наконец, скон­

 

струировать

машину

М (3-*-

 

-*• 1) — теорию второго

уровня

 

(рис.

4.3).

 

 

 

 

 

 

6.

Продолжая

намеченный

 

процесс,

рассматриваем

сово­

 

купность

теорий

второго уров­

 

ня. Достаточно

богатая

такая

 

совокупность получает

название

 

теории третьего

уровня.

Сле­

 

дующий шаг в сторону обобще­

 

ния,

позволяющий

отказаться

 

от конкретных теорий

третьего

 

уровня и заменить их одной

 

универсально действующей ма­

 

шиной, приводит нас на

четвер­

BrPn

тый уровень

и т. д. Здесь необ­

 

ходимо напомнить, однако, что подъем на следующую ступень

достигается за счет введения новых операций (ср. 4.1.5) и эти новые операции могут выходить за рамки известных матема­

тических действий. Во всяком случае элементами

множества

оказываются теперь уже

не отдельные факты, не

числа,

а ма­

шины,

 

 

v

Кроме того, помимо

машин М ( я - > 1 ) , которыми

ради

определенности мы до сих пор ограничивались, в дело вклю­

чаются

и более свободные

устройства M ( R - v m ) .

1 В

точных науках перечень

фактов редко называют теорией именно

потому,

что здесь имеется достаточное количество более развитых обоб­

щенных

теорий.

 

9 зак. 886

129


На практике, кроме экспериментов 1 и 2 и теорий первого, второго и третьего уровней, встречаются, конечно, различные более или менее причудливые их сочетания и обобщения. По­ этому на изложенный выше, а также и на весь последующий материал этой главы важно взглянуть как на весьма широкую рекомендацию, открывающую пути к использованию методов теории моделирования в любой области научных исследований.

7. Полезно подчеркнуть, что любой

эксперимент

обнаружи­

вает некоторую проекционную

модель

изучаемого

реального

феномена. Модель эта всегда

гомоморфна.

 

В самом деле, события, охваченные экспериментом, отно­ сятся всегда к определенному моменту или периоду времени. Но изучаемый реальный феномен никогда в этот момент или период времени не укладывается. Если предположить, что изу­ чаемое явление совпадает по времени с экспериментом, то сра­ зу утрачивается самый смысл научного исследования: мы на­ блюдаем только отдельный эпизод, факт, недоступный для по­

вторения.

 

Итак, приступая к эксперименту,

мы выделяем множество

различных по времени событий Аи

А2, Л 3 . . . которые все

отождествляются с событием А, играющим роль одного из эле­

ментов входа машины. События А\,

А2, Л 3

.. . составляют в

своей совокупности проектирующий

образ;

событие А — про­

екция, полученная на картине. Элементы Аи

А2, Л 3 .. . входя­

щие в проектирующий образ, различаются

не только по вре­

мени своего существования, но и по множеству других условий и признаков, которые во внимание не принимаются. Если, на­ пример, речь идет о плече рычага, то в одном случае — это де­ ревянный элемент, в другом случае — металлический стержень, конструкция типа фермы и т. д. Словом, элементы Аи А2, Аз

. . . совершенно отличны друг от друга, как отличны друг от друга точки А, В, С . . . на рис. 3.4: одна из них содержит пря­ мую /, другая принадлежит плоскости у и т. п. Элементы Л ь А2, Л 3 . . . собраны в один проектирующий образ по некоторому общему признаку, существенному для данной ситуации, напри­ мер, по их принадлежности к рычагу в качестве одного из его плечей. Так же точно точки А, В, С . . . на рис. 3.4 собраны в один проектирующий образ по их общему, существенному для выбранного проекционного аппарата признаку: по их принад­

лежности прямой р, проходящей через центр проекций

S.

Аналогично сказанному, и все другие явления В, С,

..., N,

действующие на входе нашей экспериментальной машины, представляют собой проекции изучаемых элементов. Проек-

130



циями оказываются, разумеется, и явления V, W, ..., Z, обна­ руженные на выходе. А эксперимент в целом, как уже было сказано, позволяет выделить отдельный цикл, или каркас, или репер некоторой машины M2 (n->-m), которая служит проек­ цией исходной машины Mi(p-^q), относящейся к изучаемому реальному феномену.

Гомоморфизм эксперимента и возникающей в результате эксперимента модели можно, на первый взгляд, уменьшить, если прибегнуть к методу двух или нескольких изображений. Однако это справедливо лишь постольку, поскольку слово «уменьшить» используется в смысле, «видоизменить». Умень­ шение в прямом смысле возможно для пространства Rn, раз­ мерность которого фиксирована. Сказать что-либо подобное о пространстве, фигурирующем в реальных условиях, по-ви­ димому, нельзя.

8. Проекционный характер эксперимента влечет за собой

проекционный характер научной теории. Это прямо следует из положений, развитых в 4.1.3—4.1.6. Значит, научную теорию всегда можно, а иногда совершенно необходимо рассматривать как гомоморфную проекционную модель изучаемого объекта. Отсутствие отчетливых представлений в этой области оказы­ вало и оказывает пагубное влияние на развитие научной мыс­ ли. Во все времена оно порождало стремление к абсолютиза­ ции научных знаний. Специалисты не только узкого, ио и весь­ ма широкого профиля часто склонны рассматривать теорию либо как завершенную, вполне изоморфную модель объекта,

либо — в худшем

случае — как модель, страдающую отдель­

ными досадными

изъянами в смысле изоморфизма. Стоит еще

немного подправить эти изъяны, «завершить» теорию — и мо­ дель станет полностью изоморфной.

Поэтому периодически совершающиеся кардинальные пере­ смотры теоретической базы, которые составляют, собственно, обыденное занятие науки, воспринимались обычно как сенса­ ция и крушение [55—57].

Между тем, опираясь на аппарат геометрического модели­ рования, нетрудно заметить, что переход от одной проекции объекта к другой не содержит в себе ничего головокружитель­ ного и сенсационного. Новая проекция не заменяет и не отме­ няет предшествующую, она ее дополняет. Каждая из этих про­ екций может доставлять необходимую и правильную инфор­ мацию о работе машины Mi (/?->?) в исходном пространстве, каждая из них при известных условиях может доставлять не­ полную информацию (несовершенная в проекции машина) или

9*

131