Концептуа́льная моде́ль () — это модель, представленная множеством понятий и связей между ними, определяющих смысловую структуру рассматриваемой предметной области или её конкретного объекта.
Концептуальная модель — модель предметной области, состоящей из перечня взаимосвязанных понятий, используемых для описания этой области, вместе со свойствами и характеристиками, классификацией этих понятий, по типам, ситуациям, признакам в данной области и законов протекания процессов в ней. (Толковый словарь по искусственному интеллекту)
Концептуальная (содержательная) модель — это абстрактная модель, определяющая структуру моделируемой системы, свойства её элементов и причинно-следственные связи, присущие системе и существенные для достижения цели моделирования.
Концептуальная модель относится к моделям, которые формируются после процесса концептуализации или обобщения. Концептуальные модели часто являются абстракциями вещей в реальном мире. Для различных этапов формирования концепта актуальны семантические исследования. Семантика — это понятие, значение, которое мыслящие существа придают различным элементам своего опыта.
Общая характеристика Можно провести различие между тем, что такое модели и из чего они сделаны. За исключением символических моделей, таких как масштабная модель Уинчестерского собора, большинство моделей являются концептами. Они, в основном, предназначены для того, чтобы быть моделями реального положения дел в мире. Ценность модели обычно прямо пропорциональна тому, насколько хорошо она соответствует прошлому, настоящему, будущему, реальному или потенциальному положению вещей. В искусственном интеллекте концептуальные модели и концептуальные графы используются для построения экспертных систем и систем, основанных на знаниях; здесь аналитики заинтересованы в представлении экспертного мнения, а не их собственных идей о том, что является истинным.
Виды и область применения концептуальных моделей Концептуальные модели варьируются по типу от более конкретных, таких как ментальный образ знакомого физического объекта, до формальной абстракции и обобщения математических моделей, которые не представляются уму в виде образа. Концептуальные модели также варьируются в зависимости от объема предмета, который они представляют. Модель может, представлять одну вещь (например, статую Свободы), целые классы вещей (например, электрон) и даже очень обширные области предметной материи, такие как физическая вселенная. Разнообразие и объем концептуальных моделей обусловлены разнообразием целей, которые преследуют люди, использующие их.
Концептуальное моделирование — это деятельность по формальному описанию некоторых аспектов окружающего нас физического и социального мира в целях понимания и коммуникацииMylopoulos, J. «Conceptual modeling and Telos1». In Loucopoulos, P.; Zicari, R (eds.). Conceptual Modeling, Databases, and Case An integrated view of information systems development. New York: Wiley. pp. 49-68..
Фундаментальные цели Основная задача концептуальной модели — передать фундаментальные принципы и основные функциональные возможности системы, которую она представляет. Кроме того, концептуальная модель должна быть разработана таким образом, чтобы обеспечить легко понятную системную интерпретацию для пользователей модели. Концептуальная модель, если она реализуется должным образом, должна удовлетворять четырем основным целям.
Улучшение понимания индивидом репрезентативной системы Содействие эффективной передаче деталей системы между заинтересованными сторонами Предоставление разработчикам систем точки отсчета для извлечения спецификаций системы Документация системы для дальнейшего использования и обеспечение средств для сотрудничества
Концептуальная модель играет важную роль в общем жизненном цикле развития системыSokolowski, John A.; Banks, Catherine M., eds. (2010). Modeling and Simulation Fundamentals: Theoretical Underpinnings and Practical Domains. Hoboken, NJ. Очевидно, что если концептуальная модель не будет полностью разработана, то реализация фундаментальных свойств системы может не быть реализована должным образом, что приведет к будущим проблемам или недостаткам системы. Эти сбои действительно происходят в отрасли и были связаны с отсутствием пользовательского ввода, неполными, неясными или меняющимися требованиями. Эти слабые звенья в процессе проектирования и разработки системы могут быть прослежены до неправильного выполнения фундаментальных задач концептуального моделирования. Важность концептуального моделирования очевидна, когда такие системные сбои смягчаются тщательной разработкой системы и соблюдением проверенных целей/методов развития.
Методы моделирования Поскольку системы становятся все более сложными, роль концептуального моделирования резко возросла. При таком расширенном присутствии реализуется эффективность концептуального моделирования при захвате основ системы. Основываясь на этой реализации, были созданы многочисленные методы концептуального моделирования. Эти методы могут быть применены в различных дисциплинах для улучшения понимания пользователем моделируемой системы. Широко используемые методы и приемы концептуального моделирования включают в себя моделирование рабочих процессов, моделирование рабочей силы, быструю разработку приложений, объектно-ролевое моделирование и унифицированный язык моделирования (UML).
Моделирование потока данных
Моделирование потоков данных (DFM) — это базовый метод концептуального моделирования, который графически представляет элементы системы. Это довольно простой метод, однако, как и многие методы концептуального моделирования, можно построить репрезентативные диаграммы более высокого и более низкого уровня. Диаграмма потока данных обычно не передает сложных системных деталей, таких как соображения параллельной разработки или информация о времени, а скорее работает над приведением основных системных функций в контекст. Моделирование потоков данных — это основной способ разработки систем, использующих метод структурированного системного анализа и проектирования (SSADM).
Моделирование сущностных отношений Моделирование сущностных отношений (ERM) — это метод концептуального моделирования, используемый в основном для представления программных систем. Диаграммы сущностных отношений, которые являются продуктом выполнения метода ERM, обычно используются для представления моделей баз данных и информационных систем. Основными компонентами диаграммы являются сущности и отношения. Сущности могут представлять собой независимые функции, объекты или события. Отношения ответственны за связь сущностей друг с другом. Чтобы сформировать системный процесс, отношения объединяются с сущностями и любыми атрибутами, необходимыми для дальнейшего описания процесса. Для этой техники существует несколько схематических соглашений: IDEF1X, Bachman и EXPRESS. Эти соглашения — просто разные способы просмотра и организации данных для представления различных аспектов системы.
Событийная цепочка процессов
Событийная цепочка процессов (EPC) — это метод концептуального моделирования, который в основном используется для систематического улучшения потоков бизнес-процессов. Как и большинство методов концептуального моделирования, цепочка процессов, управляемых событиями, состоит из сущностей/элементов и функций, которые позволяют разрабатывать и обрабатывать отношения. Более конкретно, EPC состоит из событий, которые определяют, в каком состоянии находится процесс или правила, по которым он работает. Для прогресса, функция или активное событие должны быть завершены. В зависимости от потока процесса функция имеет возможность преобразовывать состояния событий или связываться с другими цепочками процессов, управляемых событиями. В рамках EPC существуют другие элементы, которые определяют, как и по каким правилам работает система. Метод EPC может быть применен к бизнес-практикам, таким как планирование ресурсов, совершенствование процессов и логистика.
Разработка динамических систем
Метод разработки динамических систем, основанный на концепции быстрой разработки приложений, использует специфический процесс, называемый JEFFF, для концептуального моделирования жизненного цикла системы. Он предназначен для того, чтобы больше сосредоточиться на планировании развития более высокого уровня, который опережает инициализацию проекта. Процесс JAD требует проведения серии семинаров, в ходе которых участники работают над выявлением, определением и общей картиной успешного проекта от начала до завершения. Было обнаружено, что этот метод не очень хорошо работает для крупномасштабных приложений, однако более мелкие приложения обычно сообщают о чистом выигрыше в эффективности.
Переходная сеть Также известная как сеть Петри, этот метод концептуального моделирования позволяет построить систему с элементами, которые могут быть описаны прямыми математическими методами. Сеть Петри, благодаря своим недетерминированным свойствам выполнения и хорошо определенной математической теории, является полезным методом для моделирования параллельного поведения системы, то есть одновременного выполнения нескольких процессов.
Моделирование переходов состояний
Моделирование переходов состояний использует диаграммы переходов состояний для описания поведения системы. Эти диаграммы переходов состояний используют различные состояния для определения поведения и изменений системы. Большинство современных инструментов моделирования имеют возможность моделирования перехода состояний. Использование моделей перехода состояний может быть наиболее легко распознано как логические диаграммы состояний и направленные графики для конечных автоматов.
Учет влияющих факторов Некоторые исследователи признают основные моменты, которые следует учитывать при изучении влияющих факторов: содержание, которое должна представлять концептуальная модель, метод, в котором будет представлена модель, характеристики пользователей модели и специфическая задача языков концептуальной моделиGemino, A.; Wand, Y. (2004). «A framework for empirical evaluation of conceptual modeling techniques». Requirements Engineering. 9 (4): 248-60.. Содержание концептуальной модели должно быть рассмотрено для того, чтобы выбрать метод, который позволил бы представить соответствующую информацию. Метод представления для целей отбора будет сосредоточен на способности метода представлять модель на предполагаемом уровне глубины и детализации. Важным аспектом, который следует учитывать, являются характеристики пользователей или участников модели. Предыстория и опыт участника должны соответствовать сложности концептуальной модели, иначе искажение системы или непонимание ключевых системных концепций может привести к проблемам в реализации этой системы. Задача языка концептуальной модели в дальнейшем позволит выбрать соответствующую методику. Разница между созданием концептуальной модели системы для передачи функциональности системы и созданием концептуальной модели системы для интерпретации этой функциональности может включать два совершенно разных типа языков концептуального моделированияGemino, A.; Wand, Y. (2003). «Evaluating modeling techniques based on models of learning». Communications of the ACM. 46 (10): 79-84..
Рассмотрение затронутых переменных