Adaptive Modellierung und Simulation - Adaptive Systemarchitektur ...

3-2 Wissensbasierte Modellierung
3.1.1 Modellierung mit Regeln
Beginnen wir mit einem einfachen System, etwa dem Wirkungszusammenhang
zwischen Eisflächenbildung und Sonneneinstrahlung in der Antarktis. Dazu können
wir uns am Anfang einige Zusammenhänge lose notieren:
(1) Die Sonneneinstrahlung unterteilt sich in einen Teil, der absorbiert wird, und
einen Teil, der zurückgestrahlt wird. Wenn sich die Eisfläche vergrößert, erhöht
sich die Albedo, das Rückstrahlvermögen (Verhältnis Rückstrahlungsenergie
zu Einstrahlungsenergie); wenn sie kleiner wird, verringert sich die
Albedo.
(2) Ein Anstieg der Temperatur bewirkt eine Verkleinerung der Eisfläche, ein
Absinken eine Vergrößerung.
(3) Erhöht sich die Albedo, so wird weniger Einstrahlenergie absorbiert. Umkehrt
wird mehr Energie absorbiert, wenn sich die Albedo verkleinert.
(4) Wird weniger Energie absorbiert, so sinkt die Temperatur; bei erhöhter Absorption
steigt die Temperatur.
Aus diesen umgangssprachlichen Feststellungen kann man in einem ersten Schritt
alle wichtigen Zustandsgrößen herausziehen und eine Liste bilden („Glossar“,
ähnlich wie in der Softwareentwicklung zum Bilden einer Spezifikation). In unserem
Fall sind dies die Größen „Eisflächengröße“, „Temperatur“, „Albedo“ und
„Absorption“. Die vier Feststellungen kann man nun in Form von formalen Regeln
formulieren, deren Argumente von der Zeit t abhängen:
• WENN wächst_Eisfläche(t) DANN wächst_Albedo(t)
• WENN sinkt_Eisfläche(t) DANN sinkt_Albedo(t)
• WENN wächst_Temperatur(t) DANN sinkt_Eisfläche(t)
• WENN sinkt_Temperatur(t) DANN wächst_Eisfläche(t)
• WENN wächst_Albedo(t) DANN sinkt_Absorption(t)
• WENN sinkt _Albedo(t) DANN wächst _Absorption(t)
• WENN sinkt_Absorption(t) DANN sinkt_Temperatur(t)
• WENN wächst_Absorption(t) DANN wächst_Temperatur(t)
Hätten wir noch zusätzliche Einflüsse, so würde die eine Bedingung nach WENN
durch weitere Bedingungen mit UND verbunden.
Dabei beobachten wir, dass bei den Regeln immer Paare existieren, die eine positive
bzw. negative Wirkung charakterisieren. Wir können diese Paare zusammenfassen,
indem wir einen Wirkungsgraphen konstruieren, in dem wir alle Grundentitäten
als Knoten und die Einflüsse als gerichtete Kanten (Pfeile) darstellen, siehe
Abb. 3.1. Hierbei sind gegenläufige Einflüsse mit dem Minuszeichen versehen,
gleichlaufende mit dem Pluszeichen.