računalniški eksperiment Računalniški eksperiment Da bi dali življenje novim razvojem dizajna, uvedli nove tehnične rešitve v proizvodnjo ali preizkusili nove ideje, je potreben eksperiment. V nedavni preteklosti je bilo mogoče tak poskus izvesti bodisi v laboratorijskih pogojih na posebej za to ustvarjenih objektih bodisi v naravi, tj. na pravem vzorcu izdelka in ga podvržemo vsem vrstam testov. To zahteva veliko denarja in časa. Na pomoč so priskočile računalniške simulacije. Pri izvajanju računalniškega eksperimenta se preverja pravilnost gradbenih modelov. Obnašanje modela se proučuje za različne parametre objekta. Vsak poskus spremlja razumevanje rezultatov. Če so rezultati računalniškega eksperimenta v nasprotju s smislom problema, ki ga rešujemo, je treba napako iskati v nepravilno izbranem modelu ali v algoritmu in metodi za njegovo rešitev. Po ugotovitvi in ​​odpravi napak se računalniški poskus ponovi. Da bi dali življenje novim oblikovalskim dosežkom, uvedli nove tehnične rešitve v proizvodnjo ali preizkusili nove ideje, je potreben eksperiment. V nedavni preteklosti je bilo mogoče tak poskus izvesti bodisi v laboratorijskih pogojih na posebej za to ustvarjenih objektih bodisi v naravi, tj. na pravem vzorcu izdelka in ga podvržemo vsem vrstam testov. To zahteva veliko denarja in časa. Na pomoč so priskočile računalniške simulacije. Pri izvajanju računalniškega eksperimenta se preverja pravilnost gradbenih modelov. Obnašanje modela se proučuje za različne parametre objekta. Vsak poskus spremlja razumevanje rezultatov. Če so rezultati računalniškega eksperimenta v nasprotju s smislom problema, ki ga rešujemo, je treba napako iskati v nepravilno izbranem modelu ali v algoritmu in metodi za njegovo rešitev. Po ugotovitvi in ​​odpravi napak se računalniški poskus ponovi.

Matematični model razumemo kot sistem matematičnih korelacij formul, enačb neenakosti itd., Ki odražajo bistvene lastnosti predmeta ali procesa. Matematični model razumemo kot sistem matematičnih korelacij formul, enačb neenakosti itd., Ki odražajo bistvene lastnosti predmeta ali procesa.

Modeliranje problemov iz različnih predmetnih področij Modeliranje problemov iz različnih predmetov Ekonomija Ekonomija Ekonomija Astronomija Astronomija Astronomija Fizika Fizika Fizika Ekologija Ekologija Ekologija Biologija Biologija Biologija Geografija Geografija Geografija

Strojnica, ki je prodajala izdelke po pogodbenih cenah, je prejela določen znesek prihodkov s porabo določene količine denarja za proizvodnjo. Določite razmerje med čistim dobičkom in vloženimi sredstvi. Strojnica, ki je prodajala izdelke po pogodbenih cenah, je prejela določen znesek prihodkov s porabo določene količine denarja za proizvodnjo. Določite razmerje med čistim dobičkom in vloženimi sredstvi. Postavitev problema Postavka problema Namen modeliranja je raziskati proces proizvodnje in prodaje izdelkov z namenom doseganja največjega čistega dobička. Z ekonomskimi formulami poiščite razmerje med čistim dobičkom in vloženimi sredstvi. Namen modeliranja je raziskati proces proizvodnje in prodaje izdelkov z namenom doseganja največjega čistega dobička. Z ekonomskimi formulami poiščite razmerje med čistim dobičkom in vloženimi sredstvi.

Glavni parametri simulacijskega objekta so: prihodki, stroški, dobiček, donosnost, davek na dobiček. Glavni parametri simulacijskega objekta so: prihodki, stroški, dobiček, donosnost, davek na dobiček. Izhodiščni podatki: Izhodiščni podatki: prihodki B; prihodek B; stroški (cost) S. stroški (cost) S. Druge parametre bomo našli z uporabo glavnih ekonomskih odvisnosti. Vrednost dobička je opredeljena kot razlika med prihodki in stroški P=B-S. Druge parametre bomo našli z uporabo glavnih ekonomskih odvisnosti. Vrednost dobička je opredeljena kot razlika med prihodki in stroški P=B-S. Dobičkonosnost r se izračuna po formuli:. Dobičkonosnost r se izračuna po formuli:. Dobiček, ki ustreza mejni ravni donosnosti 50 %, je 50 % proizvodnih stroškov S, tj. S*50/100=S/2, zato je davek na dobiček N definiran takole: S*50/100=S/2, zato je davek na dobiček N definiran takole: če je r

Analiza rezultatov Analiza rezultatov Dobljeni model omogoča, da glede na donosnost določimo davek na dobiček, samodejno preračunamo višino čistega dobička in ugotovimo razmerje med čistim dobičkom in vloženimi sredstvi. Nastali model omogoča, da glede na donosnost določimo davek na dobiček, samodejno preračunamo višino čistega dobička in ugotovimo razmerje med čistim dobičkom in vloženimi sredstvi. Izvedeni računalniški eksperiment pokaže, da se razmerje med čistim dobičkom in vloženimi sredstvi povečuje s povečanjem prihodkov in zmanjšuje z naraščanjem stroškov proizvodnje. Izvedeni računalniški eksperiment pokaže, da se razmerje med čistim dobičkom in vloženimi sredstvi povečuje s povečanjem prihodkov in zmanjšuje z naraščanjem stroškov proizvodnje.

Naloga. Naloga. Določite hitrost planetov v njihovi orbiti. Če želite to narediti, naredite računalniški model sončnega sistema. Postavitev problema Namen simulacije je določiti hitrost planetov v orbiti. Objekt modeliranja Osončje, katerega elementi so planeti. Notranja zgradba planetov ni upoštevana. Planete bomo obravnavali kot elemente z naslednjimi značilnostmi: ime; R razdalja od Sonca (v astronomskih enotah; astronomske enote je povprečna razdalja od Zemlje do Sonca); t je obdobje revolucije okoli Sonca (v letih); V je hitrost gibanja po orbiti (astroenote/leto), ob predpostavki, da se planeti gibljejo okoli Sonca v krožnicah s konstantno hitrostjo.

Analiza rezultatov Analiza rezultatov 1. Analizirajte rezultate izračuna. Ali lahko trdimo, da imajo planeti, ki so bližje Soncu, večjo orbitalno hitrost? 1. Analizirajte rezultate izračuna. Ali lahko trdimo, da imajo planeti, ki so bližje Soncu, večjo orbitalno hitrost? 2. Predstavljeni model sončnega sistema je statičen. Pri izdelavi tega modela smo zanemarili spremembe v oddaljenosti planetov od Sonca med njihovim orbitalnim gibanjem. Da bi vedeli, kateri planet je dlje in kakšna so približna razmerja med razdaljami, je ta podatek povsem dovolj. Če želimo določiti razdaljo med Zemljo in Marsom, potem ne moremo zanemariti časovnih sprememb in tu bomo morali uporabiti dinamični model. 2. Predstavljeni model sončnega sistema je statičen. Pri izdelavi tega modela smo zanemarili spremembe v oddaljenosti planetov od Sonca med njihovim orbitalnim gibanjem. Da bi vedeli, kateri planet je dlje in kakšna so približna razmerja med razdaljami, je ta podatek povsem dovolj. Če želimo določiti razdaljo med Zemljo in Marsom, potem ne moremo zanemariti časovnih sprememb in tu bomo morali uporabiti dinamični model.

Računalniški poskus Vnesite začetne podatke v računalniški model. (Na primer: =0,5; =12) Poiščite takšen koeficient trenja, pri katerem bo avto šel navzdol (pod danim kotom). Poiščite takšen kot, pod katerim bo avto stal na gori (za dani koeficient trenja). Kakšen bo rezultat, če silo trenja zanemarimo. Analiza rezultatov Ta računalniški model vam omogoča izvedbo računalniškega poskusa namesto fizičnega. Če spremenite vrednosti začetnih podatkov, lahko vidite vse spremembe, ki se dogajajo v sistemu. Zanimivo je, da pri konstruiranem modelu rezultat ni odvisen niti od mase avtomobila niti od pospeška prostega pada.

Naloga. Naloga. Predstavljajte si, da bo na Zemlji samo en vir sladke vode - Bajkalsko jezero. Koliko let bo Baikal oskrboval prebivalstvo celega sveta z vodo? Predstavljajte si, da bo na Zemlji samo en vir sladke vode - Bajkalsko jezero. Koliko let bo Baikal oskrboval prebivalstvo celega sveta z vodo?

Razvoj modela Razvoj modela Za izdelavo matematičnega modela določimo začetne podatke. Oznaka: Za izgradnjo matematičnega modela definiramo začetne podatke. Označimo: V prostornina Bajkalskega jezera km3; V je prostornina Bajkalskega jezera km3; N - prebivalstvo Zemlje 6 milijard ljudi; N - prebivalstvo Zemlje 6 milijard ljudi; p - poraba vode na dan na osebo (povprečno) 300 litrov. p - poraba vode na dan na osebo (povprečno) 300 litrov. Od 1l. = 1 dm3 vode, je treba pretvoriti V jezerske vode iz km3 v dm3. V (km3) \u003d V * 109 (m3) \u003d V * 1012 (dm3) Od 1l. = 1 dm3 vode, je treba pretvoriti V jezerske vode iz km3 v dm3. V (km3) \u003d V * 109 (m3) \u003d V * 1012 (dm3) Rezultat je število let, v katerih prebivalstvo Zemlje uporablja vode Bajkalskega jezera, označeno z g. Torej, g=(V*)/(N*p*365) Rezultat je število let, v katerih prebivalci Zemlje uporabljajo vode Bajkalskega jezera, označujemo z g. Torej g=(V*)/(N*p*365) Tako je videti preglednica v načinu prikaza formule: Takole je videti preglednica v načinu prikaza formule:

Naloga. Naloga. Za proizvodnjo cepiva je predvidena vzgoja kulture bakterij v obratu. Znano je, da če je masa bakterij x g, se bo čez dan povečala za (a-bx)x g, kjer sta koeficienta a in b odvisna od vrste bakterije. Obrat bo zbral mg bakterij dnevno za potrebe proizvodnje cepiva. Za izdelavo načrta je pomembno vedeti, kako se spreminja masa bakterij po 1, 2, 3, ..., 30 dneh.Za izdelavo cepiva je predvidena vzgoja kulture bakterij v obratu. . Znano je, da če je masa bakterij x g, se bo čez dan povečala za (a-bx)x g, kjer sta koeficienta a in b odvisna od vrste bakterije. Obrat bo zbral mg bakterij dnevno za potrebe proizvodnje cepiva. Za izdelavo načrta je pomembno vedeti, kako se spreminja masa bakterij po 1, 2, 3, ..., 30 dneh ..

Postavitev problema Postavitev problema Predmet modeliranja je proces spreminjanja populacije v odvisnosti od časa. Na ta proces vpliva veliko dejavnikov: okolje, stanje zdravstvene oskrbe, gospodarska situacija v državi, mednarodne razmere in še veliko več. Če povzamemo demografske podatke, so znanstveniki izpeljali funkcijo, ki izraža odvisnost prebivalstva od časa: Predmet modeliranja je proces spreminjanja prebivalstva v odvisnosti od časa. Na ta proces vpliva veliko dejavnikov: okolje, stanje zdravstvene oskrbe, gospodarska situacija v državi, mednarodne razmere in še veliko več. Če povzamemo demografske podatke, so znanstveniki izpeljali funkcijo, ki izraža odvisnost prebivalstva od časa: f(t)=kjer sta koeficienta a in b različna za vsako državo, f(t)=kjer sta koeficienta a in b različna za vsako stanje je e osnova naravnega logaritma. e je osnova naravnega logaritma. Ta formula le približno odraža resničnost. Če želite najti vrednosti koeficientov a in b, lahko uporabite statistični priročnik. Če vzamemo vrednosti f (t) (populacija v času t) iz referenčne knjige, lahko približno izberemo a in b, tako da se teoretične vrednosti f (t), izračunane po formuli, ne razlikujejo veliko od dejanski podatki v referenčni knjigi. Ta formula le približno odraža resničnost. Če želite najti vrednosti koeficientov a in b, lahko uporabite statistični priročnik. Če vzamemo vrednosti f (t) (populacija v času t) iz referenčne knjige, lahko približno izberemo a in b, tako da se teoretične vrednosti f (t), izračunane po formuli, ne razlikujejo veliko od dejanski podatki v referenčni knjigi.

Uporaba računalnika kot orodja za izobraževalne dejavnosti omogoča premislek o tradicionalnih pristopih k preučevanju številnih vprašanj naravoslovja, krepitev eksperimentalnih dejavnosti študentov, približevanje učnega procesa resničnemu procesu spoznavanja, ki temelji na tehnologija modeliranja. Uporaba računalnika kot orodja za izobraževalne dejavnosti omogoča premislek o tradicionalnih pristopih k preučevanju številnih vprašanj naravoslovja, krepitev eksperimentalnih dejavnosti študentov, približevanje učnega procesa resničnemu procesu spoznavanja, ki temelji na tehnologija modeliranja. Reševanje problemov z različnih področij človekovega delovanja na računalniku ne temelji le na študentovem poznavanju tehnologije modeliranja, ampak seveda tudi na poznavanju tega predmetnega področja. V zvezi s tem je predlagane ure modeliranja smotrneje izvajati po tem, ko učenci preučijo snov splošnega izobraževalnega predmeta, učitelj računalništva mora sodelovati z učitelji različnih izobraževalnih področij. Znane so izkušnje z izvajanjem binarnega pouka, t.j. ure, ki jih izvaja učitelj informatike skupaj s predmetnim učiteljem. Reševanje problemov z različnih področij človekovega delovanja na računalniku ne temelji le na študentovem poznavanju tehnologije modeliranja, ampak seveda tudi na poznavanju tega predmetnega področja. V zvezi s tem je predlagane ure modeliranja smotrneje izvajati po tem, ko učenci preučijo snov splošnega izobraževalnega predmeta, učitelj računalništva mora sodelovati z učitelji različnih izobraževalnih področij. Znane so izkušnje z izvajanjem binarnega pouka, t.j. ure, ki jih izvaja učitelj informatike skupaj s predmetnim učiteljem.

| Načrtovanje pouka za šolsko leto | Glavne faze modeliranja

Lekcija 2
Glavne faze modeliranja

S preučevanjem te teme se boste naučili:

Kaj je modeliranje;
- kaj lahko služi kot prototip za modeliranje;
- kakšno mesto ima modelarstvo v človekovi dejavnosti;
- katere so glavne faze modeliranja;
- kaj je računalniški model;
Kaj je računalniški eksperiment.

računalniški eksperiment

Da bi dali življenje novim oblikovalskim dosežkom, uvedli nove tehnične rešitve v proizvodnjo ali preizkusili nove ideje, je potreben eksperiment. Eksperiment je poskus, ki se izvaja s predmetom ali modelom. Sestoji iz izvajanja nekaterih dejanj in določanja, kako se eksperimentalni vzorec odziva na ta dejanja.

V šoli izvajate poskuse pri pouku biologije, kemije, fizike, geografije.

Poskusi se izvajajo pri testiranju novih vzorcev izdelkov v podjetjih. Običajno se v ta namen uporablja posebej ustvarjena postavitev, ki omogoča izvedbo poskusa v laboratorijskih pogojih, ali pa je pravi izdelek sam podvržen vsem vrstam testov (poskus v polnem obsegu). Za preučevanje, na primer, lastnosti delovanja enote ali sklopa, ga postavimo v termostat, zamrznemo v posebnih komorah, testiramo na vibracijskih stojalih, spustimo itd. Dobro je, če gre za novo uro ali sesalnik - izguba med uničenjem ni velika. Kaj pa če je letalo ali raketa?

Laboratorijski in obsežni poskusi zahtevajo velike materialne stroške in čas, vendar je njihov pomen kljub temu zelo velik.

Z razvojem računalniške tehnologije se je pojavil nov edinstvena metoda raziskava - računalniški eksperiment. V mnogih primerih so študije računalniških simulacij priskočile na pomoč in včasih celo nadomestile poskusne vzorce in preskusne naprave. Faza izvajanja računalniškega eksperimenta vključuje dve stopnji: pripravo načrta eksperimenta in izvedbo študije.

Načrt poskusa

Načrt poskusa mora jasno odražati zaporedje dela z modelom. Prvi korak v takem načrtu je vedno testiranje modela.

Testiranje je postopek preverjanja pravilnosti izdelanega modela.

Test - niz začetnih podatkov, ki vam omogočajo, da ugotovite pravilnost konstrukcije modela.

Da bi se prepričali o pravilnosti dobljenih rezultatov modeliranja, je potrebno: ​​♦ preveriti razviti algoritem za gradnjo modela; ♦ poskrbite, da konstruirani model pravilno odraža lastnosti originala, ki so bile upoštevane pri simulaciji.

Za preverjanje pravilnosti algoritma za gradnjo modela se uporablja testna množica začetnih podatkov, za katere je končni rezultat znan vnaprej ali kako drugače vnaprej določen.

Na primer, če se ukvarjate z manekenstvom formule za izračun, potem morate izbrati več možnosti za začetne podatke in jih izračunati "ročno". to testne naloge. Ko je model zgrajen, testirate z istimi vhodi in primerjate rezultate simulacije s sklepi, pridobljenimi z izračunom. Če se rezultati ujemajo, je algoritem razvit pravilno, če ne, je treba poiskati in odpraviti vzrok njihovega neskladja. Preizkusni podatki morda sploh ne odražajo resničnega stanja in morda nimajo semantične vsebine. Vendar pa vas lahko rezultati, pridobljeni v procesu testiranja, spodbudijo k razmišljanju o spremembi prvotnega informacijskega ali znakovnega modela, predvsem v tistem njegovem delu, kjer je položena pomenska vsebina.

Da bi se prepričali, da konstruirani model odraža lastnosti izvirnika, ki so bile upoštevane pri simulaciji, je treba izbrati testni primer z resničnimi izvornimi podatki.

Izvajanje raziskav

Po testiranju, ko ste prepričani v pravilnost izdelanega modela, lahko nadaljujete neposredno s študijo.

Načrt mora vključevati poskus ali serijo poskusov, ki izpolnjujejo cilje simulacije. Vsak eksperiment mora spremljati razumevanje rezultatov, ki služi kot osnova za analizo rezultatov modeliranja in sprejemanje odločitev.

Shema za pripravo in izvedbo računalniškega eksperimenta je prikazana na sliki 11.7.

riž. 11.7. Shema računalniškega eksperimenta

Analiza rezultatov simulacije

Končni cilj modeliranja je sprejetje odločitve, ki naj se razvije na podlagi celovite analize rezultatov simulacije. Ta stopnja je odločilna - ali nadaljuješ študij ali končaš. Slika 11.2 prikazuje, da faza analize rezultatov ne more obstajati samostojno. Dobljeni zaključki pogosto prispevajo k dodatni seriji poskusov, včasih pa tudi k spremembi problema.

Rezultati testiranj in poskusov služijo kot osnova za razvoj rešitve. Če rezultati ne ustrezajo ciljem naloge, to pomeni, da so bile na prejšnjih stopnjah storjene napake. To je lahko napačna navedba problema ali preveč poenostavljena konstrukcija informacijskega modela ali neuspešna izbira metode ali okolja modeliranja ali kršitev tehnoloških metod pri gradnji modela. Če so ugotovljene takšne napake, je treba model popraviti, to je vrnitev na eno od prejšnjih stopenj. Postopek se ponavlja, dokler rezultati poskusa ne dosežejo ciljev simulacije.

Glavna stvar, ki si jo morate zapomniti, je, da je odkrita napaka tudi rezultat. Kot pravi pregovor, se iz napak učiš. O tem je pisal tudi veliki ruski pesnik A. S. Puškin:

Oh, koliko čudovitih odkritij imamo
Pripravite razsvetljenega duha
In izkušnje, sin težkih napak,
In genij, paradoksi prijatelj,
In naključje, bog je izumitelj ...

Kontrolna vprašanja in naloge

1. Kateri sta dve glavni vrsti navedbe problema modeliranja.

2. V znani "Problem Book" G. Ostera je naslednji problem:

Zlobna čarovnica, ki neumorno dela, spremeni 30 princes na dan v gosenice. Koliko dni bo potrebovala, da 810 princes spremeni v gosenice? Koliko princesk na dan bi bilo treba spremeniti v gosenice, da bi delo opravili v 15 dneh?
Katero vprašanje je mogoče pripisati vrsti "kaj se bo zgodilo, če ..." in katero - vrsti "kako narediti, da ..."?

3. Naštej najbolj znane cilje manekenstva.

4. Formalizirajte igrivo težavo iz "Problem Book" G. Ostera:

Iz dveh kabin, ki sta bili med seboj oddaljeni 27 km, sta drug proti drugemu hkrati skočila dva uporna psa. Prvi teče s hitrostjo 4 km / h, drugi pa 5 km / h.
Kako dolgo se bo boj začel?

5. Poimenujte čim več značilnosti predmeta "par čevljev". Sestavite informacijski model objekta za različne namene:
■ izbor obutve za pohod;
■ izbira primerne škatle za čevlje;
■ nakup kreme za nego čevljev.

6. Katere lastnosti mladostnika so bistvene za priporočilo pri izbiri poklica?

7. Zakaj se računalnik pogosto uporablja v simulacijah?

8. Poimenujte orodja za računalniško modeliranje, ki jih poznate.

9. Kaj je računalniški eksperiment? Navedite primer.

10. Kaj je testiranje modela?

11. Na katere napake naletimo v procesu modeliranja? Kaj storiti, ko se odkrije napaka?

12. Kaj je analiza rezultatov simulacije? Kakšni zaključki se običajno naredijo?

Računalniško modeliranje - osnova za predstavitev znanja v računalnikih. Računalniško modeliranje za rojstvo novih informacij uporablja vse informacije, ki jih je mogoče posodobiti s pomočjo računalnika. Napredek modeliranja je povezan z razvojem sistemov računalniškega modeliranja, napredek informacijske tehnologije pa s posodabljanjem izkušenj modeliranja na računalniku, z ustvarjanjem bank modelov, metod in programskih sistemov, ki omogočajo zbiranje novih modelov iz banke. modeli.

Nekakšna računalniška simulacija je računalniški eksperiment, to je eksperiment, ki ga izvaja eksperimentator na proučevanem sistemu ali procesu s pomočjo eksperimentalnega orodja - računalnika, računalniškega okolja, tehnologije.

Računalniški eksperiment postaja novo orodje, metoda znanstvenega spoznanja, nova tehnologija tudi zaradi vse večje potrebe po prehodu iz študija linearnih matematičnih modelov sistemov (za katere so raziskovalne metode in teorija dobro znane ali razvite) do študija kompleksnih in nelinearnih matematičnih modelov sistemov (katerih analiza je veliko težja). Grobo povedano je naše znanje o svetu, ki ga obdaja, linearno, procesi v svetu, ki ga obdajajo, pa so nelinearni.

Računalniški eksperiment vam omogoča, da najdete nove vzorce, preizkusite hipoteze, vizualizirate potek dogodkov itd.

Da bi dali življenje novim oblikovalskim dosežkom, uvedli nove tehnične rešitve v proizvodnjo ali preizkusili nove ideje, je potreben eksperiment. V nedavni preteklosti je bilo mogoče takšen poskus izvesti bodisi v laboratorijskih pogojih na napravah, ki so bile posebej ustvarjene za to, bodisi v naravi, torej na pravem vzorcu izdelka, ki ga je podvrgel vsem vrstam testov.

Z razvojem računalniške tehnologije se je pojavila nova edinstvena raziskovalna metoda - računalniški eksperiment. Računalniški eksperiment vključuje določeno zaporedje dela z modelom, nabor namenskih dejanj uporabnika na računalniškem modelu.

Faza 4. Analiza rezultatov simulacije.

Končni cilj modeliranje - sprejemanje odločitev, ki jih je treba razviti na podlagi celovite analize dobljenih rezultatov. Ta stopnja je odločilna - ali nadaljuješ študij ali končaš. Morda poznate pričakovani rezultat, potem morate primerjati prejete in pričakovane rezultate. V primeru ujemanja se lahko odločite.

Osnova za razvoj rešitve so rezultati testiranj in poskusov. Če rezultati ne ustrezajo ciljem naloge, to pomeni, da so bile na prejšnjih stopnjah storjene napake. To je lahko preveč poenostavljena konstrukcija informacijskega modela ali neuspešna izbira metode modeliranja ali okolja ali kršitev tehnoloških metod pri gradnji modela. Če se odkrijejo takšne napake, potem prilagoditev modela , tj. vrnitev na enega od prejšnjih korakov. Proces ponavlja dokler se rezultati poskusa ne srečajo cilji manekenstvo. Glavna stvar, ki si jo morate zapomniti, je, da je odkrita napaka tudi rezultat. Kot pravi pregovor, se iz napak učiš.

Simulacijski programi

ANSYS- univerzalni programski sistem končnih elementov ( FEM) analiza, ki obstaja in se razvija v zadnjih 30 letih, je zelo priljubljena med strokovnjaki na področju računalniškega inženiringa ( CAE, Računalniško podprto inženirstvo) in FE rešitve linearnih in nelinearnih, stacionarnih in nestacionarnih prostorskih problemov mehanike deformabilnih trdnih snovi in ​​konstrukcijske mehanike (vključno z nestacionarnimi geometrijsko in fizikalno nelinearnimi problemi kontaktne interakcije strukturnih elementov), ​​problemov fluida in plinska mehanika, prenos toplote in prenos toplote, elektrodinamika, akustika in mehanika sorodnih področij. Modeliranje in analiza v nekaterih panogah se izogneta dragim in dolgotrajnim razvojnim ciklom, kot je "načrtovanje - proizvodnja - testiranje". Sistem deluje na osnovi geometrijskega jedra Parasolid .

AnyLogic - programsko opremo za simulacijsko modeliranje kompleksni sistemi in procesov, razvita ruski avtor XJ Technologies ( angleščina XJ tehnologije). Program ima uporabnikovo grafično okolje in vam omogoča uporabo jezik Java za razvoj modela .

Modeli AnyLogic lahko temeljijo na kateri koli od glavnih paradigem simulacijskega modeliranja: simulacija diskretnega dogodka, sistemska dinamika, in modeliranje agentov.

Sistemska dinamika in diskretno-dogodkovno (procesno) modeliranje, s čimer razumemo vsakršen razvoj idej GPSS so tradicionalni dobro uveljavljeni pristopi, modeliranje na podlagi agentov je razmeroma novo. Sistemska dinamika deluje predvsem s procesi, ki so zvezni v času, diskretno-dogodkovno in agentno modeliranje pa z diskretnimi.

Sistemsko dinamiko in modeliranje diskretnega dogodka so skozi zgodovino poučevali povsem različne skupine študentov: menedžment, proizvodni inženirji in načrtovalci krmilnih sistemov. Posledično so nastale tri različne skoraj neprekrivajoče se skupnosti, ki skoraj nikoli ne komunicirajo med seboj.

Agentno modeliranje je bilo do nedavnega strogo akademsko področje. Vendar pa je naraščajoče povpraševanje po globalni optimizaciji s strani podjetij vodilne analitike prisililo, da so pozorni na modeliranje na podlagi agentov in njegovo kombinacijo s tradicionalnimi pristopi, da bi dobili popolnejšo sliko interakcije kompleksnih procesov različne narave. Tako se je porodilo povpraševanje po programskih platformah, ki omogočajo integracijo različnih pristopov.

Zdaj pa razmislimo o pristopih simulacijskega modeliranja na lestvici ravni abstrakcije. Sistemska dinamika z nadomeščanjem posameznih objektov z njihovimi agregati prevzame najvišjo stopnjo abstrakcije. Simulacija diskretnega dogodka deluje v nizkem in srednjem obsegu. Kar zadeva modeliranje na osnovi agentov, ga je mogoče uporabiti na skoraj vseh ravneh in v katerem koli obsegu. Agenti lahko predstavljajo pešce, avtomobile ali robote v fizičnem prostoru, stranko ali prodajalca na srednji ravni ali konkurenčna podjetja na visoki ravni.

Pri razvoju modelov v AnyLogic lahko uporabite koncepte in orodja iz več metod modeliranja, na primer v modelu, ki temelji na agentu, uporabite metode sistemske dinamike za predstavitev sprememb v stanju okolja ali v zveznem modelu dinamični sistem, upoštevajo diskretne dogodke. Na primer, upravljanje dobavne verige z uporabo simulacijskega modeliranja zahteva opis udeležencev dobavne verige po agentih: proizvajalci, prodajalci, potrošniki, mreža skladišč. Hkrati je proizvodnja opisana v okviru diskretno-dogodkovnega (procesnega) modeliranja, kjer so izdelek ali njegovi deli aplikacije, avtomobili, vlaki, viličarji pa viri. Same dobave so predstavljene z diskretnimi dogodki, povpraševanje po blagu pa je mogoče opisati z zveznim sistemsko-dinamičnim diagramom. Sposobnost mešanja pristopov vam omogoča opisovanje procesov resničnega življenja in ne prilagajanje procesa razpoložljivemu matematičnemu aparatu.

LabVIEW (angleščina Lab oratorij V virtualni jaz instrumentacija E inženiring W orkbench) je razvojno okolje in platforma za izvajanje programov, izdelanih v grafičnem programskem jeziku "G" podjetja Državni instrumenti(ZDA). Prva različica LabVIEW je bila izdana leta 1986 za Apple Macintosh, trenutno obstajajo različice za UNIX, GNU/Linux, MacOS itd., najbolj razvite in priljubljene različice pa so za Microsoft Windows.

LabVIEW se uporablja v sistemih za zbiranje in obdelavo podatkov ter za upravljanje tehničnih objektov in tehnoloških procesov. Ideološko je LabVIEW zelo blizu SCADA-sistemov, vendar je za razliko od njih bolj usmerjena v reševanje problemov ne toliko na področju APCS koliko v okolici ASNI.

MATLAB(okrajšava za angleščina « matrica Laboratorij» ) je izraz, ki se nanaša na paket uporabnih programov za reševanje problemov tehničnih izračunov, kot tudi na programski jezik, ki se uporablja v tem paketu. MATLAB uporablja več kot 1.000.000 inženirjev in znanstvenikov, deluje na večini sodobnih operacijski sistemi, vključno z GNU/Linux, MacOS, Solaris in Microsoft Windows .

javor- programski paket, sistem računalniške algebre. Gre za izdelek podjetja Waterloo Maple Inc., ki 1984 proizvaja in trži programske izdelke, osredotočene na kompleksne matematične izračune, vizualizacijo podatkov in modeliranje.

Sistem Maple je zasnovan tako, da simbolični izračuni, čeprav ima vrsto orodij za numerično rešitev diferencialne enačbe in ugotovitev integrali. Ima napredno grafiko. Ima svoje programski jezik spominja na Pascal.

Mathematica - sistem računalniške algebre podjetja Wolfram Research. Vsebuje veliko funkcije tako za analitične transformacije kot za numerične izračune. Poleg tega program podpira grafika in zvok, vključno z gradnjo dvo- in tridimenzionalnih lestvice funkcije, risanje poljubno geometrijske oblike, uvoz in izvoz slike in zvok.

Orodja za napovedovanje- programski izdelki, ki imajo funkcije izračunavanja napovedi. Napovedovanje je danes ena najpomembnejših človekovih dejavnosti. Že v starih časih so z napovedmi ljudje lahko izračunali sušna obdobja, datume sončnih in luninih mrkov ter številne druge pojave. S pojavom računalniške tehnologije je napovedovanje dobilo močan zagon za razvoj. Ena prvih aplikacij računalnikov je bil izračun balistične trajektorije izstrelkov, torej pravzaprav predvidevanje točke, kjer izstrelek pade na tla. Ta vrsta napovedi se imenuje statična napoved. Obstajata dve glavni kategoriji napovedi: statične in dinamične. Ključna razlika je v tem, da dinamične napovedi zagotavljajo informacije o obnašanju preučevanega predmeta v daljšem časovnem obdobju. Po drugi strani pa statične napovedi odražajo stanje preučevanega predmeta le v enem trenutku in praviloma v takih napovedih časovni dejavnik, v katerem se predmet spreminja, igra nepomembno vlogo. Do danes obstaja veliko število orodij, ki vam omogočajo izdelavo napovedi. Vse jih je mogoče razvrstiti po številnih merilih:

Ime instrumenta	Področje uporabe	Implementirani modeli	Zahtevano usposabljanje uporabnikov	Pripravljen za uporabo
Microsoft Excel , openoffice.org	glavni namen	algoritem, regresija	osnovno poznavanje statistike	potrebna je precejšnja izboljšava (implementacija modelov)
statistika , SPSS , e-pogledi	raziskovanje	širok spekter regresije, nevronska mreža		izdelek v škatli
matlab	raziskave, razvoj aplikacij	algoritem, regresija, nevronska mreža	specialna matematična izobrazba	potrebno programiranje
SAP APO	poslovno napovedovanje	algoritemsko	globoko znanje ni potrebno
ForecastPro , ForecastX	poslovno napovedovanje	algoritemsko	globoko znanje ni potrebno	izdelek v škatli
Logilnost	poslovno napovedovanje	algoritemska, nevronska mreža	globoko znanje ni potrebno	Potrebne bistvene izboljšave (za poslovne procese)
ForecastPro SDK	poslovno napovedovanje	algoritemsko	potrebno osnovno znanje statistike	potrebno programiranje (integracija programske opreme)
iLog , AnyLogic , mislim MatlabSimulink , GPSS	razvoj aplikacij, simulacija	posnemanje	potrebna je posebna matematična izobrazba	potrebno je programiranje (glede na specifiko regije)

PC LIRA- večnamenski programski paket, zasnovan za načrtovanje in izračun strojegradnje in gradbene konstrukcije za različne namene. Izračuni v programu se izvajajo za statične in dinamične vplive. Osnova izračunov je metoda končnih elementov(FEM). Različni vtični moduli (procesorji) omogočajo izbiro in preverjanje prerezov jeklenih in armiranobetonskih konstrukcij, simulacijo tal, izračun mostov in obnašanja zgradb med montažo itd.

V zaključku poglavja razmislimo o vprašanju: kam pripisati računalniški eksperiment in računalniško simulacijo ( računalnik simulacije) !

Sprva se je računalniška simulacija pojavila v meteorologiji in jedrski fiziki, danes pa je obseg njene uporabe v znanosti in tehnologiji izjemno širok. V zvezi s tem je zelo indikativen primer "globalnega modeliranja", kjer svet obravnavamo kot niz medsebojno delujočih podsistemov: prebivalstva, družbe, gospodarstva, proizvodnje hrane, inovacijskega kompleksa, naravnih virov, habitata, držav in regij sveta ( prvi primer je objavljen leta 1972 v poročilu Rimskemu klubu "Meje rasti"). Razvoj in interakcija teh podsistemov določata svetovno dinamiko.

Očitno imamo opravka s superkompleksnim sistemom z veliko nelinearnimi interakcijami, za katere ni mogoče zgraditi vrste modela VIO. Zato nadaljujte na naslednji način. Sestavljena je multidisciplinarna skupina, ki jo sestavljajo strokovnjaki iz različnih podsistemov. Ta skupina na podlagi znanja svojih članov sestavlja blokovni diagram velikega števila elementov in odnosov. Ta blokovni diagram se pretvori v matematični računalniški model, ki predstavlja modelirani sistem. Nato se izvedejo numerični poskusi z računalniškim modelom, tj. računalniški eksperimenti, ki s strani ustvarjanja modelov objektov in procesov, odpravljanja napak in izvajanja spominjajo na pravi kompleksen eksperiment.

Med miselnimi in računalniškimi eksperimenti obstaja določena analogija. V primeru računalniškega eksperimenta je računalniški model, izdelan med njim, analog modela FIE v mentalnem eksperimentu FIE. V obeh primerih je eksperimentalno raziskovanje element iskanja ustreznega teoretičnega modela. Med tem iskanjem se v prvem primeru izberejo FEC in interakcije med njimi (in njihova vrednost), v drugem primeru pa elementi in razmerja (in njihova vrednost). Iz te primerjave je očitno, da je v obeh primerih nastanek novega znanja možen kot rezultat takšne eksperimentalne dejavnosti. To pomeni, da računalniški modeli ustrezajo teoretičnim modelom RES pojava, računalniški eksperiment pa je orodje za njihovo konstrukcijo. V tem primeru poteka eksperimentiranje z modelom in ne s pojavom (glede na delo je isto navedeno v delih).

V fiziki in drugih naravoslovnih vedah lahko v primeru »laboratorijskih« pojavov pravi poskus nekaj spremeni v samem pojavu (»postavi vprašanje«). Če se izkaže, da je to dovolj za izdelavo modela FIR in ostane le še vprašanje izpopolnjevanja njegovih parametrov, potem ima v tem primeru računalniški model bolj trivialno aplikacijo od zgoraj opisane - rešitev kompleksnih enačb, ki opisujejo fizikalne oz. tehnični sistem, in izbor parametrov za sisteme, za katere je model FIR že določen. Ta primer se pogosto imenuje "numerični eksperiment".

Vendar pa fizika obravnava tudi pojave, ki jih je treba kvalitativno preučiti, preden jih postavimo v laboratorij, na primer sproščanje jedrske energije ali rojstvo elementarni delci. Podobna situacija se lahko pojavi: 1) v navedenih za miselni eksperiment primerih ekonomske ali tehnične zapletenosti realnega eksperimenta, 2) v odsotnosti modela VIO, tj. odsotnost teorije pojava (kot v primeru turbulentnih tokov). V jedrski fiziki in fiziki delcev imamo prvi, če ne oba primera. Tukaj imamo podobno situacijo kot "globalna simulacija" in začnemo eksperimentirati s teoretičnimi modeli prek računalniških simulacij. Zato ne preseneča, da se je računalniška simulacija v jedrski fiziki pojavila zelo zgodaj.

Torej računalniški eksperiment in računalniški modeli v netrivialnem primeru, kot v primeru "globalne simulacije", ustrezajo mentalnemu eksperimentu RES oziroma teoretičnim modelom RES pojava.

Eksperiment je oblika komunikacije med dvema stranema – pojavom in teoretičnim modelom. Načeloma to pomeni možnost manipulacije z dveh strani. Pri realnem eksperimentu poteka eksperimentiranje s pojavom, pri miselnem in računalniškem eksperimentu, ki ga lahko obravnavamo kot analog miselnega, pa z modelom. Toda v obeh primerih je cilj pridobitev novega znanja v obliki ustreznega teoretičnega modela.

• To vključuje pripombo E. Winsberga: "Ni res, da resnični eksperiment vedno manipulira le z predmetom zanimanja. Pravzaprav tako v resničnem eksperimentu kot v simulaciji obstaja zapleteno razmerje med tem, kar je manipulirano v študiji, na eni strani in svet, ki je cilj študije - na drugi ... Mendel je na primer manipuliral z grahom, zanimal pa ga je preučevanje pojava splošne dednosti«.

Sodobni računalnik ima veliko uporab. Med njimi so, kot veste, še posebej pomembne zmogljivosti računalnika kot sredstva za avtomatizacijo informacijskih procesov. Nič manj pomembne pa niso njegove možnosti orodje izvajanje eksperimentalnega dela in analiziranje njegovih rezultatov.

Računalniški poskus znanost že dolgo pozna. Ne pozabite na odkritje planeta Neptun "na konici peresa." Pogosto se rezultati znanstvenih raziskav štejejo za zanesljive le, če jih je mogoče predstaviti v obliki matematičnih modelov in potrditi z matematičnimi izračuni. Poleg tega to ne velja le za fiziko.

ali tehničnega oblikovanja, ampak tudi v sociologijo, jezikoslovje, marketing - tradicionalno humanistiko, daleč od matematike.

Računalniški eksperiment je teoretična metoda spoznavanja. Razvoj te metode je numerična simulacija- relativno nova znanstvena metoda, ki je postala razširjena zaradi pojava računalnikov.

Numerična simulacija se pogosto uporablja tako v praksi kot v znanstvenih raziskavah.

Primer. Brez gradnje matematičnih modelov in izvajanja različnih izračunov na stalno spreminjajočih se podatkih, ki prihajajo iz merilni instrumenti, ni mogoče upravljati avtomatskih proizvodnih linij, avtopilotov, sledilnih postaj, avtomatskih diagnostičnih sistemov. Poleg tega je treba za zagotovitev zanesljivosti sistemov izračune izvajati v realnem času, njihove napake pa so lahko milijoninke odstotka.

Primer. Sodobnega astronoma pogosto ne vidimo v okularju teleskopa, temveč pred računalniškim zaslonom. In ne le teoretik, tudi opazovalec. Astronomija je nenavadna veda. Praviloma ne more neposredno eksperimentirati s predmeti raziskovanja. Različne vrste sevanju (elektromagnetnem, gravitacijskem, nevtrinskem ali kozmičnem sevanju) astronomi le »pokukajo« in »prisluškovajo«. To pomeni, da se morate naučiti, kako iz opazovanj izluščiti največ informacij in jih reproducirati v izračunih, da preverite hipoteze, ki opisujejo ta opažanja. Uporabe računalnikov v astronomiji, tako kot v drugih vedah, so izjemno raznolike. To je avtomatizacija opazovanj in obdelava njihovih rezultatov (astronomi vidijo slike ne v okularju, temveč na monitorju, povezanem s posebnimi napravami). Računalniki so potrebni tudi za delo z velikimi katalogi (zvezde, spektralne analize, kemične spojine itd.).

Primer. Vsi poznajo izraz "nevihta v skodelici čaja". Za podrobno preučevanje tako zapletenega hidrodinamičnega procesa, kot je nevihta, je potrebno uporabiti zapletene metode numerične simulacije. Zato so zmogljivi računalniki nameščeni v velikih hidrometeoroloških centrih: v kristalu računalniškega procesorja se "odigra nevihta".

Tudi če ne delate zelo zapletenih izračunov, ampak jih morate ponoviti milijonkrat, potem je bolje, da enkrat napišete program in računalnik ga bo ponovil tolikokrat, kot je potrebno (omejitev bo seveda hitrost računalnika).

Numerična simulacija je lahko neodvisna raziskovalna metoda, kadar so zanimive samo vrednosti nekaterih kazalnikov (na primer stroški proizvodnje ali celotni spekter galaksije), pogosteje pa deluje kot eno od sredstev za konstruiranje računalnika. modeli v širšem pomenu besede.

Zgodovinsko gledano so bila prva dela na področju računalniškega modeliranja povezana s fiziko, kjer se je z uporabo numerične simulacije reševal cel razred problemov s področja hidravlike, filtracije, prenosa toplote in prenosa toplote, mehanike trdnih snovi itd.. Modeliranje je bilo predvsem reševanje kompleksnih nelinearnih problemov. matematične fizike in je bil v bistvu seveda matematično modeliranje. Uspeh matematičnega modeliranja v fiziki je prispeval k njegovemu širjenju na probleme kemije, elektroenergetike, biologije, modelirne sheme pa se med seboj niso preveč razlikovale. Kompleksnost problemov, rešenih na osnovi modeliranja, je bila omejena le z močjo razpoložljivih računalnikov. Ta vrsta modelarstvo je razširjeno še danes. Poleg tega so se med razvojem numerične simulacije nabrale cele knjižnice podprogramov in funkcij, ki olajšajo uporabo in razširijo možnosti simulacije. In vendar se trenutno koncept "računalniškega modeliranja" običajno ne povezuje s temeljnimi naravoslovnimi disciplinami, temveč predvsem s sistemsko analizo kompleksnih sistemov s stališča kibernetike (to je s stališča upravljanja, samoupravljanja , samoorganizacija). In zdaj se računalniško modeliranje pogosto uporablja v biologiji, makroekonomiji, pri ustvarjanju avtomatiziranih nadzornih sistemov itd.

Primer. Spomnimo se Piagetovega poskusa, opisanega v prejšnjem odstavku. Seveda bi ga bilo mogoče izvesti ne z resničnimi predmeti, temveč z animirano sliko na zaslonu. Toda navsezadnje bi lahko gibanje igrač posneli na navaden film in ga prikazali na televiziji. Ali je primerno uporabo računalnika v tem primeru imenovati računalniška simulacija?

Primer. Model letenja telesa, vrženega navpično navzgor ali pod kotom na obzorje, je na primer graf odvisnosti višine telesa od časa. Lahko ga zgradiš

a) na list papirja točko za točko;

b) v grafičnem urejevalniku za iste točke;

c) z uporabo poslovnega grafičnega programa, na primer v
preglednice;

d) pisanje programa, ki ne samo prikazuje
navito pot leta, omogoča pa tudi nastavitev različnih
začetni podatki (naklonski kot, začetna hitrost
rast).

Zakaj ne želite imenovati možnosti b) računalniški model, vendar možnosti c) in d) popolnoma ustrezata temu imenu?

Spodaj računalniški model pogosto razumejo program (ali program in posebno napravo), ki posnema lastnosti in obnašanje določenega predmeta. Rezultat izvajanja tega programa se imenuje tudi računalniški model.

V strokovni literaturi je izraz "računalniški model" strožje opredeljen na naslednji način:

Pogojna slika predmeta ali nekega sistema predmetov (procesov, pojavov), opisanih z medsebojno povezanimi računalniškimi tabelami, diagrami poteka, diagrami, grafi, risbami, fragmenti animacije, hiperbesedili itd., in prikazuje strukturo (elemente in odnose med njimi). ) predmeta. Računalniški modeli te vrste se imenujejo strukturno in funkcionalno;

Ločen program ali niz programov, ki z uporabo zaporedja izračunov in grafičnega prikaza njihovih rezultatov reproducira (simulira) procese delovanja objekta pod vplivom različnih, običajno naključnih dejavnikov. Takšni modeli se imenujejo posnemanje.

Računalniški modeli so lahko preprosti ali kompleksni. Velikokrat ste ustvarili preproste modele, ko ste se učili programiranja ali gradili bazo podatkov. V 3D grafičnih sistemih, ekspertnih sistemih, avtomatiziranih krmilnih sistemih se gradijo in uporabljajo zelo kompleksni računalniški modeli.

Primer. Zamisel o izdelavi modela človeške dejavnosti s pomočjo računalnika ni nova in težko je najti področje dejavnosti, na katerem je ne bi poskušali uresničiti. Ekspertni sistemi so računalniški programi, ki simulirajo dejanja človeškega strokovnjaka pri reševanju problemov na katerem koli predmetnem področju na podlagi zbranega znanja, ki sestavlja bazo znanja. ES rešujejo problem modeliranja duševne dejavnosti. Zaradi kompleksnosti modelov razvoj ES praviloma traja več let.

Sodobni ekspertni sistemi imajo poleg baze znanja tudi bazo precedensov - na primer rezultate raziskav pravi ljudje in informacije o poznejšem uspehu/neuspehu njihovih dejavnosti. Na primer, baza primerov strokovnega sistema NYPD je 786 000 ljudje, Center "Hobi" (kadrovska politika v podjetju) - 512 000 ljudi, in po mnenju strokovnjakov tega centra je ES, ki so ga razvili, deloval s pričakovano natančnostjo le, ko je baza presegla 200 000 človek, za ustvarjanje je trajalo 6 let.

Primer. Napredek pri ustvarjanju računalniške grafike se je premaknil od žičnih slik tridimenzionalnih modelov s preprosto poltonsko sliko do sodobnih realističnih slik, ki so primeri umetnosti. To je bil rezultat uspeha pri natančnejši opredelitvi okolja modeliranja. Transparentnost, odsev, sence, svetlobni vzorci in lastnosti površin so nekatera od področij, na katerih raziskovalne skupine trdo delajo in nenehno pripravljajo nove algoritme za ustvarjanje vedno bolj realističnih umetnih slik. Danes se te metode uporabljajo tudi za ustvarjanje kakovostne animacije.

praktične potrebe v računalniško modeliranje predstavlja izziv za razvijalce strojne opreme sredstev računalnik. To pomeni, da metoda aktivno vpliva ne le na nastanek novih in novi programi ampak in na razvoj tehnična sredstva.

Primer. O računalniški holografiji se je prvič govorilo v 80. letih. Torej, v sistemih za računalniško podprto načrtovanje, v geografskih informacijskih sistemih, bi bilo lepo, če bi lahko predmet zanimanja videli ne le v tridimenzionalni obliki, ampak ga predstavili v obliki holograma, ki ga je mogoče vrteti. , nagnjen, poglejte v notranjost. Če želite ustvariti holografsko sliko, ki je uporabna v resničnih aplikacijah, potrebujete

holografski

Slike

zasloni z ogromnim številom slikovnih pik – do milijarde. Zdaj se takšno delo aktivno izvaja. Hkrati z razvojem holografskega zaslona poln zamah delo v teku ustvariti tridimenzionalno delovno postajo, ki temelji na principu, imenovanem "nadomeščanje realnosti". V ozadju tega izraza je ideja o široki uporabi vseh tistih naravnih in intuitivnih metod, ki jih človek uporablja pri interakciji z naravnimi (materialno-energijskimi) modeli, hkrati pa je poudarek na njihovem celovitem izboljšanju in razvoju s pomočjo edinstvene zmogljivosti digitalnih sistemov. Predvideva se, na primer, da bo mogoče manipulirati in komunicirati z računalniškimi hologrami v realnem času z uporabo kretenj in dotikov.

Računalniška simulacija ima naslednje prednosti:

Zagotavlja vidljivost;

Na voljo za uporabo.

Glavna prednost računalniške simulacije je, da omogoča ne samo opazovanje, ampak tudi napovedovanje rezultata eksperimenta pod določenimi pogoji. posebni pogoji. Zahvaljujoč tej možnosti je ta metoda našla uporabo v biologiji, kemiji, sociologiji, ekologiji, fiziki, ekonomiji in mnogih drugih področjih znanja.

Računalniško modeliranje se pogosto uporablja pri poučevanju. S pomočjo posebnih programov si lahko ogledate modele takšnih pojavov, kot so pojavi mikrokozmosa in sveta z astronomskimi razsežnostmi, pojavi jedrske in kvantne fizike, razvoj rastlin in preoblikovanje snovi med kemijskimi reakcijami.

Usposabljanje strokovnjakov številnih poklicev, zlasti kontrolorjev zračnega prometa, pilotov, dispečerjev jedrskih in elektrarn, poteka s pomočjo simulatorjev, vodenih z računalnikom, ki simulirajo realne situacije, tudi izredne.

Laboratorijsko delo se lahko izvaja na računalniku, če ni potrebnih pravih naprav in instrumentov ali če rešitev problema zahteva uporabo zapletenih matematičnih metod in delovno intenzivnih izračunov.

Računalniško modeliranje omogoča "oživitev" preučevanih fizikalnih, kemijskih, bioloških, družbenih zakonov, izvedbo serije poskusov z modelom. Vendar ne pozabite, da so vsi ti poskusi zelo pogojne narave in je zelo pogojna tudi njihova spoznavna vrednost.

Primer. Pred praktično uporabo jedrske cepitvene reakcije jedrski fiziki preprosto niso vedeli za nevarnosti sevanja, vendar je prva množična uporaba "dosežkov" (Hirošima in Nagasaki) jasno pokazala, koliko sevanja

je nevaren za ljudi. Začnite fiziko z jedrsko elektro-

postaj, človeštvo še dolgo ne bi izvedelo za nevarnosti sevanja. Dosežek kemikov v začetku prejšnjega stoletja - najmočnejši pesticid DDT - je dolgo časa veljal za popolnoma varnega za ljudi -

V kontekstu uporabe zmogljivih sodobnih tehnologij, širokega razmnoževanja in nepremišljene uporabe napačnih programskih izdelkov lahko tako visoko specializirana, na prvi pogled vprašanja, kot je ustreznost računalniškega modela realnosti, pridobijo pomemben univerzalni pomen.

Računalniški poskusi- je orodje za preučevanje vzorcev, ne naravnih ali družbenih pojavov.

Zato je treba eksperiment v polnem obsegu vedno izvajati hkrati z računalniškim eksperimentom, tako da lahko raziskovalec, primerjajoč svoje rezultate, oceni kakovost ustreznega modela, globino našega razumevanja bistva pojavov.

porod. Ne pozabite, da so fizika, biologija, astronomija, računalništvo vede o resničnem svetu in ne o virtualni resničnosti.

V znanstvenih raziskavah, tako temeljnih kot praktično usmerjenih (uporabnih), pogosto nastopa računalnik bistveno orodje eksperimentalno delo.

Računalniški eksperiment je najpogosteje povezan z:

S kompleksnimi matematičnimi izračuni (številka
leno modeliranje);

S konstrukcijo in študijo vizualnih in / ali dinamičnih
modeli mikrofonov (računalniško modeliranje).

Spodaj računalniški model se nanaša na program (ali program v povezavi s posebno napravo), ki zagotavlja posnemanje lastnosti in obnašanja določenega predmeta, kot tudi rezultat izvajanja tega programa v obliki grafičnih slik (stacionarnih ali dinamičnih). ), številčne vrednosti, tabele itd.

Obstajajo strukturno-funkcionalni in simulacijski računalniški modeli.

Strukturno-funkcionalno računalniški model je pogojna slika predmeta ali nekega sistema objektov (procesov, pojavov), opisanih z uporabo medsebojno povezanih računalniških tabel, diagramov poteka, diagramov, grafov, risb, fragmentov animacije, hiperbesedil itd., in prikazuje strukturo predmet ali njegovo vedenje.

Simulacijski računalniški model je ločen program ali programski paket, ki z uporabo zaporedja izračunov in grafičnega prikaza njihovih rezultatov omogoča reprodukcijo (simulacijo) procesov delovanja objekta pod vplivom različnih naključnih dejavnikov.

Računalniško modeliranje je metoda za reševanje problema analize ali sinteze sistema (najpogosteje kompleksnega sistema), ki temelji na uporabi njegovega računalniškega modela.

Prednosti računalniške simulacije ali je to:

Omogoča ne le opazovanje, ampak tudi napovedovanje rezultata poskusa pod nekaterimi posebnimi pogoji;

Omogoča modeliranje in preučevanje pojavov, ki jih napovedujejo katere koli teorije;

Je okolju prijazen in ne predstavlja nevarnosti za naravo in ljudi;

Zagotavlja vidljivost;

Na voljo za uporabo.

Metoda računalniškega modeliranja je našla uporabo v biologiji, kemiji, sociologiji, ekologiji, fiziki, ekonomiji, jezikoslovju, pravosodju in mnogih drugih področjih znanja.

Računalniško modeliranje se pogosto uporablja pri izobraževanju, usposabljanju in prekvalifikaciji strokovnjakov:

Za vizualno predstavitev modelov pojavov mikrosveta in sveta z astronomskimi dimenzijami;

Simulirati procese, ki se dogajajo v svetu žive in nežive narave

Za simulacijo resničnih situacij upravljanja kompleksnih sistemov, vključno z izrednimi dogodki;

Za laboratorijsko delo, kadar ni potrebnih naprav in instrumentov;

Za reševanje problemov, če to zahteva uporabo kompleksnih matematičnih metod in delovno intenzivnih izračunov.

Pomembno si je zapomniti, da računalniško modelirana ni objektivna resničnost, temveč naše teoretične predstave o njej. Predmet računalniškega modeliranja so matematični in drugi znanstveni modeli, ne pa realni predmeti, procesi, pojavi.

Računalniški poskusi- je orodje za preučevanje vzorcev, ne naravnih ali družbenih pojavov.

Merilo verodostojnosti katerega koli od rezultatov računalniške simulacije je bil in ostaja obsežni (fizikalni, kemijski, socialni) eksperiment. V znanstvenih in praktičnih raziskavah lahko računalniški eksperiment spremlja samo obsežni eksperiment, tako da lahko raziskovalec primerja

Nivaya njihove rezultate, bi lahko ocenili kakovost modela, globino naših idej o bistvu naravnih pojavov.

Pomembno si je zapomniti, da so fizika, biologija, astronomija, ekonomija, računalništvo vede o resničnem svetu in ne o
navidezna resničnost.

1. vaja

Pismo, napisano v urejevalniku besedil in poslano na E-naslov, bi komaj kdo rekel računalniški model.

Urejevalniki besedil pogosto omogočajo ustvarjanje ne le običajnih dokumentov (pisem, paketov, poročil), ampak tudi predlog dokumentov, v katerih so stalne informacije, ki jih uporabnik ne more spremeniti, obstajajo podatkovna polja, ki jih izpolni uporabnik, in polja, v katerih se izračunajo na podlagi vnesenih podatkov. Ali lahko takšno predlogo štejemo za računalniški model? Če da, kaj je v tem primeru predmet modeliranja in kakšen je namen izdelave takega modela?

Naloga 2

Veste, da morate preden ustvarite bazo podatkov, najprej zgraditi podatkovni model. Veste tudi, da je algoritem model dejavnosti.

Tako podatkovni modeli kot algoritmi so najpogosteje razviti z mislijo na računalniško implementacijo. Ali lahko rečemo, da na neki točki postanejo računalniški model, in če da, kdaj se to zgodi?

Opomba. Preverite svoj odgovor glede na definicijo "računalniškega modela".

Naloga 3

Opišite faze izdelave računalniškega modela na primeru razvoja programa, ki simulira nek fizikalni pojav.

Naloga 4

Navedite primere, kdaj je računalniška simulacija prinesla resnične koristi in kdaj je povzročila nezaželene posledice. Pripravite poročilo o tej temi.