В целом, процесс синтеза модели может быть представлен как процесс постепенного повышения уровня формализации и поэтапного продвижения в иерархии знаний следующего вида:
— гипотеза, предположение;
— теория, концепция;
— закономерность;
— закон.
Располагая знаниями высшего уровня (зная закон) исследователь мене всего стеснен в выборе средств моделирования. Однако в большинстве же случаев такой свободы нет. Например, отсутствие достаточного объема знаний о системе не позволяет построить модель более высокой степени формализации, нежели вербальная или логико-лингвистическая модель типа сценария. Такая ситуация возникает тогда, когда причинно-следственные отношения не выявлены, структура системы и отношения между компонентами установлены лишь частично и подлежат уточнению, что соответствует знаниям уровня гипотезы или теории в предложенной иерархии.
В то же время, даже располагая знанием закона, исследователь не всегда может выбрать произвольный способ формального представления системы, поскольку формальный аппарат, как правило, не универсален и привязан к конкретной предметной области и условиям наблюдений. Случаи, когда различные формальные методы, будучи применены к описанию одного и того же феномена, обеспечивают одинаковые по точности и вычислительным затратам результаты встречаются редко — как правило, речь идет о существовании различий в составе и характеристиках исходных данных, компенсируемых за счет тех или иных приемов. Это означает, что среди многообразия методов существует некий метод, который является наиболее приемлемым, оптимальным с некоторой точки зрения. Попробуйте-ка несколькими способами описать простейшее равноускоренное движение при одинаковом наборе исходных данных — даже на этой примитивной задаче вы столкнетесь с теми проблемами, о которых мы только что рассуждали.
Однако на практике чаще встречается ситуация, когда некоторая формальная система позволяет адекватно описывать феномены различного происхождения — так обстоит дело со многими математическими формальными системами, полученными в результате развития естественнонаучных дисциплин (таковы дифференциальное, интегральное исчисление, теория множеств и иные). Выявление подобных закономерностей в свое время стимулировало развитие теории систем. А прием метафорического переноса формальных представлений на смежные (а порой — и на весьма отдаленные) предметные отрасли прочно укоренился в современной науке и практике синтеза моделей.
Зачастую, при синтезе имитационных моделей в качестве гипотез выдвигаются предположения о возможности использования для описания некоторой системы или процесса той или иной группы зависимостей, выражаемых теми или иными формальными средствами. Так, в современной науке сосуществуют теории электромагнитного и информационного полей, использующие одинаковый формальный аппарат. Характерно, что «примазавшаяся» к ранее разработанному формальному аппарату теория информационного поля постулирует справедливость утверждений теории электромагнитного поля для процессов распространения информации и, более того, подтверждает некоторые утверждения экспериментально. Часто подобные метафоры оказывают стимулирующее воздействие и на развитие первичных теорий, но бывает и так, что вместе с «обвалом» первичной теории рушится целый «куст» стройных формальных построений.
Но гипотеза — на то и гипотеза, чтобы выражать лишь потенциально верное знание, а предназначение имитационных моделей — исследование справедливости выдвинутых гипотез, создание предпосылок для перехода на качественно новый уровень знания о системе (уровень теории). Когда же из множества гипотез на основе некоторого набора критериев удается выбрать одну, наилучшим образом объясняющую наблюдаемые явления, за ней закрепляется статус «индикатора» или «скелета» теории. Иными словами, если некоторая гипотеза, построенная в рамках более обширной (и, возможно, ранее существовавшей) теории, подтвердилась, то в дальнейшем эта теория считается адекватно описывающей процессы, протекающие в системе и закономерности ее функционирования. В случае же, когда теории, соответствующей выдвинутой гипотезе ранее не существовало, на основании подтвержденной гипотезы формулируется новая теория, в рамках которой решается задача вскрытия и описания устойчивых закономерностей.
Если теория была сформулирована ранее, из нее заимствуются соответствующие методы формального описания системы. В противном случае методы формального описания заимствуются из других теорий или разрабатываются новые (что случается реже). При синтезе методов формального описания чрезвычайно продуктивен «прием метафоры», заключающийся в поиске сходства с ранее изученными феноменами и уподоблении им наблюдаемых. Данный прием входит в число методов активизации использования интуиции и опыта специалистов. При этом формулируется гипотеза о подобии наблюдаемых процессов тем процессам и явлениям (а также переносимости закономерностей и законов, свойственных им), которые были избраны на этапе выбора метафоры.
Ранее в этом разделе нами были перечислены методы формального представления систем, к числу которых были отнесены аналитические, вероятностные и статистические, теоретико-множественные и логические, лингвистические и семиотические, а также графические и иные методы. Такое разбиение на группы методов было осуществлено по сходству формального аппарата, используемого ими.
Формальные модели, построенные с применением этих методов, получают названия, сходные с названиями использованных методов, однако могут включать в себя и термины, характеризующие и иные свойства моделей, а именно:
— характеристика стабильности модели/системы (статические и динамические модели, модели параметрической, структурной и функциональной динамики т. д.);
— характеристика среды функционирования, степени устойчивости причинно-следственных отношений, степени неопределенности исходных данных (детерминированные, стохастические, логические модели, модели нечеткой логики);
— характеристика целенаправленности системы/процесса (целенаправленные, гомеостатические, нецеленаправленные);
— характеристика состава системы/участников процесса (социальные, организационно-технические, эргатические, экологические, технические и т. п.).
Помимо перечисленных, в наименование формальной модели могут быть включены и иные характеристики, отражающие специфику формального аппарата и системы, представленной с его помощью. В качестве примера наименования такой модели может быть использовано следующее: «логико-лингвистическая модель структурной динамики организационно-технической системы».
Потеря семантики предметной области является характерной чертой большинства методов строгого формального представления систем — этот феномен наблюдается при переходе на высокие уровни абстракции описаний. Так, например, выражение А+В=С может выражать практически любое тернарное отношение между некими сущностями, семантическую компоненту которого возможно восстановить лишь с привлечением внешнего тезауруса. По этой причине во избежание потери содержательности модели развитие формальной модели всегда синхронно с построением строгого тезауруса предметной области.
Соответственно, приходим к определению понятия формализации.
Формализация — это процесс описания теорий, закономерностей, законов и иных осмысленных в данной предметной области предложений и высказываний с помощью формальных средств, прежде всего — символов математики и математической логики. В ряде приложений в качестве символов используются слова языка естественного общения, приобретшие статус терминов, то есть слова и словосочетания, имеющие четко установленный объем понятия или содержание. Систему таких символов и правил обращения с ними называют формализмом данной науки.
Определим также и понятие «термин». Термин (от лат terminus — граница, предел) — это слово или совокупность слов, предназначенных для обозначения некоторого строго определенного класса сущностей и отношений реального или идеального (мыслимого, виртуального) мира. В отличие от обычных слов, термин представляет собой стандартизованный элемент формальной системы и его употребление для обозначения некоторого класса сущностей является обязательным в рамках установленной терминологии. Часто для обозначения компонентов термина используют термин «терм», указывая тем самым на его несамостоятельность. Любое усечение термина приводит к увеличению объема понятия (в этом случае из исходного термина получается другой термин) или к потере разграничительной функции термина (термин перестает быть термином). Совокупность терминов, используемых в некоторой предметной области называется терминологией или лексиконом предметной области.