Matematický model - co to je, definice a pojem

Obsah:

Matematický model - co to je, definice a pojem
Matematický model - co to je, definice a pojem
Anonim

Matematický model je model, který používá matematické vzorce k vyjádření vztahu mezi různými proměnnými, parametry a omezeními.

Matematický model je zjednodušené znázornění jevu nebo vztahu mezi dvěma nebo více proměnnými pomocí matematických rovnic, funkcí nebo vzorců. Odvětví matematiky, které je odpovědné za studium kvalit a struktury modelů, je takzvaná „teorie modelů“.

K čemu je matematický model?

Matematické modely se používají k analýze vztahu mezi dvěma nebo více proměnnými. Mohou být použity k pochopení přírodních, sociálních, fyzických jevů atd. V závislosti na sledovaném cíli a designu stejného modelu mohou být použity k předpovědi hodnoty proměnných v budoucnosti, k vytváření hypotéz, k vyhodnocení účinků určité politiky nebo činnosti, mimo jiné k cílům.

Ačkoli se to jeví jako teoretický koncept, ve skutečnosti existuje mnoho aspektů každodenního života, které se řídí matematickými modely. Stává se, že nejde o matematické modely zaměřené na teoretizování. Jedná se spíše o matematické modely formulované tak, aby něco fungovalo. Například auto.

Základní prvky matematického modelu

Složitost matematických modelů se může lišit, ale všechny mají řadu základních charakteristik:

  • Proměnné: Jsou to koncepty nebo objekty, kterým se člověk snaží porozumět nebo analyzovat. Zejména s ohledem na jeho vztah s jinými proměnnými. Proměnnou tedy může být například plat pracovníků a to, co chceme analyzovat, jsou jejich hlavní determinanty (například: roky studia, vzdělání rodičů, místo narození atd.).
  • Parametry: Jedná se o známé nebo kontrolovatelné hodnoty modelu.
  • Omezení: Jsou to určité limity, které naznačují, že výsledky analýzy jsou přiměřené. Například pokud je jednou z proměnných počet dětí v rodině, přirozeným omezením je, že tato hodnota nemůže být záporná.
  • Vztahy mezi proměnnými: Model vytváří určitý vztah mezi proměnnými na základě ekonomických, fyzikálních, chemických teorií atd.
  • Zjednodušená reprezentace: Jednou ze základních charakteristik matematického modelu je reprezentace vztahů mezi studovanými proměnnými prostřednictvím prvků matematiky, jako jsou: funkce, rovnice, vzorce atd.

Požadované vlastnosti matematického modelu

Když je navržen matematický model, je zamýšleno, že má sadu vlastností, které pomáhají zajistit jeho robustnost a účinnost. Mezi tyto vlastnosti patří:

  • Jednoduchost: Jedním z hlavních cílů matematického modelu je zjednodušit realitu, abychom jí lépe porozuměli.
  • Objektivnost: Že nemá předsudky ani teoretické, ani předsudky nebo nápady svých návrhářů.
  • Citlivost: Je schopen odrážet účinky malých variací.
  • Stabilita: Že matematický model se významně nezmění, když dojde k malým změnám v proměnných.
  • Univerzálnost: Že je použitelná v několika kontextech, nejen v konkrétním případě.

Je zřejmé, že jich je mnohem více, ale výše uvedené jsou nejintuitivnější.

Procesy pro vytvoření matematického modelu

Obecně lze říci, že proces vývoje matematického modelu je následující:

  1. Najděte fenomén nebo problém.
  2. Formulujte model s prvky matematiky představujícími vybraný problém identifikující relevantní proměnné (závislé a nezávislé).
  3. Stanovte hypotézy a testovací metodu pro jejich pravdivost.
  4. Aplikujte matematické znalosti k vyřešení modelu a v případě potřeby proveďte předpovědi.
  5. Proveďte srovnání získaných dat se skutečnými daty.
  6. Pokud výsledky nesplňují očekávání, upravte matematický model.

Druhy matematických modelů

Existuje mnoho typů matematických modelů. Zde jsou některé z nejrelevantnějších typů modelů:

Podle použitých informací

  • Heuristický: Na základě možných vysvětlení příčin pozorovaných jevů.
  • Empirický: Používá informace ze skutečných experimentů.

Podle typu zastoupení

  • Kvalitativní nebo koncepční: Odvolávají se na analýzu kvality nebo trendu jevu bez výpočtu přesné hodnoty.
  • Kvantitativní nebo numerické: Získané výsledky mají konkrétní hodnotu, která má určitý význam (může být přesný nebo relativní).

Podle náhodnosti

  • Deterministický: Nemá nejistotu, hodnoty jsou známé.
  • Stochastický: Hodnota proměnných není vždy přesně známa. Existuje nejistota, a proto je pravděpodobné rozdělení výsledků.

Podle vaší žádosti nebo cíle

  • Simulace nebo popis: Simuluje nebo popisuje jev. Výsledky jsou zaměřeny na předvídání toho, co se stane v určité situaci.
  • Optimalizace: Používají se k nalezení optimálního řešení problému.
  • Kontroly: Udržovat kontrolu nad organizací nebo systémem a určit proměnné, které je třeba upravit, aby se dosáhlo požadovaných výsledků.