El modelado empírico se refiere a cualquier tipo de modelado ( informático ) basado en observaciones empíricas en lugar de relaciones matemáticamente descriptibles del sistema modelado.
El término empírico es un término genérico para las actividades que crean modelos mediante la observación y la experimentación . El término empírico (con las letras iniciales en mayúscula y a menudo abreviado como EM) se refiere a una variedad específica de modelado empírico en el que los modelos se construyen siguiendo principios particulares. Aunque el grado en que estos principios se pueden aplicar a la construcción de modelos sin computadoras es una cuestión interesante (que se revisará más adelante), hay al menos dos buenas razones para considerar el modelado empírico en primera instancia como basado en computadoras. Sin duda, las tecnologías informáticas han tenido un impacto transformador en lo que respecta a la plena explotación de los principios del modelado empírico. Es más, la concepción del modelado empírico se ha asociado estrechamente con el pensamiento sobre el papel de la computadora en la construcción de modelos.
Un modelo empírico funciona según un principio semántico simple: el creador observa una correspondencia estrecha entre el comportamiento del modelo y el de su referente. La creación de esta correspondencia puede ser "empírica" en una amplia variedad de sentidos: puede implicar un proceso de ensayo y error , puede basarse en una aproximación computacional a fórmulas analíticas , puede derivarse como una relación de caja negra que no ofrece ninguna idea de "por qué funciona".
El modelado empírico se basa en el principio clave del empirismo radical de William James , que postula que todo conocimiento tiene su raíz en conexiones que se dan en la experiencia. El modelado empírico aspira a crear la correspondencia entre el modelo y su referente de tal manera que su derivación pueda rastrearse hasta las conexiones dadas en la experiencia. Establecer conexiones en la experiencia es una actividad humana esencialmente individual que requiere habilidad y depende en gran medida del contexto. Algunos ejemplos de tales conexiones incluyen: identificar objetos familiares en el flujo de pensamiento , asociar palabras de lenguajes naturales con objetos a los que se refieren e interpretar subliminalmente las filas y columnas de una hoja de cálculo como resultados de exámenes de estudiantes particulares en materias particulares.
En el modelado empírico, el proceso de construcción es incremental, en el que los productos intermedios son artefactos que evocan aspectos del referente pretendido (y a veces emergente) a través de la interacción y la observación en vivo. Las conexiones evocadas de esta manera tienen cualidades distintivas: son, por esencia, de carácter personal y experiencial, y son provisionales en la medida en que pueden ser socavadas, refinadas y reforzadas a medida que se desarrolla la experiencia y la comprensión del referente por parte del constructor del modelo. Siguiendo un precedente establecido por David Gooding en su relato del papel que desempeñaron los artefactos en la investigación experimental del electromagnetismo de Michael Faraday , los productos intermedios del proceso de modelado empírico se describen como " construcciones ". El relato de Gooding es una poderosa ilustración de cómo la realización de construcciones puede respaldar las actividades de construcción de sentido que conducen a ideas conceptuales (cf. la contribución que el trabajo de Faraday hizo a la teoría electromagnética) y a productos prácticos (cf. la invención del motor eléctrico por parte de Faraday ).
Las actividades asociadas con la realización de una interpretación en el marco de modelado empírico se representan en la Figura 1.
El icono del ojo en el centro de la figura representa la observación del creador del estado actual de desarrollo de la construcción y su referente. Las dos flechas que emanan del ojo representan la conexión dada en la experiencia entre la construcción y su referente que se establece en la mente del creador. Esta conexión se crea a través de la interacción experimental con la construcción en construcción y su referente emergente. Como en un experimento genuino, el alcance de las interacciones que puede mantener el creador es inconcebiblemente amplio. A discreción del creador, las interacciones que caracterizan la construcción son aquellas que respetan la conexión dada en la experiencia del creador. A medida que se desarrolla el proceso de modelado empírico, la construcción, el referente, la comprensión del creador y el contexto para la participación del creador coevolucionan de tal manera que:
En el modelado empírico, la creación y el mantenimiento de la conexión dada en la experiencia entre el constructo y el referente se basa en tres conceptos principales: observables , dependencias y agencia . Tanto en el constructo como en su referente, el creador identifica los observables como entidades que pueden adoptar una variedad de valores diferentes y cuyos valores actuales determinan su estado actual. Todas las interacciones que cambian el estado con el constructo y el referente se conciben como cambios en los valores de los observables. Un cambio en el valor de un observable puede atribuirse directamente a un cambio en el valor de otro observable, en cuyo caso estos valores están vinculados por una dependencia . Los cambios en los valores observables se atribuyen a los agentes , entre los cuales el más importante es el creador del constructo. Cuando se observa que los cambios en los valores observables ocurren simultáneamente, esto puede interpretarse como una acción concurrente por parte de diferentes agentes, o como cambios concomitantes en los observables derivados de una única acción del agente a través de dependencias. Para crear la conexión que se da en la experiencia entre la interpretación y el referente, el creador construye la interpretación de tal manera que sus observables, dependencias y capacidad de acción correspondan estrechamente a los que se observan en el referente. Para ello, el creador debe concebir formas apropiadas en las que las acciones observables y de los agentes en el referente puedan tener contrapartes experienciales adecuadas en la interpretación.
El marco semántico que se muestra en la Figura 1 se asemeja al que se adopta al trabajar con hojas de cálculo , donde el estado que se muestra actualmente en la cuadrícula es significativo solo cuando se experimenta junto con un referente externo. En este contexto, las celdas sirven como observables, sus definiciones especifican las dependencias y la agencia se pone en práctica al cambiar los valores o las definiciones de las celdas. Al realizar una interpretación, el creador explora los roles de cada agente relevante al proyectar la agencia sobre él como si fuera un agente humano e identificar observables y dependencias desde esa perspectiva. Al automatizar la agencia, las interpretaciones pueden usarse para especificar comportamientos de la misma manera que los comportamientos pueden expresarse usando macros junto con hojas de cálculo. De esta manera, las interpretaciones animadas pueden emular comportamientos similares a los de un programa en los que los estados intermedios son significativos y están sujetos a la auditoría del creador.
El desarrollo de entornos informáticos para realizar interpretaciones ha sido un tema de investigación constante durante los últimos treinta años. Las numerosas variantes de dichos entornos que se han implementado se basan en principios comunes. La red de dependencias que actualmente conecta observables se registra como una familia de definiciones. Semánticamente, dichas definiciones se asemejan a las definiciones de celdas de una hoja de cálculo, por las que los cambios en los valores de los observables del lado derecho se propagan de manera que cambian el valor del observable del lado izquierdo de una manera conceptualmente indivisible. Las dependencias en estas redes son acíclicas, pero también son reconfigurables: redefinir un observable puede introducir una nueva definición que altere la estructura de la dependencia. Los observables integrados en el entorno incluyen escalares, elementos geométricos y de visualización en pantalla: estos pueden elaborarse utilizando estructuras de lista de varios niveles. Una dependencia se representa típicamente mediante una definición que utiliza una expresión funcional relativamente simple para relacionar el valor de un observable con los valores de otros observables. Estas funciones se han expresado típicamente en fragmentos de código procedimental simple, pero las variantes más recientes de entornos de construcción de construcciones también permiten que las relaciones de dependencia se expresen mediante familias de definiciones adecuadamente contextualizadas. El constructor puede interactuar con una construcción redefiniendo observables existentes o introduciendo nuevos observables de manera abierta y sin restricciones. Esta interacción tiene un papel crucial en la actividad experimental que informa el desarrollo incremental de la construcción. Se pueden introducir acciones desencadenadas para automatizar el cambio de estado: estas realizan redefiniciones en respuesta a cambios específicos en los valores de los observables.
En la Figura 1, identificar "la computadora" como el medio en el que se crea la interpretación es potencialmente engañoso. El término COMPUTADORA no es simplemente una referencia a un poderoso dispositivo computacional. Al hacer interpretaciones, el énfasis principal está en el rico alcance potencial para la interacción y la percepción que la computadora permite cuando se usa en conjunción con otras tecnologías y dispositivos. La motivación principal para desarrollar el Modelo Empírico es dar una explicación satisfactoria de la computación que integre estos dos roles complementarios de la computadora. Los principios mediante los cuales James y Dewey buscaron reconciliar perspectivas sobre la agencia informadas por la lógica y la experiencia juegan un papel crucial para lograr esta integración.
El papel dual de la computadora implícito en la Figura 1 es muy relevante para las aplicaciones informáticas contemporáneas. Sobre esta base, el modelado empírico puede considerarse como una base para una visión más amplia de la computación. Esta perspectiva se refleja en numerosas publicaciones de modelado empírico sobre temas como la tecnología educativa, el diseño asistido por computadora y el desarrollo de software. La realización de interpretaciones también se ha propuesto como una técnica adecuada para apoyar el construccionismo, tal como lo concibió Seymour Papert, y para cumplir con las garantías de "construcción" identificadas por Bruno Latour .
La máquina de Turing proporciona la base teórica para el papel del ordenador como dispositivo computacional: puede considerarse como un modelo de "una mente que sigue reglas". Las aplicaciones prácticas del modelado empírico hasta la fecha sugieren que la construcción de interpretaciones es muy adecuada para respaldar el papel complementario que puede desempeñar el ordenador en la orquestación de una experiencia rica. En particular, en consonancia con la postura filosófica pragmática de James y Dewey, la construcción de interpretaciones puede cumplir una función explicativa al ofrecer explicaciones contingentes para la experiencia humana en contextos en los que no se pueden invocar reglas computacionales. En este sentido, la construcción de interpretaciones puede considerarse como un modelo de "una mente que da sentido a una situación".
De la misma manera que la máquina de Turing es una herramienta conceptual para comprender la naturaleza de los algoritmos cuyo valor es independiente de la existencia de la computadora, los principios y conceptos de modelado empírico pueden tener relevancia genérica como marco para pensar en la construcción de sentido sin referencia específica al uso de una computadora. La contribución que el análisis de la experiencia humana de William James hace al concepto de modelado empírico puede verse como evidencia de esto. Por esta razón, los principios de modelado empírico pueden ser una forma apropiada de analizar variedades de modelado empírico que no están basadas en computadoras. Por ejemplo, es plausible que el análisis en términos de observables, dependencias y agencia que se aplica a la interacción con hojas de cálculo electrónicas también sea apropiado para las hojas de cálculo manuales que las precedieron.
El modelado empírico fue desarrollado por primera vez a principios de la década de 1980 por Meurig Beynon y el Grupo de Investigación de Modelado Empírico en Ciencias de la Computación de la Universidad de Warwick .
El término "modelado empírico" (EM) se ha adoptado para este trabajo desde aproximadamente 1995 para reflejar la base experiencial del proceso de modelado en la observación y la experimentación. El software de propósito especial que respalda los conceptos centrales de observabilidad, dependencia y agencia ha estado en continuo desarrollo (principalmente dirigido por estudiantes de investigación) desde fines de la década de 1980.
Cientos de estudiantes han utilizado y desarrollado los principios y herramientas de EM en sus trabajos de curso, proyectos y tesis de investigación. El módulo de pregrado y maestría 'Introducción al modelado empírico' se impartió durante muchos años hasta 2013-14, hasta la jubilación de Meurig Beynon y Steve Russ (autores de este artículo). Existe un gran sitio web [1] que contiene material de investigación y enseñanza con una amplia colección de publicaciones arbitradas y actas de conferencias.
El término "construcción" se ha utilizado desde principios de la década de 2000 para referirse a los artefactos o modelos fabricados con herramientas electromagnéticas. El término es una adaptación del que utilizó David Gooding en el libro "Experiment and the Making of Meaning" (1990) para describir las ideas provisionales emergentes que se formaron en la mente de Faraday y que fueron registradas en sus cuadernos mientras investigaba el electromagnetismo y fabricaba los primeros motores eléctricos en el siglo XIX.
La principal actividad práctica asociada a EM -la de 'realizar interpretaciones'- fue objeto de un Proyecto Erasmus+ CONSTRUIT! (2014-2017)[2].