پاورپوینت پیشینه مدلسازی و انواع آن

بخشی از پاورپوینت

اسلاید 2 :

پیشینه مدلسازی و انواع آن

اسلاید 3 :

مدلسازی محیط زیست در کشور بیش از سه دهه پیشینه دارد. آغاز موضوع و مبحث مدلسازی محیط زیست، با بازگشت نسل اول دانشآموختگان برنامهریزی و مدیریت محیط زیست به کشور در اوایل دهه 1360 خورشیدی، همراه بوده است. برجستهترین کارهای مدلسازی محیط زیست در کشور را میتوان در کارهای مخدوم (1366 و 1372) در زمینه ابداع مدلهای حرفی بومشناختی در مقیاس ملی، در زمینه طبقهبندی بومشناختی سرزمین (1992 و 1993)، در زمینه مدلهای اطلاع رسان برای ایجاد سیستمهای خبره (2002) و نیز مدلهای کامپیوتری برنامهریزی محیط زیست (مخدوم و همکارن، 1380) مشاهده کرد.

در کنار کارهای انجام گرفته در زمینه ابداع مدلهای حرفی بومشناختی یا مدلهای بومشناختی طبقهبندی سرزمین، در اینجا لازم است به کارهای دیگری نیز اشاره کرد که به مدلسازی پویایی عناصر و مواد (کرباسی و همکاران، 2008) پرداختهاند

فرآیند تکاملی مدل در ایران

اسلاید 4 :

و یادآور شدند که شناخت چرخه عناصر و مواد نقش مهمی در برنامهریزی و مدیریت بومسازگانها دارند، چرا که شناخت پویایی عناصر و مواد به برنامهریزان و مدیران محیط زیست در برنامهریزی و مدیریت منابع آلاینده در راستای کاهش میزان یا برطرف کردن کامل آنها از محیط زیست کمک شایانی میکند.

از میان کارهای انجام گرفته در زمینه مدلسازی پویایی عناصر و مواد میتوان به مدلهای ژئوشیمیایی اشاره کرد که برای بومسازگانهای گوناگونی همچون رودخانهها (کرباسی و همکاران، 2008)؛ تقینیا و همکاران، 2010؛ کرباسی و همکاران، 2006) و خورها (واعظی و همکاران، 2015؛ کرباسی و امیرنژاد، 2004) در کشور بومیسازی شده است.

اسلاید 5 :

گفتنی است که شروع کارهای مدلسازی در کشور، با پیدایش و معرفی نسل چهارم مدلهای بومشناختی و محیط زیستی در سایر کشورهای توسعه یافته همراه بوده است. این بدان مفهوم است که کارهای مدلسازی در ایران، از الگوی تکاملی در کشورهای پیشرفته پیروی نمیکند. بلکه میتوان گفت آنچه اکنون در نهادههای آموزشی و پژوهشی کشور در حال انجام است. دامنه گستردهای از شبیهسازی و گاهی مدلسازی را در برمیگیرد که با بهکارگیری نسلهای ششگانه مدلها در حال انجام است. از جمله آن میتوان برای زمینه شبیهسازی به تحقیقات دژکام و همکاران (2014)، عسگریان و همکاران (1394)، ساکیه و همکاران (2015) و در زمینه مدلسازی به تحقیقات حسنی سنگانی و همکاران (2015) بهعنوان نسل پنجم و فاتحی و همکاران (2015) بهعنوان مدل نسل ششم مدلها اشاره کرد که در کشور تاکنون به انجام رسیده است.

در زمینه اکولوژی فعالیت مدلسازی نسل ششم از تحقیقات زارع چاهوکی و همکاران، جعفریان و همکاران (1387) آغاز شده و امروزه محققین دیگری نیز به جمع مدل سازان اضافه شده اند.

اسلاید 6 :

1- طبقهبندی کارکردی مدل

نگرشهای گوناگونی برای دستهبندی مدلها وجود دارد. برای مثال، دورانت (1370) یک طبقهبندی کارکردی از انواع مدل ارائه کرده است و اعتقاد دارد که مدلها از نظر کارکردی به چهار نوع مدلهای شناختی، مدلهای پیشبینیکننده، مدلهای تصمیمگیری و مدلهای هنجاری تقسیم میشوند.

الف) مدلهای شناختی
در این مدلها، مدلساز با کنار گذاشتن ویژگیهای غیرمهم، به بیان یا معرفی سیستمی میپردازد که بهدنبال مدلسازی آن است (دورانت، 1370).

ب) مدلهای پیشبینی کننده
مدلهایی هستند که با استفاده از آن، مدلساز یا کاربر مدل میتواند بر اساس شناختی که از یک سیستم در موقعیتی مشخص در دست دارد، رفتار آن سیستم را در موقعیتهای جدید پیشبینی کند (دورانت، 1370).

انواع مدل در بومشناسی و محیط زیست

اسلاید 7 :

این گونه مدلها، براساس نظریه مکانیکی، تدوین، ابداع و معرفی میشوند که میگوید رفتار یک سیستم در مرحله t+1 تابع رفتار آن در مرحله t است (شوماخر، 1372).

ج) مدلهای تصمیمگیری
همانطور که از نام این گروه از مدلها پیداست، کارکرد این نوع مدلها فراهم کردن اطلاعات برای تصمیمگیرنده است. بهطوری که زمینه تصمیمهای مطلوب را برای دستیابی بههدفهای از پیش تعیین شده فراهم میآورد (دورانت،1370).

د) مدلهای هنجاری

کارکرد این گروه از مدلها ارائه یا بیان تصویری از سیستم مورد مدلسازی است نکته قابل توجه آنکه در این بیان تصویری لازم است ویژگیهای ضروری سیستم بهروشنی بیان شود. دو نکتهای که در بهکارگیری این نوع مدلها نباید از نظر دور داشت، قابلیت اجرایی بودن از نظر فنی و قابل قبول بودن آنها از نظر اجتماعی است (دورانت، 1370).

اسلاید 8 :

2. طبقهبندی ماهیتی مدل

لی (1366) نیز یک طبقهبندی ماهیتی از مدل ارائه داده است و اعتقاد دارد مدلها از نظر ماهیت به دو گروه فیزیکی و انتزاعی تقسیم میشوند.

الف) مدلهای فیزیکی

این نوع مدلها، اندازه کوچک شدهای یک واقعیت از دنیای پیرامون ما هستند. برای مثال میتوان به مدل اتمی بور اشاره کرد (دورانت، 1370). نمونه دیگر آن را میتوان در ماکت یک مجتمع مسکونی یافت که از سوی معمار آن ساخته میشود. نکته قابل توجه در این گروه از مدلها آن است که مدلهای فیزیکی امکان تشریح کامل رفتار سیستم را در اختیار مدلساز نمیگذارند.

اسلاید 9 :

ب) مدلهای انتزاعی

این مدلها از نمادها برای نمایش یا بیان سیستم موردنظر بهره میگیرند. نمادها ممکن است حرفی (لاتین یا یونانی)، تصویری، ریاضی یا آماری باشد. گفتنی است بهکارگیری نمادهای ریاضی زمینهای ایجاد خواهد کرد که مدلهای ابداعی دارای ابهام کمتر و صراحت بیشتری باشند (لی، 1366). در مقایسه با مدلهای فیزیکی، این گونه مدلها، توانایی تشریح کامل سیستم مورد نظر را دارند.

جفرز (1982)، مدلهای انتزاعی را به هفت گروه 1. مدل پویا 2. مدل ماتریسی 3. مدل احتمالی 4. مدل چند متغیره 5. مدل بهینهسازی 6. مدل تئوری بازی 7. مدل تئوری فاجعه تقسیم کرده است.

مخدوم و همکاران (1380) با افزودن نوع دیگری از مدلها، به نام مدلهای فرایند مبنا و تعمیم مدلهای احتمالی به زیر مدلهایی همچون مدل پراکنش (آلایندهها)، مدل تجزیه واریانس، مدل رگرسیون و مدل زنجیره مارکوف، بههمراه محققینی چون جفرز (1982) اعتقاد دارند که از میان هفت گروه از مدلهای انتزاعی مذکور، پرکاربردترین آنها در زمینه محیط زیست و پژوهشهای بومشناختی، مدلهای احتمالیاند.

اسلاید 10 :

مدل پویا

این مدلها براساس تئوری- سرو-مکانیزم کار میکنند. استفاده از مدلهای پویا در زمینههای عملی به توانایی رایانهها در حل تعداد بسیار زیاد معادلات ریاضی در یک مدت زمانی کوتاه بستگی دارد. معادلات ریاضی در واقع بیان کم و بیش پیچیده سیستمی است که مدلساز در حال شبیه‎سازی آن است.

شهرت مدلهای پویا را میتوان ناشی از نرمشپذیری روشهای مورد استفاده برای تشریح کارکرد سیستم از جمله پاسخهای غیر خطی اجزای سیستم به متغیرهای کنترلکننده و بازخوردهای مثبت و منفی دانست. این نرمشپذیری معایبی نیز دارد که از جمله میتوان به سخت بودن کار شبیهسازی در صورت لحاظ کردن معادلات ریاضی تمام اجزای سیستم اشاره کرد. از اینرو، لازم است براساس قضاوت کارشناسی یا بر پایه فرضیات اولیه، اجزای مهم و اصلی سیستم که کارکرد آن را کنترل میکنند، انتخاب و در فرایند مدلسازی لحاظ شود.

اسلاید 11 :

مدل پویا

ریاضیدانان سعی دارند که روابط میان اجزای تشکیلدهنده سیستم را هرچه سریعتر با بهکارگیری معادلات ریاضی که متغیرهای حالت سیستم را به هم مرتبط میکنند، فرمولبندی کنند. این در حالی است که بومشناسان و مدیران محیط زیست سعی دارند با تفسیر آن معادلات، آنها را با درکی که از بومسازگان یا سیستمهای محیط زیستی دارند، مرتبط سازند. از این رو، بهسبب پیچیدگی کار مدلسازی پویا، معمولا گروهی از ریاضیدانان، بومشناسان و محیط زیستشناسان در یک کار گروهی مشترک به ابداع و ساخت این گونه از مدلها دست میزنند؛ زیرا چنانچه بومشناسان و محیط زیستشناسان از دانش ریاضی لازم برخوردار باشند، فرمولبندی مدل میتواند آنها را از محدودیت‎ها و فرضیات برهاند و امکان لحاظ کردن پدیدههای غیر خطی و نیز بازخوردها را در مدلسازی فراهم آورد.

اسلاید 12 :

از نظر عملی، مدلسازان به ساخت مدلهای سادهتر تمایل دارند، اما برقراری توازن میان سادگی مدل و نرمشپذیری مدلهای پویا، کار سادهای نیست. بهسبب ماهیت و ساختار ریاضی آنها، مدلهای پویا بیشتر متوجه راهحلهای جبری هستند، در نتیجه مدلهای این خانواده معمولا تغییرپذیری ذاتی سیستمهای اکولوژی و محیط زیستی را نشان نمیدهند.

مدلهای ماتریسی

مدلهای ماتریسی بیانگر خانوادهای از مدلها هستند که واقعیت آنها تا حدودی قربانی بهرهمندی از مزایای ویژگی خاص فرمولبندی ریاضی میشود. منطق استنتاجی ریاضیات محض، مدلساز را قادر میسازد تا نتایج فرضیاتش را بدون نیاز به انجام آزمایشهای زمانبر، بر روی یک مدل، محک بزند. به نظر جفرز (1982) ابتداییترین شکل مدل ماتریسی توسط لوئیس (1942) و لسلی، (1945) ابداع و معرفی شد که با یک مدل قطعی به پیشبینی ساختار سنی جمعیت جانوران ماده از روی ساختار سنی حال حاضر و نرخهای بقا و زادآوری مفروض پرداختند.

اسلاید 13 :

فرایندهای پویا همچون چرخه مواد مغذی و جریان انرژی در بومسازگان را میتوان با استفاده از مدل ماتریسی مدلسازی کرد. هدررفت ماده یا انرژی از یک جزء بومسازگان تابعی از جمع جبری مقادیر ورودی، خروجی و موجودی است.

مدلهای تصادفی
این مدلها قوانین احتمالات را در خود دارند و در شبیهسازی تغییرپذیری و پیچیدگی سیستمهای اکولوژیک بسیار سودمندند. این مدلها به چهار زیرگروه مدلهای توزیعی، مدلهای تجزیه واریانس، مدلهای رگرسیونی و مدلهای مارکف تقسیم میشوند.

مدلهای چند متغیره
در بومشناسی و محیط زیست موقعیتهای زیادی وجود دارد که در آن، مدلها باید رفتار بیش از یک متغیر را به چنگ آورند. این نوع مدلها، مدل چند متغیره خوانده میشوند. مدلهای چند متغیره را میتوان به دو گروه تقسیم کرد:

اسلاید 14 :

گروه نخست، مدلهایی که با استفاده از بعضی متغیرها برای پیشبینی متغیرهای دیگر (متغیر وابسته) به کار میروند؛ گروه دوم، مدلهایی که در آن متغیرها از نوع یکسانی هستند و از یک مجموعه متغیر برای پیشبینی متغیری استفاده نمیشود. مدلهای چند متغیره خود به پنج زیرگروه تجزیه و تحلیل عامل اصلی، تجزیه و تحلیل خوشهای، تجزیه و تحلیل میانگینیابی دو طرفه توابع تشخیصدهنده و همبستگی کانونی دستهبندی میشود.

مدلهای بهینه یابی

طی سالهای نیمه نخست دهه 40 میلادی، دامنه مهمی از مدلها ابداع شدهاند که آنها را روش برنامهریزی ریاضی نام نهادهاند. این مدلها که مدلهای بهینهیابی هم خوانده میشوند. با تنظیم مقادیر متغیرها در محدوده تعریف شده، برای یافتن مقادیر حداقل یا حداکثر تابع ریاضی بهکار میروند. این نوع مدلها در نوع خود به سه گروه برنامهریزی خطی، برنامهریزی غیرخطی و برنامهریزی پویا تقسیم میشوند.

اسلاید 15 :

مدلهای تئوری بازی

این مدلها که براساس تئوری بازی هستند، رابطه نزدیکی با مدلهای برنامهریزی دارند. مدلهای تئوری بازی، در حالت کلی، این امکان را فراهم میآورند تا گزینههای جالب توجهی را برای حل مسائل راهبردی پیش روی برنامهریزان قرار دهند. قابل گفتن است که بسط مدل تئوری بازی، زمینهای از پژوهش را بهویژه در پژوهشهای اکولوژیک مربوط به ارزیابی تاثیرات محیط زیستی و برنامهریزی محیط زیست فراهم می آورند که لازم است بیشتر مورد توجه قرار گیرند.

مدلهای تئوری فاجعه

تئوری فاجعه حاصل تکامل شگرف در ریاضی است که در تئوری سیستم بهکار گرفته شده است. ویژگیهای این تئوری عبارت است از: دووجهی، ناپیوستگی، هیستری و واگرایی. بیان تصویری تئوری آن در شکل زیر ارائه شده است. این شکل، سیستمی را نشان میدهد که با متغیر x بیان میشود که خود به دو متغیر p و q وابسته است.

اسلاید 16 :

بهطوریکه رفتار سیستم براساس مقادیر p و q تغییر میکند. برای مثال، اگر p از p1 به p2 برود، سیستم از موقعیت A حرکت میکند تا اینکه قبل از رسیدن به موقعیت B با یک موقعیتی مواجه میشود که یک پرش فاجعهبار به سطح پایینتر خواهد کرد. این در حالی است که اگر سیستم از موقعیت C به موقعیت D حرکت کند، تغییر یکسان در مقادیر p، دیگر موجب پرش فاجعهبار نمیشود.

ویژگی واگرایی را نیز میتوان به خوبی در شکل زیر درک کرد. دو نقطه E و F را در نظر بگیرید با کاهش مقدار q، سیستم بهترتیب بهسوی موقعیتهای G و H خواهد رفت. این در حالی است که نزدیکی نسبی دو نقطه E و F در سیستم و یکسان بودن میزان تغییر در مقدار q، سیستم مورد نظر را در دو موقعیت واگرای G و H قرار میدهد. گذار سیستم از حالت F به حالت H بهواسطه یک نوک هلالی شکل، مسیری متفاوت از آن چیزی است که هنگام گذار سیستم از حالت E به حالت G رخ میدهد.

اسلاید 17 :

بیان تصویری تئوری فاجعه