Что такое моделирование? В самом широком смысле это имитация, которая в течение многих лет использовалась для самых разных целей, в частности обучения, объяснения и развлечения. С приходом компьютерной эры человечество научилось активно применять для этих целей более продвинутые виды имитационного моделирования. Модели создаются из массы данных, уравнений и вычислений, которые имитируют определенные действия. Обычно они включают графический дисплей, который транслирует все данные в анимацию, которую можно увидеть на экране компьютера или с помощью другого визуального устройства.
Полезное дополнение к математическим моделям
Математическая модель - это абстрактная модель, которая использует математический язык для описания поведения системы. Она применяется в области естественных наук и инженерных дисциплин, а также в социальных науках (экономика, социология и политология). Математическое моделирование - метод моделирования реальных ситуаций с помощью математических уравнений для прогнозирования их будущего поведения. Оно использует такие инструменты, как решения, теории, теория массового обслуживания, линейное программирование, и требует большого количества работы с числами.
Традиционным считается формальное моделирование систем с помощью математической модели, которая пытается найти аналитические решения для некоторых проблем, она позволяет прогнозировать поведение системы при помощи набора параметров и начальных условий. Компьютерное моделирование – это программа, которая пытается имитировать абстрактные модели конкретной системы. Оно стало полезной частью математического моделирования многих природных систем в физике, химии и биологии, антропогенных систем в экономике, психологии и социальных науках и в процессе проектирования новых технологий, и все это для того, чтобы получить представление о работе этих систем.
Что такое моделирование с помощью компьютера?
В моделировании используется математическое описание, или модель, в виде компьютерной программы. Эта модель состоит из уравнений, которые дублируют функциональные отношения в реальной системе. Компьютерное моделирование – это использование компьютера для представления динамической реакции одной системы на поведение другой системы по образцу. Когда программа запускается, полученная математическая динамика формы аналогового поведения реальной системы и полученные результаты представляются в виде данных. Моделирование может также принять форму компьютерно-графического изображения, которое представляет динамические процессы в анимированной последовательности.
Программа для моделирования помогает представить реальный мир с помощью компьютера. Имитируя фактическое или вероятное условие, событие или ситуацию из жизни, можно найти причину события (например, аварии) или сделать прогноз будущих последствий и результатов. Моделирование может быть выполнено посредством решения систем уравнений (математическая модель), построения физической модели (масштаб), постановочной репетиции, игр или графических моделей (анимированные блок-схемы). А симуляторы - это очень полезные инструменты, которые позволяют проводить эксперименты без риска.
Компьютерные симуляторы
Компьютерные симуляторы используются для изучения динамического поведения объектов или систем в ответ на условия, которые не могут легко или безопасно применяться в реальной жизни. Например, ядерный взрыв может быть описан с помощью математической модели, включающей такие переменные, как температура, скорость и количество радиоактивных выбросов. Дополнительные математические уравнения могут быть использованы для корректировки модели с изменением отдельных переменных, таких как количество расщепляющегося материала, который произвел взрыв. Симуляция реального процесса помогает безопасно измерить и предсказать, как на функционирование всей системы может повлиять изменение отдельных ее компонентов.
Определение компьютерного моделирования
Что такое моделирование, в частности компьютерное? В самом узком смысле это программа, которая запускается на компьютере и использует шаг за шагом методы для изучения примерного поведения математической модели. Обычно это имитационная модель реальной системы, которая представляет собой реализацию конкретного алгоритма, написанную на определенном языке, с использованием конкретного компилятора и так далее. В более широком смысле это комплексный метод исследования систем. Этот процесс включает в себя выбор модели, нахождение способа реализации этой модели в форме, которая может быть запущена на компьютере, рассчитать производительность алгоритма, а также визуализации и изучения полученных данных. Что такое моделирование? Это не просто вычисления и цифры. Это возможность творческого применения расчетной методики.
Моделирование и эксперимент
Иногда имитационные исследования проводятся в экспериментальных условиях. Связь между моделированием и экспериментом уходит своими корнями очень далеко. Однако на смену не всегда безопасным экспериментам пришло моделирование, которое будет успешным в том случае, если при имитации сложного явления в наличии имеется огромное количество информации об этом явлении. Такие переменные, как температура, давление, влажность, скорость ветра, оцениваются тысячами точек на суперкомпьютере, таким образом можно показать имитацию развития шторма. Эта дисциплина набирает все большую популярность как в общественной жизни, так и в промышленности, так как может помочь в проектировании, создании и оценке сложных систем. Дизайнеры, программисты, аналитики, инженеры так или иначе используют элементы компьютерного имитационного моделирования. Преимуществами моделирования являются получение более глубокое понимания процесса, выявление проблемных зон, оценка эффективности системы или процессов.
Компьютерное моделирование - это дисциплина конструирования модели реальной или теоретической физической системы, которая воплощает в себе принцип «обучение через действие». Использование моделирования является деятельностью, которая является столь же естественной, как ребенок, который играет с игрушками. Дети учатся понимать окружающий мир путем имитации. Чтобы лучше понять реальность и все ее сложности, мы должны создавать искусственные объекты и динамично отыгрывать с ними роли.