Ένα μαθηματικό μοντέλο είναι η περιγραφή ενός συστήματος με τη χρήση μαθηματικών εννοιών και γλώσσας. Η διαδικασία κατασκευής ενός μαθηματικού μοντέλου ονομάζεται μαθηματική μοντελοποίηση. Τα μαθηματικά μοντέλα χρησιμοποιούνται στις φυσικές επιστήμες (όπως η φυσική, η βιολογία, η γεωλογία, η μετεωρολογία) και στους κλάδους της μηχανικής (π.χ. επιστήμη των υπολογιστών, τεχνητή νοημοσύνη). Χρησιμοποιούνται επίσης στις κοινωνικές επιστήμες (όπως η οικονομία, η ψυχολογία, η κοινωνιολογία και η πολιτική επιστήμη). Οι φυσικοί, οι μηχανικοί, οι στατιστικολόγοι, οι αναλυτές επιχειρησιακής έρευνας και οι οικονομολόγοι χρησιμοποιούν συχνά μαθηματικά μοντέλα[1][2].
Τα μαθηματικά μοντέλα μπορούν να πάρουν πολλές μορφές. Οι τύποι μοντέλων περιλαμβάνουν:
- δυναμικά συστήματα - για συστήματα που αλλάζουν,
- στατιστικά μοντέλα - για την εύρεση προτύπων σε μεγάλες ομάδες μετρήσεων ή δεδομένων,
- διαφορικές εξισώσεις - για να μελετήσετε πώς μεταβάλλονται οι μεταβλητές με την πάροδο του χρόνου, ή
- θεωρητικά μοντέλα παιγνίων - για τη μελέτη του τρόπου με τον οποίο πολλοί ανεξάρτητοι φορείς λήψης αποφάσεων μπορούν να αλληλεπιδρούν.
Αυτοί και άλλοι τύποι μοντέλων μπορεί να επικαλύπτονται, με ένα δεδομένο μοντέλο να περιλαμβάνει μια ποικιλία αφηρημένων δομών. Τα μαθηματικά μοντέλα μπορεί να περιλαμβάνουν λογικά μοντέλα. Σε πολλές περιπτώσεις, η ποιότητα ενός επιστημονικού πεδίου εξαρτάται από το πόσο καλά τα μαθηματικά μοντέλα που βασίζονται στη θεωρία συμφωνούν με τα αποτελέσματα επαναλαμβανόμενων πειραμάτων. Όταν τα θεωρητικά μαθηματικά μοντέλα δεν συμφωνούν με τις πειραματικές μετρήσεις, οι επιστήμονες προσπαθούν να διορθώσουν το μοντέλο. Τέτοιες διορθώσεις οδηγούν σε καλύτερες θεωρίες για την εξήγηση των γεγονότων.