Какую роль сыграли компьютеры в развитии процессов моделирования?

4 ответов на вопрос “Какую роль сыграли компьютеры в развитии процессов моделирования?”

  1. AUMUNABUS Ответить

    Основные функции компьютера при моделировании:
    выполнять роль вспомогательного средства для решения задач, решаемых обычными вычислительными средствами, алгоритмами, технологиями;
    выполнять роль средства постановки и решения новых задач, не решаемых традиционными средствами, алгоритмами, технологиями;
    выполнять роль средства конструирования компьютерных обучающе – моделирующих сред;
    выполнять роль средства моделирования для получения новых знаний;
    выполнять роль “обучения” новых моделей (самообучающиеся модели).
    Разновидностью компьютерного моделирования является вычислительный эксперимент.
    Компьютерная модель – это модель реального процесса или явления, реализованная компьютерными средствами. Если состояние системы меняется со временем, то модели называют динамическими, в противном случае – статическими.
    Процессы в системе могут протекать по-разному в зависимости от условий, в которых находится система. Следить за поведением реальной системы при различных условиях бывает трудно, а иногда и невозможно. В таких случаях, построив модель, можно многократно возвращаться к начальному состоянию и наблюдать за ее поведением. Этот метод исследования систем называется имитационным моделированием.
    Примером имитационного моделирование может служить вычисление числа = 3,1415922653… методом Монте-Карло. Этот метод позволяет определять площади и объемы фигур (тел), которые сложно вычислить другими методами. Предположим, что требуется определить площадь круга. Опишем вокруг него квадрат (площадь которого, как известно, равна квадрату его стороны) и будем случайным образом бросать в квадрат точки, проверяя каждый раз, попала ли точка в круг или нет. При большом числе точек отношение площади круга к площади квадрата будет стремиться к отношению числа точек, попавших в круг, к общему числу брошенных точек.
    Теоретическая основа этого метода была известна давно, однако до появления компьютеров этот метод не мог найти сколько-нибудь широкого применения, ибо моделировать случайные величины вручную – очень трудоемкая работа. Название метода происходит от города Монте-Карло в княжестве Монако, знаменитого своими игорными домами, ибо одним из механических приборов для получения случайных величин является рулетка.
    Следует заметить, что данный метод вычисления площади круга будет давать корректный результат только если точки будут не просто случайно, но еще и равномерно разбросанными по всему квадрату. Для моделирования равномерно распределенных в интервале от 0 до 1 случайных чисел используется датчик случайных чисел – специальная компьютерная программа. На самом деле эти числа определяются по некоторому алгоритму и уже в силу этого они не являются вполне случайными. Получаемые таком способом числа часто называют псевдослучайными. Вопрос о качестве датчиков случайных чисел весьма непрост, однако для решения не слишком сложных задач обычно достаточно возможностей датчиков, встроенных в большинство систем программирования и электронных таблиц.
    Заметим, что располагая датчиком равномерно распределенных случайных чисел, генерирующим числа r из интервала [0; 1), легко получить равномерно распределенные случайные числа на произвольном интервале [a; b) по формуле
    x=a+(b-a)*r.
    Компьютерное моделирование, вычислительный эксперимент становится новым инструментом, методом научного познания, новой технологией также из-за возрастающей необходимости перехода от исследования линейных математических моделей систем .
    Предметом компьютерного моделирования могут быть: экономическая деятельность фирмы или банка, промышленное предприятие, информационно-вычислительная сеть, технологический процесс, любой реальный объект или процесс, например процесс инфляции, и вообще – любая Сложная Система. Цели компьютерного моделирования могут быть различными, однако наиболее часто моделирование является, как уже отмечалось ранее, центральной процедурой системного анализа, причем под системным анализом мы далее понимаем совокупность методологических средств, используемых для подготовки и принятия решений экономического, организационного, социального или технического характера.
    Компьютерная модель сложной системы должна по возможности отображать все основные факторы и взаимосвязи, характеризующие реальные ситуации, критерии и ограничения. Модель должна быть достаточно универсальной, чтобы по возможности описывать близкие по назначению объекты, и в то же время достаточно простой, чтобы позволить выполнить необходимые исследования с разумными затратами.
    Все это говорит о том, что моделирование, рассматриваемое в целом, представляет собой скорее искусство, чем сформировавшуюся науку с самостоятельным набором средств отображения явлений и процессов реального мира.

  2. Охранник Ответить

    Принято различать два вида моделирования с использованием средств вычислительной техники:
    1) математическое (логико-математическое), при котором моделирование, включая построение модели, осуществляется средствами математики и логики, а также вычислительной техники;
    2) имитационное (программное), при котором логико-математическая модель исследуемого объекта представляет собой алгоритм функционирования объекта, реализованный в виде программного комплекса для компьютера.
    Перечисленные виды моделирования не являются взаимоисключающими и могут применяться при исследовании сложных объектов либо одновременно, либо в некоторой комбинации. Кроме того, в некотором смысле концептуальное и, скажем, структурно-функциональное моделирование неразличимы между собой, так как те же блок-схемы являются специальными знаками с установленными операциями над ними.

    Компьютерное моделирование

    Традиционно под моделированием на ЭВМ понималось лишь имитационное моделирование. Можно, однако, увидеть, что и при других видах моделирования компьютер может быть весьма полезен, за исключением разве физического моделирования, где компьютер вообще-то тоже может использоваться, но, скорее, для целей управления процессом моделирования. Например, при математическом моделировании выполнение одного из основных этапов – построение математических моделей по экспериментальным данным – в настоящее время просто немыслимо без компьютера. В последние годы благодаря развитию графического интерфейса и графических пакетов широкое применение получило компьютерное, структурно-функциональное моделирование, положено начало использованию компьютера даже при концептуальном моделировании, где он используется, например, при построении систем искусственного интеллекта.
    Таким образом, видно, что понятие “компьютерное моделирование” значительно шире традиционного понятия “моделирование на ЭВМ” и нуждается в уточнении, учитывающем сегодняшние реалии.
    В настоящее время под компьютерной моделью чаще всего понимают:
    ¦ условный образ объекта или некоторой системы объектов (или процессов), описанный с помощью взаимосвязанных компьютерных таблиц, блок-схем, диаграмм, графиков, рисунков, анимационных фрагментов, гипертекстов и отображающий структуру и взаимосвязи между элементами объекта. Компьютерные модели такого вида будем называть структурно-функциональными;
    ¦ отдельную программу, совокупность программ, программный комплекс, позволяющие с помощью последовательности вычислений и графического отображения их результатов воспроизводить (имитировать) процессы функционирования объекта, системы объектов при условии воздействия на объект различных, как правило случайных, факторов. Такие модели будем далее называть имитационными.
    Компьютерное моделирование – это метод решения задачи анализа или синтеза сложной системы на основе использования ее компьютерной модели. При компьютерном моделировании главную роль играют компьютер и технология (точнее, инструментальные системы для компьютера, компьютерные технологии). Например, при имитационном моделировании (при отсутствии строгого и формально записанного алгоритма) главную роль играют технология и средства моделирования, реализующие те же события и их последовательности, которые характерны и для объекта, причем в условиях прогонки изменений контролируемых и неконтролируемых воздействий.
    Суть компьютерного моделирования заключена в получении количественных и качественных результатов по имеющейся модели. Качественные выводы, получаемые по результатам анализа, позволяют обнаружить неизвестные ранее свойства сложной системы: ее структуру, динамику развития, устойчивость, целостность и др. Количественные выводы в основном носят характер прогноза некоторых будущих или объяснения прошлых значений переменных, характеризирующих систему. Компьютерное моделирование для рождения новой информации использует любую информацию, которую можно актуализировать с помощью ЭВМ.
    При моделировании компьютер играет роль:
    ¦ вспомогательного средства для решения задач, решаемых обычными вычислительными средствами, алгоритмами, технологиями;
    ¦ средства постановки и решения новых задач, не решаемых традиционными средствами, алгоритмами, технологиями;
    ¦ средства конструирования компьютерных обучающе-моде- лирующих сред;
    ¦ средства моделирования для получения новых знаний;
    ¦ “обучения” новых моделей (самообучающиеся модели).
    Разновидностью компьютерного моделирования является вычислительный эксперимент.
    Компьютерное моделирование, вычислительный эксперимент становятся новым инструментом, методом научного познания, новой технологией также из-за возрастающей необходимости исследования не только линейных математических моделей систем.
    Предметом компьютерного моделирования могут быть: экономическая деятельность фирмы или банка, промышленное предприятие, информационно-вычислительная сеть, технологический процесс, любой реальный объект или процесс, например процесс инфляции, и вообще любая сложная система [14, 16]. Цели компьютерного моделирования могут быть различными, однако наиболее часто моделирование является, как уже отмечалось ранее, центральной процедурой системного анализа, причем под системным анализом далее будем понимать совокупность методологических средств, используемых для подготовки и принятия решений экономического, организационного, социального или технического характера.
    Компьютерная модель сложной системы должна по возможности отображать все основные факторы и взаимосвязи, характеризующие реальные ситуации, критерии и ограничения. Модель должна быть достаточно универсальной, чтобы по возможности описывать близкие по назначению объекты, и в то же время достаточно простой, чтобы позволить выполнить необходимые исследования с разумными затратами.
    Все это говорит о том, что моделирование, рассматриваемое в целом, представляет собой не только сформировавшуюся науку с самостоятельным набором средств отображения явлений и процессов реального мира, но и в некоторой степени искусство.

  3. N.V.E.N Ответить

    В данной статье вы сможете ознакомиться с кратко изложенной историей компьютерного моделирования от истоков ее развития до современности.

    Введение компьютерного моделирования

    Родителем данной методологии является математическое моделирование. Они прочно связаны между собой, а существование компьютерного моделирования не может невозможно без математического. Появление точных наук дало начало активному использованию математического моделирования. Вычислительные методы, названые в честь столь известных ученых, как Эйлер и Ньютон, активно используются и в наше время.
    В середине прошлого века ведущие страны мира, участвовавшие в научной борьбе, требовали технологически новую методологию. Такие проекты, как ракетно-ядерный щит, взрывы ядерных боеголовок, запуск космических ракет и спутников, не могли обрабатываться старыми методами. Решением стало изобретение электронных вычислительных машин. Они не только уменьшили время на выполнение большого количества рутинной работы, но и дали толчок для основания новой методологии – компьютерного моделирования.

    Развитие компьютерного моделирования

    Первые применения данного моделирования осуществлялись в области физики. Оно помогало решать задачи гидравлики, фильтрации, теплопереноса и теплообмена, механики твердого тела и т.д. Фактически на первых этапах своего развития моделирование работало только с нелинейными задачами математической физики. Это делало его в большей степени математическим. Полученное доверие после успешных работ в области физики позволило компьютерному моделированию распространиться и на другие науки: химия, биология, электроэнергетика и т.д. А границы изучений этой методологии ограничивались исключительно возможностями ЭВМ. Уже в 70-ых годах прошлого столетия каждый успешный в области экологии или экономики проект разрабатывался с помощью моделирования.

    Компьютерное моделирование в современном мире

    В наше время моделирование активно проникает во все структуры информационного общества. Развитие данной технологии позволяет проектировать и изучать по-настоящему сложные процессы. Примером таких будет моделирование систем различной физической природы, включающих большое количество различных изменяющихся во времени параметров, структурных элементов и связей между ними.
    Моделирование в медицине также довольно распространено. Мы имеем возможность изучать влияние тысяч молекул возможного препарата на белки, чтобы найти потенциально необходимое лекарство.
    Каждое средство передвижения, архитектурное строение, производственный аппарат и т.д. не разрабатываются без помощи компьютерного моделирования.
    Виртуальная реальность – плод данной технологии. Революционно новое направление с каждым днем набирает популярность. Она позволяет человеку попасть в виртуальный мир и управлять происходящим с помощью специальных сенсорных средств. При этом все природные нам ощущения, такие как слуховые или зрительные, заменяются их имитацией.

    Заключение

    Компьютерное моделирование – инструмент, без которого не обходится ни одна область человеческой деятельности. За 50 лет методология сделала огромный скачок в технологическом развитии. Став более доступной и простой, она дает возможность людям концентрироваться на моделировании и экспериментах. И это только начало: с каждым днем моделирование открывает себя в совершенно новых отраслях нашей жизни. В данной статье описаны лишь некоторые примеры из всего разнообразия применения компьютерного моделирования, ярко подчёркивающие значимость и возможности этой технологии.

  4. милашка с карими гласками Ответить

    С развитием вычислительной техники все важнее становится роль компьютерного моделирования в решении прикладных и научных задач. Для проведения компьютерных экспериментов создается подходящая математическая модель и подбираются соответствующие средства разработки программного обеспечения. Выбор языка программирования оказывает огромное влияние на осуществление полученной модели.
    Традиционно под моделированием на ЭВМ понималось лишь имитационное моделирование. Можно, однако, увидеть, что и при других видах моделирования компьютер может быть крайне полезен, за исключением разве физического моделирования, где компьютер вообще-то тоже может использоваться, но, скорее, для целей управления процессом моделирования. Например, при математическом моделировании выполнение одного из основных этапов – построение математических моделей по экспериментальным данным – в настоящее время просто немыслимо без компьютера. В последние годы, благодаря развитию графического интерфейса и графических пакетов, широкое развитие приобрело компьютерное, структурно-функциональное моделирование. Положено начало использованию компьютера даже при концептуальном моделировании, где он используется, например, при построении систем искусственного интеллекта.
    Таким образом, мы видим, что понятие «компьютерное моделирование» значительно шире традиционного понятия «моделирование на ЭВМ» и нуждается в уточнении, учитывающем сегодняшние реалии.
    Начнем с термина «компьютерная модель».
    В настоящее время под компьютерной моделью чаще всего понимают [6]:
    § условный образ объекта или некоторой системы объектов (или процессов), описанный с помощью взаимосвязанных компьютерных таблиц, блок-схем, диаграмм, графиков, рисунков, анимационных фрагментов, гипертекстов и т.д. и отображающий структуру и взаимосвязи между элементами объекта. Компьютерные модели такого вида мы будем называть структурно-функциональными;
    § отдельную программу, совокупность программ, программный комплекс, позволяющий с помощью последовательности вычислений и графического отображения их результатов, воспроизводить (имитировать) процессы функционирования объекта, системы объектов при условии воздействия на объект различных, как правило, случайных, факторов. Такие модели мы будем далее называть имитационными моделями.
    Компьютерное моделирование – метод решения задачи анализа или синтеза сложной системы на основе применения ее компьютерной модели.
    Суть компьютерного моделирования заключена в приобретении количественных и качественных результатов по имеющейся модели. Качественные выводы, приобретаемые по результатам анализа, позволяют обнаружить неизвестные ранее свойства сложной системы: ее структуру, динамику развития, устойчивость, целостность и др. Количественные выводы в основном носят характер прогноза некоторых будущих или объяснения прошлых значений переменных, характеризирующих систему. Компьютерное моделирование для рождения новой информации использует любую информацию, которую можно актуализировать с помощью ЭВМ.
    Основные функции компьютера при моделировании:
    § выполнять роль вспомогательного средства для решения задач, решаемых обычными вычислительными средствами, алгоритмами, технологиями;
    § выполнять роль средства постановки и решения новых задач, не решаемых традиционными средствами, алгоритмами, технологиями;
    § выполнять роль средства конструирования компьютерных обучающе-моделирующих сред;
    § выполнять роль средства моделирования для получения новых знаний;
    § выполнять роль «обучения» новых моделей (самообучающиеся модели).
    Одним из видов компьютерного моделирования является вычислительный эксперимент.
    Компьютерная модель – это модель реального процесса или явления, реализованная компьютерными средствами. Если состояние системы меняется со временем, то модели называют динамическими, в противном случае – статическими [12].
    Процессы в системе могут протекать по-разному в зависимости от условий, в которых находится система. Наблюдать за поведением реальной системы при различных условиях бывает трудно, а иногда и невозможно. В таких случаях, построив модель, можно многократно возвращаться к начальному состоянию и наблюдать за ее поведением. Этот метод исследования систем называется имитационным моделированием.
    Примером имитационного моделирование может являться вычисление числа =3,1415922653… методом Монте-Карло. Этот метод позволяет находить площади и объемы фигур (тел), которые сложно вычислить другими методами. Предположим, что требуется определить площадь круга. Опишем вокруг него квадрат (площадь которого, как известно, равна квадрату его стороны) и будем случайным образом бросать в квадрат точки, проверяя каждый раз, попала ли точка в круг или нет. При большом числе точек отношение площади круга к площади квадрата будет стремиться к отношению числа точек, попавших в круг, к общему числу брошенных точек.
    Теоретическая основа этого метода была известна давно, однако до появления компьютеров этот метод не мог найти сколько-нибудь широкого применения, ибо моделировать случайные величины вручную – очень трудоемкая работа. Название метода происходит от города Монте-Карло в княжестве Монако, знаменитого своими игорными домами, ибо одним из механических приборов для получения случайных величин является рулетка.
    Следует заметить, что данный метод вычисления площади круга будет давать корректный результат, только если точки будут не просто случайно, но еще и равномерно разбросанными по всему квадрату. Для моделирования равномерно распределенных в интервале от 0 до 1 случайных чисел используется датчик случайных чисел – специальная компьютерная программа. На самом деле эти числа определяются по некоторому алгоритму и уже в силу этого они не являются вполне случайными. Получаемые таким способом числа часто называют псевдослучайными. Вопрос о качестве датчиков случайных чисел весьма непрост, однако для решения не слишком сложных задач обычно достаточно возможностей датчиков, встроенных в большинство систем программирования и электронных таблиц.
    Заметим, что располагая датчиком равномерно распределенных случайных чисел, генерирующим числа r из интервала [0; 1), легко получить равномерно распределенные случайные числа на произвольном интервале [a; b) по формуле: компьютерный моделирование программирование физика
    x=a+(b-a)*r.
    Компьютерное моделирование, вычислительный эксперимент становится новым инструментом, методом научного познания, новой технологией также из-за возрастающей необходимости перехода от исследования линейных математических моделей систем.
    Предметом компьютерного моделирования могут быть: экономическая деятельность фирмы или банка, промышленное предприятие, информационно-вычислительная сеть, технологический процесс, любой реальный объект или процесс, например процесс инфляции, и вообще – любая сложная система. Цели компьютерного моделирования могут быть различными, однако наиболее часто моделирование является, как уже отмечалось ранее, центральной процедурой системного анализа, причем под системным анализом мы далее понимаем совокупность методологических средств, используемых для подготовки и принятия решений экономического, организационного, социального или технического характера.
    Компьютерная модель сложной системы должна по возможности отображать все основные факторы и взаимосвязи, характеризующие реальные ситуации, критерии и ограничения. Модель должна быть достаточно универсальной, чтобы по возможности описывать близкие по назначению объекты, и в то же время достаточно простой, чтобы позволить выполнить необходимые исследования с разумными затратами.
    Все это говорит о том, что моделирование, рассматриваемое в целом, представляет собой скорее искусство, чем сформировавшуюся науку с самостоятельным набором средств отображения явлений и процессов реального мира.

Добавить ответ

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *