modeling
Määritelmä
Mallintaminen (engl. modeling) on menetelmä, jossa monimutkainen todellisuuden osa esitetään yksinkertaisemmassa muodossa — kuvana, kaaviona, matemaattisena yhtälönä, tietokonesimulaationa tai sanallisena kuvauksena — niin, että sen keskeiset piirteet tulevat ymmärrettäviksi ja analysoitaviksi. Sana malli tulee italian kielen sanasta modello, joka juontuu latinan modulus:sta ("pieni mitta").
Malli ei ole kopio todellisuudesta eikä sen tarvitse olla. Mallin arvo mitataan sillä, mitä se paljastaa — mitä kysymyksiä sen avulla voi kysyä ja mihin kysymyksiin se vastaa. Hyvä malli on riittävän yksinkertainen ollakseen ymmärrettävä ja riittävän tarkka vastatakseen kysymykseen, jota varten se on tehty. George Boxin klassinen toteamus tiivistää: "Kaikki mallit ovat vääriä, mutta jotkut ovat hyödyllisiä."
Mallintamisen tyyppejä:
- Käsitteellinen malli — sanallinen kuvaus, käsitekartta, rich-picture.
- Rakenteellinen malli — kaavio, kuten causal-loop-diagram tai stocks-and-flows-diagrammi.
- Matemaattinen malli — differentiaaliyhtälö, todennäköisyysjakauma, agenttipohjainen malli.
- Tietokonepohjainen simulaatio — ohjelmallinen toteutus, joka mahdollistaa dynaamisen tutkimisen.
- Fyysinen malli — pienoismalli, analogia, koekappale.
Mallintaminen on tieteen ja tekniikan perusta. Systeemiajattelussa se on tärkein yksittäinen taito: kyky rakentaa käyttökelpoinen kuva systeemistä, ei sen täydellinen toisinto.
Alkuperä
Mallintamisen juuret ovat luonnonfilosofiassa. Antiikin Kreikassa Ptolemaios rakensi geosentrisen mallin tähtitaivaasta — matemaattisesti kelvollinen, vaikka fysikaalisesti virheellinen. Galileo ja Newton kehittivät liikkeen matemaattiset mallit, jotka korvasivat aikaisemmat kuvaukset.
1900-luvulla mallintaminen muuttui erityistieteeksi. General-systems-theory (Bertalanffy, 1940-luku) korosti, että eri tieteenalojen malleilla on yhteisiä rakenteita. Norbert Wienerin kybernetiikka (1948) ja John von Neumannin soluautomaatit (1950-luku) toivat dynaamisen mallintamisen keskeiseksi.
Jay Forrester perusti 1950-luvulla system-dynamics:n, jossa systeemit esitetään stocks- ja flows-malleina. Donella Meadows jatkoi tätä työtä teoksessaan Thinking in Systems (2008). Peter Checkland kehitti soft-systems-methodology:n (1970-luku), joka painottaa rich-picture-tyyppisiä kvalitatiivisia malleja "kovien" matemaattisten rinnalle.
1990-luvulta lähtien tietokonesimulaatio on tuonut mallintamisen saataville laajasti: yhä useampi systeemi voidaan mallintaa, simuloida ja visualisoida ilman syvää matemaattista osaamista. Samalla mallintamisen etiikka — mallin rajoitusten ymmärtäminen — on noussut tärkeäksi.
Yhteydet muihin käsitteisiin
- abstraction — mallintaminen on sovellettua abstraktiota.
- decomposition — usein mallintamisen ensimmäinen vaihe.
- system — mallinnettava kohde.
- causal-loop-diagram — yksi systeemidynamiikan mallityyppi.
- stocks-and-flows — toinen keskeinen mallityyppi.
- rich-picture — kvalitatiivinen mallinnusmenetelmä.
- system-dynamics — Forresterin perustama mallinnuskoulu.
- soft-systems-methodology — pehmeiden systeemien mallinnus.
- wicked-problem — ongelmatyyppi, jossa mallintaminen on erityisen haastavaa.
- paradigm — taustalla vaikuttava kehys, joka ohjaa mallin valintaa.
Missä oppitunneissa käsitellään
Käsite esitellään Mallintamisen perusteet -oppitunnilla, jossa käydään läpi mallityypit ja niiden soveltuvuus. Syventävä käsittely Systeemidynamiikan alkeet -oppitunnilla, jossa keskitytään stocks-and-flows- ja causal-loop-diagram-malleihin.
Lähteet
Ludwig von Bertalanffy — General System Theory (1968). Jay Forrester — Industrial Dynamics (1961). Donella Meadows — Thinking in Systems: A Primer (2008). Peter Checkland — Systems Thinking, Systems Practice (1981). George Box — "Science and Statistics" (1976). John Sterman — Business Dynamics (2000).