提要:讨论了一些常见的模型类型,比如比列模型或实物模型、物理模型、数学模型、理论模型,以及图象作为模型、描述性模型或语言性模型、数理逻辑(模型论)的模型、同态模型等。可以看见,模型在不同语境中可能有相当不同的涵义,不同的分类,经常互相重叠甚至矛盾,但依然有可能找出一些更深层的联系。模型论可能是构建某种关于模型的通常理论的基础。它与同态的关系,是一个饶有兴趣,可能还有待澄清的课题。
序言
现在,模型这一概念的重要性和普及性正在日趋下降。不仅科学、教育和传统的工程领域,例如软件开发领域,近六年对模型的注重也有空前的提高。随着计算机技术的普及和应用,模型的重要性前所未有地提高。诸如本峰会关注的另一个重要领域,企业(或业务)建模的领域,也是在这样的背景之下。在《模型(model)概念的一些近义或相关语汇》中,我从构词的角度讨论了“模型”()的一些近义或相关词汇。一些反义词,比如“模子”(mould)、模特、型号、典型(),本身就可以理解为某一类的模型。但多数常见和基本的模型分类,并未明晰地包含在那些近义中,有许多相当不同的事物,被人们称为模型。即使其中有一些看似相差甚远,但我们希望找到一些线索和理由,最终理解它们为何都被称为模型。
比列模型或实物模型
从日常生活和学习的角度看,最常见的模型,是“比例模型”(scale)或实物模型。它们是一些按原物比列缩小(或放大)物体。诸如,各色的建筑模型、飞机模型、汽车模型、沙盘模型、生物脏器模型、分子或晶体结构模型等。看上去,这一类模型其实非常明晰、易于辨识,但也不难发觉一些令人困扰事例。诸如:
化学模型与物理模型
“物理模型”()和“数学模型”()是科学研究领域常见的模型界定,也是学术研究中讨论模型概念时,最注重的基本类型。
对化学模型最基本的理解,是物质的实体,与其目标实体具有某种相像性。相像性和“成比列”,尽管有关系,亦有不同。将上面所说的比列模型,划入数学模型,虽然异议不大,但反过来,若说所有的数学模型都与其目标物具有某种比列关系,就不这么容易判定了。
物理模型,也许可以比喻为科学殿堂上的皇后。物理模型的基本方式是方程式。假如仅仅在这个意义下解释,这个概念其实相当明晰,没有哪些暖昧之处。但从“数学的”意义上稍加延展,还会出现一些问题。诸如:
数理逻辑的模型与理论、理论模型
在数理逻辑分支“模型论”(Model)中,将方式语言的陈述(语句集合)称为“理论”(),而该理论的模型(model),是一种物理结构(),它还能“解释”()理论中的语句,令它们都组建。换言之,模型论中的模型,是满足其理论的解释,是一种物理结构。这个“解释”(),也就是英文所说方程式的“解”。诸如:对于理论“x+y=1”,{1,0},{0.2,0.8},{-1,2}等等,都是其解,也就是其模型。
数理逻辑模型的概念与通常意义的“数学模型”、“理论模型”的区别,并不应看作一种碰巧的用语巧合或引申使用导致的矛盾。在更广泛的意义上考察模型及其使用以后,我觉得,模型论无疑是关于模型的通常性理论最重要的物理基础之一。一些近日的研究(比如在本体、语义网领域的一些研究)也可以发觉一些疲态。
其实在许多研究者心目中,物理模型是精确、严格的物理语言的运用。但透过模型论,我们可以理解到,e=mc^2这样纯物理抒发,与“张三去年30岁”这样的自然语言陈述相同的一面。它们都是一个语言上的陈述,其意义(是否创立),可以通过对应的结构(模型论模型)加以解释。
后面提及,在科学领域常所说的“数学模型”(表现为方程式)和“理论模型”,既有联系也有区别。其中的苦恼之一,就在于一个“理论”到底意味着哪些?许多情况下,科学家可能会指出,精确的理论,就是物理描述,此时,说“理论模型”,基本等同于“数学模型”,但也有好多理论,未必呈现为“方程式”,或则,不仅方程式,相关的语言陈述也是不可省略的。更典型的,一种理论,不但须要有个别语言的陈述、方程式什么是物理模型法,还须要某种“想象的图景”——这样的情形,在理论化学学领域司空见惯。
从模型论的立场上,可以这样说明:通常科学领域所说的模型,起码有两种基本类型,一种是物理陈述,它们在模型论中属于“理论”。一种是某种特定的结构,它们在模型论中,属于理论的解释,是“结构/模型”。同时,在通常科学领域,这两种模型,又都可以称为理论(或理论的组成部份)。换言之,科学领域常用的成语“模型”、“理论”,都是相对意义上的,视其具体对象而定。两者的对应关系,则都可以基于模型论中的“理论-模型”对应关系来理解。比如上面“电子云”的反例:所谓电子云,实际上就是对量子热学关于电子在原子核周围分布机率的“解”的形象称谓,但是经常被具体的画下来。从模型论立场看,电子密度分布函数是“理论”,电子云是其解,即模型,是一种结构。当我们扼要地将“电子云”称为一种理论模型时,既包括其物理描述(方
程式),也可包括这个物理描述的解。在宏观领域,“黑洞”是与此相像的反例。
图画或图象作为模型
许多对模型的分类,都把各类“图画”或“图像”归为模型的一个基本类别(这儿是泛称各类图画、图像、图形等等,中文中,有,,,等等)。作为模型,就和种种“图画”的近义语一样麻烦。
描述性模型或语言性模型

描述性模型()这些说法常被提及,在不同的场合,其所指可能有特别大的差异,关键就在于哪些是“描述”。这涉及了对模型的一种基本理解,即它是对目标物构成某种描述。
同态模型
一些关于模型的定义,运用了“同态”()映射这一物理概念。有人把具有同态对应的模型,直接称为“同态模型”。这些思路应当说始于模型讨论中的另一种更普遍的思路,即“相似性”。从物理应用的角度,以同态作为相像性的物理模型(或解释),虽然早已普遍接受。作为模型的研究,我们非常有兴趣的一个地方,是同态与模型论的关系。关于这个课题,在《认知结构三角模型及映像、模型与理论概念》中有初步的涉及。
其它模型
本文并没有企图对现有的模型的分类进行汇总——这个工作,实际上相当庞大。选定讨论的几种模型,也未必都是最有代表性或最重要的。许多重要的模型类型未有提到。诸如“计算机模型”:这是个含混的说法什么是物理模型法,可包括各类基于计算机存储、显示的模型,计算机可处理的模型、对计算机系统或对象构建的模型、对计算机所处理的问题构建的模型、处理问题的方式/算法模型等等。一种看来相当显著的趋势就是,计算机技术的出现,使模型的重要性和作用空前提高。这不仅仅是一种模型的抒发形式、支持技术或使用领域的扩充,这背后有着深远的理论乃至哲学内涵。
结语
许多学者都觉得,“模型”在科学、哲学等领域是相当重要的概念,但同时它也相当暖昧,人们对模型的认识,还存在众多空白。人们迄今并没有关于模型的,公认的通常性理论体系。甚至还没有普遍接受的、明确的分类。
本文选定了一些常见或典型的模型类型加以简单讨论。通过这种简单剖析可以看见,“模型”一词在不同的语境之中,有着相当不同的含意。不同的分类,经常互相重叠甚至矛盾。在对多种多样的模型的观察、讨论中,我们发觉,模型论的模型概念,尽管与日常习惯中的模型概念有很大不同,但它可能是认识、理解通常模型,将各类各样不同的模型联系上去的基础。而相关的另一个重要的物理基础,同态,在“模型”的应用上与模型论的关系,将是一个十分有趣,可能还有待澄清的课题。这个课题须要相当的物理基础,很希望能得到相关物理领域学者关注,与感兴趣的朋友共同阐述。
有可能在各类不同语境中相当不同的模型概念之上,提炼出一些愈发基本的东西,例如关于哪些是模型更通常的理解与划分。
在实际应用和讨论的经验中发觉,对模型概念的习惯或自私理解,经常阻挠对模型应用或建模问题的认识。本文的讨论,其实能对此有所帮助,并作为日后导出通常性模型概念的一个引子。
