15.4. Основні етапи побудови екологічних математичних моделей

Процес побудови математичної моделі є творчим завданням, яке розв’язується щоразу конкретно стосовно об’єкта моделювання і мети побудови моделі. Проте в побудові будь-яких математичних моделей є спільні риси, що дозволяє певною мірою формалізувати процес моделювання.

Варто врахувати, що екосистеми й інші екологічні об’єкти є багатомодельними, що, за визначенням B.C. Флейшмана (1982), означає можливість розробки для того самого об’єкта декількох рівноправних моделей. Багатомодельність визначається тим, що, по-перше, цілі моделювання можуть бути різними, тоді моделі спираються на різні структури і функції модельованого об’єкта, а, по-друге, для досягнення заданої точності моделювання також доводиться спиратися на різні параметри об’єкта, враховувати більше або менше таких параметрів. Оптимальність моделі при цьому сприймається не як універсальна властивість, а як відповідність моделі поставленому конкретному завданню.

У процесі моделювання можуть бути послідовно виділені шість основних етапів.

Перший етап полягає в чіткому формулюванні завдання моделювання з визначенням сфери використання розроблюваної моделі.

Другий етап передбачає ретельне вивчення об’єкта екологічного моделювання. На цьому концептуальному етапі визначається положення екологічного об’єкта в загальній ієрархії об’єктів екології і формулюються загальні теоретичні уявлення про нього. У ході цього процесу виділяються істотні і неістотні блоки (структурні складові об’єкта моделювання) і функції (взаємозв’язки між блоками). На цьому ж етапі підсумовується вся інформація про об’єкт моделювання, одержана при його вивченні під час експериментів. Ця інформація звичайно подається як певна база даних про об’єкт моделювання. При включенні такої інформації в модель вона звичайно тією чи іншою мірою «ідеалізується», тобто враховуються найбільш важливі особливості й властивості структур і функцій та ігноруються несуттєві для даної моделі. Так, наприклад, при моделюванні ланцюга живлення можуть враховуватись якнайповніше всі харчові зв’язки кожного з організмів, але ігнорується добова ритміка харчування як неістотна для даної моделі.

Розробка математичної моделі на першому її етапі по суті є побудовою концептуальної моделі об’єкта в якісній або в приблизній кількісній формі. Таким чином, цей етап уже сам по собі збагачує екологію, оскільки піднімає знання про об’єкт моделювання на новий рівень, сприяє більш повному і правильному розумінню екологічних явищ і процесів.

Третій етап побудови математичної моделі – це підбір типу моделі, який найбільше відповідає поставленому завданню і з найбільшою повнотою і точністю відбиває виділені структурні компоненти об’єкта моделювання і відносини між ними. Власне, на цьому етапі визначається конкретний математичний апарат моделювання. Нерідко при первинному моделюванні екологічних систем доводиться запозичати математичний апарат із суміжних дисциплін або навіть створювати новий. При моделюванні екологічних систем і типів природокористування ця ситуація зустрічається найчастіше.

На четвертому етапі здійснюється безпосередньо переклад моделі на одну з комп’ютерних мов. Вибір мови програмування також є змістовною задачею. У деяких випадках програмістам доводиться створювати для нового класу моделей нову мову програмування. Визначається послідовність математичних і логічних операцій, реалізація яких веде до одержання очікуваного результату.

На п’ятому етапі моделювання здійснюється перевірка моделі на її відповідність природі об’єкта. Для цього використовується апарат формальної логіки, а також інші засоби.

На шостому етапі проводитися «прогін» моделі на комп’ютері при різних комбінаціях вихідних даних, виробляються найбільш наочні способи подання результатів і їх змістовної екологічної інтерпретації.