Bilgisayar simülasyonu tanımı. Daha iyi olan bilgisayar simülasyonu veya fizik testi

Bilgisayar modeli doğaldır. Bilgisayar modellemesi her yerde kullanılır, gerçek sistemlerin, makinelerin, mekanizmaların, malların, ürünlerin tasarımını ve üretimini ekonomik, pratik ve verimli hale getirir. Sonuç her zaman önceden modellenmiştir.

İnsan her zaman modeller inşa etti, ancak bilgisayar teknolojisinin ortaya çıkmasıyla birlikte matematiksel, hesaplamalı ve yazılım yöntemleri fikirleri ve modelleme teknolojilerini olağanüstü boyutlara yükseltti, uygulamalarını geniş bir yelpazede yaptı: ilkel teknik düzeyden yüksek sanat düzeyine ve yaratıcılık.

Bir bilgisayar modeli yalnızca daha mükemmel bir uzay aracı veya kamu bilincini anlamak için kavramsal bir sistem değil, aynı zamanda gezegendeki iklim değişikliğini değerlendirmek veya birkaç yüz yıl içinde bir kuyruklu yıldız çarpmasının sonuçlarını belirlemek için gerçek bir fırsattır.

Teknik modelleme

Bugün, birkaç uzman bilmiyor ve bu program için rekabet zaten bir düzine daha mükemmel çözüm.

Modern bir uçağı veya bisikleti modellemek, nihayetinde sadece çizimlerin üretimini ve belgelerin hazırlanmasını otomatikleştirmekten fazlasını gerektirir. Modelleme programı teknik kısmı yapmakla yükümlüdür: çizimlerin ve belgelerin hazırlanması temeldir.

Program ayrıca gerçek bir ürünü üç boyutlu uzayda gerçek zamanlı olarak göstermekle yükümlüdür: uçuşta, hareket halinde, kullanımda, olası kazalar dahil, enerji taşıyıcısının değiştirilmesi, insan veya doğanın olumsuz etkisi, korozyon, iklimin etkisi veya diğer koşullar.

Sistem modelleme

Bir makinenin, bir ürünün, bir konveyörün modeli bir sistemdir, ancak zaten bir kez yapılmış net bir yapı ve içerik sistemidir. Her birinin bilgisayar modellerini kullanma deneyimi, bilgisi ve örnekleri vardır.

Teknik gerçeklik, toplumdaki ilişkiler sistemi, bir reklam kampanyası sistemi, insan ruhunun bir modeli veya dolaşım sistemi ile aynı sistemdir.

Örneğin, bugün hastalığın güvenilir bir teşhisi şu şekilde elde edilebilir:

• doktorun yetkili eylemlerinin sonucu;
• hastanın durumunun bir modelini oluşturan bir bilgisayar programının çıktısı.

Bu iki seçenek giderek aynı sonuca yol açıyor.

Bir kişi bir sistemler dünyasında yaşar ve bu sistemler, ilk verileri gerektiren kararlar almayı gerektirir: çevreleyen gerçekliğin anlaşılması ve algılanması. Modelleme olmadan sistemlerin doğasını anlamak ve karar vermek imkansızdır.

Yalnızca bir bilgisayar matematiksel modeli, orijinal sistemin nesnelliğini ve anlama düzeyini değerlendirmeyi mümkün kılar ve oluşturulan sanal görüntüyü kademeli olarak orijinale yaklaştırır.

Modellemede soyutlama

Bilgisayar modelleri ve modelleme, son derece umut verici ve dinamik olarak gelişen bir teknoloji alanıdır. Burada, yüksek teknoloji çözümleri yaygın (sıradan, günlük) bir olaydır ve modellerin ve modellemenin olanakları her türlü karmaşık hayal gücünü hayrete düşürür.

Ancak, bir kişi henüz soyut sistemik modellemeye ulaşmadı. Bilgisayar modellerini kullanma örnekleri, gerçek sistemlerin gerçek örnekleridir. Her modelleme yönü için, her model tipi, her tip ürün, konveyör vb. için ayrı bir program veya program menüsünde nispeten geniş bir sistem yelpazesinde modelleme sağlayan ayrı bir öğe vardır.

Yazılımın kendisi bir modeldir. Bir programcının çalışmasının sonucu her zaman bir modeldir. Kötü bir program veya iyi bir program, ancak her zaman ilk verileri alan ve sonucu oluşturan belirli bir sorunu çözmek için bir modeldir.

Klasik programlama - klasik modeller, soyutlama yok: tamamlandıktan sonra dinamik seçenekleri olmayan kesin bir problem. Gerçek bir makine, gerçek bir ürün, katı niceliksel ve niteliksel özelliklere sahip herhangi bir ürün gibidir: bitmiş - mevcut olanın sınırları içinde kullanın, ancak yapılmış olanın dışında hiçbir şey.

Nesne yönelimli programlama, yapı ve özelliklerin soyutlanması ve dinamiği iddiasına sahip, yani amacını uygulama ortamı veya çözülmekte olan problem tarafından belirleyen dinamik bir model oluşturmaya odaklanan bir sistem modelidir.

Burada model, yaratıcısı (yazar) olmadan tek başına uygulama alanına girdikten sonra "yaşayabilir" ve kullanıcılarla bağımsız olarak "işbirliği" yapacaktır.

Modelleme: sürecin özü

Bugün bir bilgisayar modeli kavramı, çeşitli görüş seçenekleriyle temsil edilmektedir, ancak hepsi programın çalıştığı konusunda hemfikirdir ve bağlamda: model, belirli bir modelleme ortamında çalışan bir uzmanın eylemlerinin sonucuna eşittir. belirli bir program.

Üç tür model vardır: bilişsel, pragmatik ve araçsal.

İlk durumda, modelleme yönü, en çok, bilginin somutlaşması, teorinin bilişi ve küresel bir süreç biçiminde bir model elde etme arzusu olarak ifade edilir. Pragmatik model - pratik eylemler, işçi, üretim yönetim sistemi, ürün, takım tezgahı hakkında fikir verir. Üçüncü seçenek, genel olarak tüm modelleri oluşturmak, analiz etmek ve test etmek için bir ortam olarak anlaşılmaktadır.

Genellikle bilgisayar modellemesi, incelenen sistemin yerini alan, ancak temel yönlerini, niteliksel ve niceliksel özelliklerini yeterince yansıtan bir malzeme veya ideal (sanal) nesnenin inşası ve incelenmesinde bir uzmanın faaliyetidir.

Simüle edilmiş sistemlerin tür çeşitliliği

Yüksek teknolojilerin, bilimin, mühendisliğin ve programlamanın tüm cephelerinde olduğu gibi modelleme alanında da, modellenen sistemlerin tür çeşitliliğinin sınıflandırılması ve tanımlanması konusunda birçok görüş vardır.

Ancak uzmanlar ve uzmanlar her zaman bir konuda hemfikirdir: bilgisayar modellerinin türleri nesnel noktalarla belirlenebilir:

• zaman;
• sunum şekli;
• modellenen tarafın doğası;
• belirsizlik seviyesi;
• uygulama seçeneği.

Zaman anı statik ve dinamik modellerdir. İlkleri istediğiniz kadar geliştirebilirsiniz, ancak dinamik modeller gelişir ve her an farklılık gösterir. Sunum genellikle ayrık veya sürekli olarak anlaşılır. Modellenen tarafın doğası bilgilendirici, yapısal veya işlevseldir (sibernetik).

Belirsizlik parametrelerinin modellenen sisteme dahil edilmesi birçok durumda sadece haklı değil, aynı zamanda ilgili bilgi alanlarındaki bilimsel ilerlemelerin bir sonucudur. Örneğin, belirli bir coğrafi bölgede bir iklim modeli oluşturmak, birçok stokastik faktör olmadan gerçekçi olmayacaktır.

Modern modelleme araçları

Bugün modelleme, genel olarak yüzyıllarca modelleme ve özellikle matematiksel modelleme için algoritmalar ve programlar şeklinde sunulan bilgisayar endüstrisinin onlarca yıllık gelişiminin büyük bir deneyimidir.

Popüler yazılım araçları, yaygın olarak bilinen küçük bir ürün ailesiyle temsil edilir: AutoCAD, 3D Max, Wings 3D, Blender 3D, SketchUp. Bu ürünlere dayalı birçok özel uygulama bulunmaktadır.

Bilinenlere ek olarak, önemli bir özel, örneğin coğrafi, kartografik, jeodezik pazar; önemli sayıda az bilinen yazılım ürünüyle temsil edilen film ve video endüstrisi pazarı. GeoSoft, TEPLOV, Houdini, vb. aileleri, uzmanlık alanlarında, kalite, kullanışlılık ve verimlilik açısından kimseden daha düşük değildir.

En iyi yazılım aracını seçerken, en iyi çözüm, önerilen modelleme alanını, gelecekteki modelin varlığı için ortamı değerlendirmektir. Bu, gerekli araçları belirlemenizi sağlayacaktır.

Küçük ve yaratıcı modeller

Ve modern bir hava otobüsü, spor araba veya uzay aracının tasarımında "çok az yaratıcılık kalmasına" rağmen, aslında iş süreçlerinin programlanması ve organizasyonu en yakın ilgi konusu ve en pahalı ve karmaşık modelleme hedefi haline geldi. süreçler.

Modern iş sadece yüzlerce çalışan, ekipman parçası değil, aynı zamanda şirket içi ve dışı binlerce endüstriyel ve sosyal bağdır. Bu tamamen yeni ve keşfedilmemiş bir alandır: bulut teknolojileri, ayrıcalıklı erişim organizasyonu, kötü niyetli saldırılara karşı koruma, çalışanların suistimali.

Modern programlama çok karmaşık hale geldi ve kendine ait bir yaşamı olan özel bir türe dönüştü. Bir geliştirme ekibi tarafından oluşturulan bir yazılım ürününün başka bir geliştirme şirketi için simüle edilmesi ve incelenmesi amaçlanmıştır.

yetkili örnek

Bir Windows sistemini veya Linux ailesini modelleme konusu olarak düşünebilir ve birini yeterli modeller oluşturmaya zorlayabilirsiniz. Buradaki pratik alaka o kadar düşüktür ki, bu sistemlerin eksikliklerini basitçe çalıştırmak ve görmezden gelmek daha ucuzdur. Geliştiricileri, ihtiyaç duyduğu geliştirme yolu hakkında kendi fikrine sahiptir ve bundan vazgeçmeyecektir.

Veritabanları ve gelişimlerinin dinamikleri hakkında tam tersi söylenebilir. Oracle büyük bir şirkettir. Birçok fikir, binlerce geliştirici, yüz binlerce mükemmel çözüm.

Ancak Oracle öncelikle modelleme için bir temel ve güçlü bir nedendir ve bu sürece yapılan yatırımın muazzam bir yatırım getirisi olacak gibi görünüyor.

Oracle en başından beri liderliği ele aldı ve veritabanları oluşturma, bilgiye karşı sorumlu tutum sağlama, koruma, taşıma, depolama vb. alanında hiç kimseden aşağı değildi. Bilgi görevlerine hizmet etmek için gereken tek şey Oracle'dır.

Oracle'ın dezavantajı

Acil bir sorunu çözmek için en iyi geliştiricilerin yatırımları ve emeği nesnel bir zorunluluktur. Onlarca yıllık liderliği boyunca Oracle, yüzlerce fiili görevi ve binlerce uygulamayı ve güncellemeyi tamamladı.

Bilgisayar uygulamaları bağlamında bilginin kapsamı 1980'lerden bu yana değişmemiştir. Kavramsal olarak, bilgisayar çağının başlangıcı ve günümüzün veritabanları, güvenlik düzeyi ve uygulanan işlevsellik farkıyla ikiz kardeşlerdir.

Oracle, modern "güvenlik ve uygulanan işlevsellik" seviyesine ulaşmak için özellikle:

• büyük heterojen bilgi akışlarının uyumluluğu;
• veri taşıma ve dönüştürme;
• uygulamaların doğrulanması ve test edilmesi;
• evrensel erişimin genelleştirilmiş ilişkisel işlevselliği;
• verilerin / uzmanların göçü;
• kurumsal veri tabanlarının temellerinin dağıtılmış bir İnternet ortamına dönüştürülmesi;
• maksimum entegrasyon, toplayıcılar, sistemleştirme;
• fizibilite spektrumunun belirlenmesi, çift süreçlerin ortadan kaldırılması.

Bu, Oracle'ın işletim yazılımı ürünlerinin çok ciltli açıklamalarını oluşturan konuların yalnızca küçük bir kısmıdır. Aslında, üretilen çözümlerin yelpazesi çok daha geniş ve daha güçlüdür. Hepsi Oracle desteği ve binlerce yetenekli profesyonel tarafından desteklenmektedir.

gelir modeli

1980'lerde Oracle, gerçek, eksiksiz çözümler biçiminde somut kapasite oluşturmak yerine modellemeden geçmiş olsaydı, durum önemli ölçüde farklı bir şekilde gelişecekti. Genel olarak, bir kişi veya kuruluş, bir bilgisayar bilgi sisteminden çok fazla şeye ihtiyaç duymaz. Burada, bir bilgisayar modelinin incelenmesi ilgi çekici değildir.

Her zaman ortaya çıkan soruna sadece bir çözüm bulmanız gerekir. Bu çözümün nasıl elde edileceği tüketicinin umurunda değil. Veri geçişinin ne olduğunu veya herhangi bir veri üzerinde çalışması için uygulama kodunun nasıl test edileceğini bilmekle hiç ilgilenmiyor ve öngörülemeyen bir durumda sakince rapor edebilir ve mavi ekran yapmaz veya askıda kalmaz sessizce.

Bir sonraki ihtiyacı programlı olarak modelleyerek ve kodun bir sonraki bölümünü oluşturmak için aklını ve bilgisini uygulayacak başka bir uzmana yatırım yaparak değil, daha fazlasını başarabilirsiniz.

Herhangi biri, en iyi uzman, her şeyden önce, statik bir koddur, yazara bir anıt biçiminde en iyi bilginin sabitlenmesidir. Bu sadece kod. En iyinin çalışmasının sonucu gelişmez, ancak gelişimi için yeni geliştiriciler, yeni yazarlar gerektirir.

Gelir modelini gerçekleştirme olasılığı

Geliştiriciler ve genel olarak BT endüstrisi, geçmiş yılların ilgi dalgalarına eşlik eden coşkuyla dinamikleri, bilgiyi ve yapay zekayı tedavi etmeyi çoktan bıraktı.

Tamamen resmi olarak, birçoğu ürünlerini veya çalışma alanlarını yapay zeka konusuyla ilişkilendirir, ancak aslında kesin olarak tanımlanmış algoritmaların, bulut çözümlerinin uygulanmasıyla uğraşırlar, güvenliğe ve her türlü tehdide karşı korumaya önem verirler.

Bu arada, bilgisayar modeli dinamiktir. Bilgisayar simülasyonu sonuçlarıdır. Bu nesnel durum henüz iptal edilmedi. İptal etmek tamamen imkansız. Oracle örneği, otomatik olarak değil, binlerce uzmanın emeğiyle gerçekten çalışan modeller inşa etmeniz gerektiğinde, zorunlu modellemeye girmenin ne kadar zahmetli, pahalı ve etkisiz olduğunu, diğerlerinin en iyi ve en açıklayıcı örneğidir. tasarlanan bilgi sisteminin kendisi - gerçek uygulamada dinamikteki model!

Modelleme kelimesini tanımlayarak başlayalım.

Modelleme, bir model oluşturma ve kullanma sürecidir. Bir model, çalışma sürecinde, bu çalışma için önemli olan özelliklerini koruyarak orijinal nesnenin yerini alan böyle bir materyal veya soyut nesne olarak anlaşılır.

Bir biliş yöntemi olarak bilgisayar modellemesi, matematiksel modellemeye dayanmaktadır. Matematiksel model, incelenen nesnenin veya olgunun temel özelliklerini yansıtan bir matematiksel ilişkiler sistemidir (formüller, denklemler, eşitsizlikler ve işaret mantıksal ifadeleri).

Bir tür bilgisayar modelinin oluşturulmasını kaçınılmaz olarak gerektiren bilgisayar teknolojisini kullanmadan belirli hesaplamalar için matematiksel bir model kullanmak çok nadiren mümkündür.

Bilgisayar modelleme sürecini daha ayrıntılı olarak ele alalım.

2.2. Bilgisayar modellemesini anlamak

Bilgisayar simülasyonu, karmaşık sistemleri incelemek için en etkili yöntemlerden biridir. Bilgisayar modelleri, gerçek deneylerin finansal veya fiziksel engeller nedeniyle zor olduğu veya öngörülemeyen bir sonuç verebileceği durumlarda, hesaplamalı deneyler yapabilme yetenekleri nedeniyle daha kolay ve daha uygundur. Bilgisayar modellerinin tutarlılığı, incelenen orijinal nesnenin (veya bütün bir nesne sınıfının) özelliklerini belirleyen ana faktörleri belirlemeyi, özellikle de simüle edilmiş fiziksel sistemin parametrelerindeki değişikliklere tepkisini incelemeyi mümkün kılar ve başlangıç ​​koşulları.

Yeni bir bilimsel araştırma yöntemi olarak bilgisayar modellemesi aşağıdakilere dayanmaktadır:

1. Çalışılan süreçleri tanımlamak için matematiksel modellerin oluşturulması;

2. Yüksek hızda (saniyede milyonlarca işlem yapan) ve bir kişiyle diyalog kurabilen en yeni bilgisayarların kullanılması.

Ayırmak analitik ve taklit modelleme. Analitik modellemede, gerçek bir nesnenin matematiksel (soyut) modelleri cebirsel, diferansiyel ve diğer denklemler şeklinde incelenir ve kesin çözümlerine yol açan açık bir hesaplama prosedürünün uygulanmasını sağlar. Taklit modellemede, matematiksel modeller, çok sayıda temel işlemi sırayla gerçekleştirerek incelenen sistemin işleyişini yeniden üreten bir algoritma şeklinde araştırılır.

2.3. Bir bilgisayar modeli oluşturma

Bir bilgisayar modelinin oluşturulması, fenomenlerin veya çalışılan orijinal nesnenin belirli doğasından soyutlamaya dayanır ve iki aşamadan oluşur - ilk önce niteliksel ve ardından niceliksel bir modelin oluşturulması. Bilgisayar simülasyonu ise, amacı, simülasyon sonuçlarını incelenen nesnenin gerçek davranışı ile analiz etmek, yorumlamak ve karşılaştırmak olan ve gerekirse daha da ileri gitmek olan bir bilgisayarda bir dizi hesaplama deneyi yapmaktan oluşur. modeli düzeltin, vb.

Yani, bilgisayar modellemesinin ana aşamaları şunları içerir:

1. Problem ifadesi, modelleme nesnesinin tanımı:

Bu aşamada bilgi toplanır, soru formüle edilir, hedefler belirlenir, sonuçlar sunulur, veriler tanımlanır.

2. Sistem analizi ve araştırması:

sistem analizi, nesnenin anlamlı tanımı, bir bilgi modelinin geliştirilmesi, donanım ve yazılımın analizi, veri yapılarının geliştirilmesi, matematiksel bir modelin geliştirilmesi.

3. Biçimlendirme, yani matematiksel bir modele geçiş, bir algoritmanın oluşturulması:

algoritma tasarlama yönteminin seçimi, algoritmayı kaydetme biçiminin seçimi, test yönteminin seçimi, algoritmanın tasarımı.

4. Programlama:

modelleme için bir programlama dili veya uygulama ortamı seçimi, veri düzenleme yöntemlerinin netleştirilmesi, seçilen programlama dilinde (veya uygulama ortamında) bir algoritmanın yazılması.

5. Bir dizi hesaplama deneyi yürütmek:

sentaks, semantik ve mantıksal yapı hatalarının ayıklanması, test hesaplamaları ve test sonuçlarının analizi, programın revizyonu.

6. Sonuçların analizi ve yorumlanması:

gerekirse program veya modelin revizyonu.

Modeller oluşturmanıza ve incelemenize izin veren birçok yazılım sistemi ve ortamı vardır:

Grafik ortamlar

Metin editörleri

Programlama ortamları

E-tablolar

Matematik paketleri

HTML editörleri

2.4. hesaplama deneyi

Deney, bir nesne veya modelle gerçekleştirilen bir deneyimdir. Deneysel numunenin bu eylemlere nasıl tepki vereceğini belirlemek için bazı eylemlerin gerçekleştirilmesini içerir. Bir hesaplama deneyi, resmileştirilmiş bir model kullanarak hesaplamalar yapmayı içerir.

Matematiksel olanı uygulayan bir bilgisayar modeli kullanmak, gerçek bir nesneyle deney yapmaya benzer, ancak bir nesneyle gerçek bir deney yapmak yerine, modeliyle bir hesaplama deneyi yapılır. Modelin ilk parametrelerinin belirli bir değer kümesini belirterek, bir hesaplama deneyi sonucunda, aranan parametrelerin belirli bir değerleri kümesi elde edilir, nesnelerin veya süreçlerin özellikleri araştırılır, optimalleri parametreler ve çalışma modları bulunur ve model iyileştirilir. Örneğin, belirli bir sürecin gidişatını açıklayan bir denkleme sahip olmak, katsayılarını, başlangıç ​​ve sınır koşullarını değiştirerek, nesnenin bu durumda nasıl davranacağını araştırmak mümkündür. Ayrıca, çeşitli koşullar altında bir nesnenin davranışını tahmin etmek mümkündür. Bir nesnenin davranışını yeni bir başlangıç ​​veri seti ile araştırmak için yeni bir hesaplama deneyi yapmak gerekir.

Matematiksel modelin ve gerçek bir nesnenin, sürecin veya sistemin yeterliliğini kontrol etmek için, bir bilgisayardaki araştırma sonuçları, deneysel tam ölçekli bir örnek üzerindeki bir deneyin sonuçlarıyla karşılaştırılır. Doğrulama sonuçları, matematiksel modeli düzeltmek için kullanılır veya oluşturulan matematiksel modelin verilen nesnelerin, süreçlerin veya sistemlerin tasarımına veya çalışmasına uygulanabilirliği sorusuna karar verilir.

Hesaplamalı bir deney, pahalı bir tam ölçekli deneyi bilgisayar hesaplamalarıyla değiştirmeyi mümkün kılar. Kısa sürede ve önemli malzeme maliyetleri olmadan, çeşitli çalışma modları için tasarlanmış bir nesne veya süreç için çok sayıda seçeneği incelemeye izin verir, bu da karmaşık sistemlerin geliştirme süresini ve üretime girişlerini önemli ölçüde azaltır.

2.5. Çeşitli ortamlarda simülasyon

2.5.1. Bir programlama ortamında modelleme

Bir programlama ortamında modelleme, bilgisayar modellemesinin ana aşamalarını içerir. Bir bilgi modeli ve algoritma oluşturma aşamasında, hangi niceliklerin girdi parametresi hangilerinin sonuç olduğunun belirlenmesi ve bu niceliklerin tipinin belirlenmesi gerekmektedir. Gerekirse, seçilen programlama dilinde yazılmış bir blok diyagram şeklinde bir algoritma hazırlanır. Bundan sonra, bir hesaplama deneyi gerçekleştirilir. Bunu yapmak için, programı bilgisayarın RAM'ine yüklemeniz ve yürütme için çalıştırmanız gerekir. Bir bilgisayar deneyi, mutlaka, problemi çözmenin tüm aşamalarının (matematiksel model, algoritma, program) düzeltilebileceği temelinde elde edilen sonuçların bir analizini içerir. En önemli aşamalardan biri algoritmayı ve programı test etmektir.

Bir programda hata ayıklama (İngilizce hata ayıklama terimi, 1945'te bir güve ilk Mark-1 bilgisayarlarından birinin elektrik devrelerine girip binlerce röleden birini bloke ettiğinde ortaya çıkan "hataları yakalamak" anlamına gelir) hataları bulma ve düzeltme işlemidir. programda, bir hesaplama deneyinin sonuçlarına göre üretilir. Hata ayıklama sırasında, sözdizimi hataları ve bariz kodlama hataları yerelleştirilir ve ortadan kaldırılır.

Modern yazılım sistemlerinde hata ayıklama, hata ayıklayıcı adı verilen özel yazılımlar kullanılarak yapılır.

Test, programın bir bütün olarak veya bileşen parçalarının doğru çalıştığının doğrulanmasıdır. Test süreci, bariz hatalar içermeyen programın performansını kontrol eder.

Program ne kadar dikkatli bir şekilde hata ayıklanırsa yapılsın, işe uygunluğunu belirlemedeki belirleyici aşama, programın test sistemi üzerindeki yürütme sonuçlarına göre kontrolüdür. Her durumda, seçilen test girdi verileri sistemi için doğru sonuçlar elde edilirse, bir program doğru kabul edilebilir.

2.5.2. E-tablolarda simülasyon

Elektronik tablo modelleme, farklı konu alanlarında çok geniş bir problem sınıfını kapsar. Elektronik tablolar, bir nesnenin nicel özelliklerini hesaplamak ve yeniden hesaplamak gibi zahmetli işleri hızla gerçekleştirmenize olanak tanıyan çok yönlü bir araçtır. Elektronik tabloları kullanarak modelleme yaparken, problemi çözme algoritması bir şekilde dönüştürülür ve bir hesaplama arayüzü geliştirme ihtiyacının arkasına saklanır. Hücreler arasındaki bağlantılarda, hesaplama formüllerinde veri hatalarının ortadan kaldırılması da dahil olmak üzere hata ayıklama aşaması kaydedilir. Ek görevler de ortaya çıkar: ekranda sunumun rahatlığı üzerinde çalışın ve elde edilen verileri kağıda çıkarmak gerekirse, sayfalara yerleştirmeleri üzerine çalışın.

Elektronik tablolarda modelleme süreci genel bir şemayı takip eder: hedefler tanımlanır, özellikler ve ilişkiler tanımlanır ve bir matematiksel model hazırlanır. Modelin özellikleri mutlaka amaçlanan amaçlarına göre belirlenir: ilk (modelin davranışını etkileyen), orta ve sonuç olarak elde edilmesi gerekenler. Bazen nesnenin sunumu diyagramlar, çizimler ile desteklenir.

Bilimsel bir araştırma olarak modelleme yöntemi eski zamanlarda uygulanmaya başlandı ve yavaş yavaş yeni bilimsel bilgi alanlarını ele geçirdi: teknik tasarım, inşaat ve mimari, astronomi, fizik, kimya, biyoloji ve son olarak bilgi teknolojisi. Uzun zamandır, modelleme metodolojisi ayrı bilimler tarafından bağımsız olarak geliştirilmiştir. Birleşik bir kavramlar sistemi, birleşik terminoloji yoktu. Modellemenin evrensel bir bilimsel bilgi yöntemi olarak rolünü ancak yavaş yavaş anlamaya başladı.

Terim model insan faaliyetinin çeşitli alanlarında yaygın olarak kullanılmaktadır ve birçok anlamsal anlamı vardır.

Bir model, araştırma sürecinde orijinal nesnenin yerini alan, böylece doğrudan incelenmesi orijinal nesne hakkında yeni bilgiler veren maddi veya zihinsel olarak hayal edilen bir nesnedir. Altında modelleme model oluşturma, öğrenme ve uygulama süreci anlaşılır. Soyutlama, analoji, hipotez vb. gibi kategorilerle yakından ilişkilidir. Modelleme süreci zorunlu olarak soyutlamaların inşasını ve analoji yoluyla çıkarımların yapılmasını ve bilimsel hipotezlerin inşasını içerir.

Modellemenin temel özelliği, ikame nesneleri kullanarak dolaylı bir biliş yöntemi olmasıdır. Model, araştırmacının kendisiyle nesne arasına koyduğu ve onun yardımıyla ilgilenilen nesneyi incelediği bir tür bilişsel araç görevi görür. Soyutlamaları, analojileri, hipotezleri, diğer kategorileri ve biliş yöntemlerini kullanmanın belirli biçimlerini belirleyen modelleme yönteminin bu özelliğidir.

Modelleme yöntemini kullanma ihtiyacı, birçok nesnenin (veya bu nesnelerle ilgili problemlerin) doğrudan araştırılması veya tamamen imkansız olması veya bu araştırmanın çok zaman ve para gerektirmesi ile belirlenir.

Modelleme süreci üç unsur içerir:

1) konu (araştırmacı),

2) araştırma nesnesi,

3) Bilen özne ile bilinen nesne arasındaki ilişkiye aracılık eden bir model.

Bir A nesnesi olsun ya da yaratılması gerekli olsun. Gerçek dünyada başka bir B nesnesi - bir A nesnesi modeli inşa ediyoruz (maddi veya zihinsel olarak) veya buluyoruz. Bir model oluşturma aşaması, nesne hakkında bazı bilgilerin varlığını varsayar. orijinal nesne. Modelin bilişsel yetenekleri, modelin orijinal nesnenin herhangi bir temel özelliğini yansıtması gerçeğiyle belirlenir. Orijinal ve model arasındaki gereklilik ve yeterli derecede benzerlik sorunu, özel bir analiz gerektirir. Açıkçası, model hem orijinalle özdeşlik durumunda hem de tüm temel açılardan orijinalden aşırı bir farklılık durumunda anlamını kaybeder.

Böylece, modellenen nesnenin bazı taraflarının incelenmesi, diğer tarafları yansıtmayı reddetme pahasına gerçekleştirilir. Bu nedenle, herhangi bir model orijinalin yerini ancak kesinlikle sınırlı bir anlamda alır. Bundan, bir nesne için, incelenen nesnenin belirli yönlerine odaklanan veya nesneyi değişen derecelerde ayrıntıyla karakterize eden birkaç "uzmanlaşmış" model oluşturulabilir.

Pirinç. 1 - Bilgisayar modellemenin aşamaları

Bilgisayar modellemenin aşamaları bir diyagram şeklinde gösterilebilir (Şekil 1).

Modelleme, çalışmanın nesnesiyle başlar. İlk aşamada, araştırmayı yöneten yasalar oluşturulur, bilgi gerçek bir nesneden ayrılır, temel bilgiler oluşturulur ve önemsiz bilgiler atılır. Bilginin dönüşümü, çözülmekte olan problem tarafından belirlenir. Bir görev için gerekli olan bilgi, başka bir görev için gerekli olmayabilir. Temel bilgilerin kaybı, yanlış bir karara yol açar veya hiç karar alınmasına izin vermez. Alakasız bilgilerin muhasebeleştirilmesi gereksiz zorluklara neden olur ve bazen çözüme giden yolda aşılmaz engeller yaratır. Gerçek bir nesneden onun hakkındaki bilgiye geçiş, ancak görev belirlendiğinde anlamlıdır. Aynı zamanda, nesne incelenirken problemin formülasyonu da rafine edilir. Böylece, ilk aşamada, nesnenin amaçlı olarak incelenmesi ve sorunun açıklığa kavuşturulması süreçleri paralel ve birbirinden bağımsız olarak gerçekleşir. Ayrıca bu aşamada nesne ile ilgili bilgiler bilgisayarda işlenmek üzere hazırlanır. Fenomenin sözde resmi modeli, aşağıdakileri içeren oluşturulmuştur:

modellenen nesneyi bir bütün olarak karakterize eden sabit değerler, sabitler ve modelin istatistiksel veya sabit parametreleri olarak adlandırılan kurucu parçaları;

dinamik veya kontrol parametreleri olarak adlandırılan, modelin davranışını kontrol edebileceğiniz değerini değiştiren bir dizi değişken;

modellenen nesnenin her bir durumundaki değerleri bağlayan formüller ve algoritmalar;

modellenen nesnenin durumlarını değiştirme sürecini açıklayan formüller ve algoritmalar.

İkinci aşamada, formal model bir bilgisayarda gerçeklenir, buna uygun yazılım seçilir, problemin çözümü için bir algoritma oluşturulur, bu algoritmayı uygulayan bir program yazılır, daha sonra yazılan program hata ayıklanır ve özel hazırlanmış üzerinde test edilir. deneme modelleri. Test, hataları belirlemek için bir program yürütme işlemidir. Test modeli seçimi bir tür sanattır, ancak bunun için bazı temel test prensipleri geliştirilmiş ve başarıyla uygulanmıştır. Test etme yıkıcı bir süreçtir, bu nedenle bir hata bulunursa test başarılı olarak kabul edilir. Simülasyon sonucu önceden bilindiğinde, basit model örnekleri kullanarak bir bilgisayar modelinin orijinalle uyumlu olup olmadığını kontrol etmek, modelin bir nesnenin temel özelliklerini ne kadar iyi veya kötü yansıttığını kontrol etmek genellikle mümkündür.

Üçüncü aşamada, bir bilgisayar modeliyle çalışarak doğrudan bir hesaplama deneyi yapıyoruz. Belirli bir durumda modelimizin nasıl davranacağını araştıracağız, belirli dinamik parametre setleriyle, eldeki göreve bağlı olarak bir şeyi tahmin etmeye veya optimize etmeye çalışıyoruz.

Bir bilgisayar deneyinin sonucu, fenomenin grafikler, bazı parametrelerin diğerlerine bağımlılığı, diyagramlar, tablolar, fenomenin gerçek veya sanal zamanda gösterimi vb. şeklinde bir bilgi modeli olacaktır.

Modelleme döngüsel bir süreçtir. Bu, ilk dört aşamalı döngünün ikinci, üçüncü vb. tarafından takip edilebileceği anlamına gelir. Aynı zamanda, incelenen nesne hakkındaki bilgiler genişletilir ve rafine edilir ve orijinal model yavaş yavaş geliştirilir. İlk modelleme döngüsünden sonra, nesne hakkında az bilgi sahibi olunması ve modelin oluşturulmasındaki hatalardan kaynaklanan dezavantajlar, sonraki döngülerde düzeltilebilir. Bu nedenle, modelleme metodolojisi kendini geliştirme için büyük fırsatlar içerir.

Bilişim bilgisayar teknolojilerinin gelişmesiyle matematiksel modelleme alanlarından biri olarak ortaya çıkan bilgisayar modellemesi, bilgisayarların bağımsız ve önemli bir uygulama alanı haline gelmiştir. Şu anda, bilimsel ve pratik araştırmalarda bilgisayar modellemesi, bilişin ana yöntemlerinden biridir. Günümüzde büyük bilimsel problemleri bilgisayar modellemesi olmadan çözmek imkansızdır. Bilgisayar teknolojisi kullanılarak incelenen nesnenin matematiksel bir modelinin oluşturulmasına ve analizine dayanan karmaşık problemlerin incelenmesi için bir teknoloji geliştirilmiştir. Bu araştırma yöntemine hesaplamalı deney denir. Hesaplamalı deney, neredeyse tüm bilim dallarında kullanılır - fizik, kimya, astronomi, biyoloji, ekoloji, hatta psikoloji, dilbilim ve filoloji gibi tamamen insani bilimlerde bile. Hesaplamalı bir deney gerçekleştirmenin, saha deneyi denen şeye göre bir takım avantajları vardır:

hesaplamalı bir deney için karmaşık laboratuvar ekipmanı gerekmez;

deney için harcanan sürede önemli azalma;

parametrelerin özgürce kontrol edilme olasılığı, onlara gerçek dışı, mantıksız değerler verene kadar keyfi değişiklik;

incelenen olgunun uzayda (astronomi) uzaklığı veya zamandaki önemli uzantısı (biyoloji) nedeniyle veya geri dönüşü olmayan değişiklikler yapma olasılığı nedeniyle tam ölçekli bir deneyin imkansız olduğu bir hesaplama deneyi yapma olasılığı incelenen süreçte.

Bu durumlarda, bilgisayar modellemesi kullanılır. Bilgisayar modellemesi, eğitim ve öğretim amacıyla da yaygın olarak kullanılmaktadır. Bilgisayar modellemesi, doğa bilimleri döngüsünün konularını incelemek için en uygun yaklaşımdır, bilgisayar modellemesi çalışması, bilgisayar bilimi ile matematik ve diğer bilimler - doğal ve sosyal arasındaki bağlantıyı anlamak için geniş fırsatlar sunar. Öğretmen derste, astronomik nesnelerin hareketi veya atomların hareketi veya bir molekül modeli veya mikropların büyümesi vb. özel eğitim materyali olsun, çalışılan fenomeni göstermek için derste hazır bilgisayar modelleri kullanabilir, ancak Ayrıca problemler ve görevler ortaya koyma, araştırma sonuçlarını tahmin etme, makul değerlendirmeler yapma, modeller oluşturmak için ana ve ikincil faktörleri vurgulama, analojileri ve matematiksel formülasyonları seçme, problemleri çözmek için bir bilgisayar kullanma ve hesaplama deneylerini analiz etme becerisi kazanacaktır. Bu nedenle, eğitimde bilgisayar modellemesinin kullanılması, eğitim faaliyetlerinin metodolojisini araştırma çalışması metodolojisine yaklaştırmayı mümkün kılar.

Modelleme kavramı çok geniş bir kavramdır, sadece matematiksel modelleme ile sınırlı değildir. Modellemenin kökenleri uzak geçmişte bulunur. Mağara duvarında bir mızrakla delinmiş bir mamutun kaya oymaları, eski bir sanatçı tarafından yaratılan başarılı bir avın modeli olarak kabul edilebilir.

Modelleme unsurları genellikle çocuk oyunlarında bulunur, çocukların en sevdiği eğlence, yetişkinlerin hayatından nesneleri ve ilişkileri doğaçlama araçlarla modellemektir. Çocuklar büyür, insanlık büyür. İnsanlık etrafındaki dünyayı öğrenir, modeller daha soyut hale gelir, gerçek nesnelere dış benzerliklerini kaybeder. Modeller, hedeflenen araştırma sonucunda oluşturulan derin kalıpları yansıtır. Çok çeşitli nesneler model görevi görebilir: görüntüler, diyagramlar, haritalar, grafikler, bilgisayar programları, matematiksel formüller, vb. Gerçek bir nesneyi matematiksel formüllerle değiştirirsek - diyelim ki Newton'un İkinci Yasasına göre, bir cismin hareketini doğrusal olmayan bir denklem sistemi ile tanımlarız veya ısı iletimi yasasına göre ısı yayılımı sürecini tanımlarız. ikinci dereceden bir diferansiyel denklemle - o zaman gerçek nesneyi bir bilgisayar programıyla değiştirirsek matematiksel modelleme hakkında konuşuruz - bilgisayar modellemesi hakkında.

Ancak model görevi gören ne olursa olsun, gerçek bir nesneyi incelemek veya gerçek bir nesnenin özellikleri hakkında bilgi aktarmak için gerçek bir nesneyi bir model nesneyle değiştirme süreci sürekli olarak izlenir. Bu işleme modelleme denir. Değiştirilen nesneye orijinal denir ve değiştirilen nesneye model denir (Şekil 2).

Pirinç. 2 - Modelleme unsurları

BİLGİSAYAR MODELLEME(İngilizce hesaplama simülasyonu), kullanarak bina bilgisayarlar ve bilgisayar cihazları (3D tarayıcılar, 3D yazıcılar vb.) sembolik [bkz. sembolik modelleme(s-modelleme)] ve bilimde (fizik, kimya vb.), teknolojide (örn. uçak yapımı, robotik), tıpta (örn. implantoloji, tomografi), sanat (örneğin, mimari, müzik) ve diğer insan faaliyeti alanları.

K. m Bilgisayar olmayan modelleme ve tam ölçekli testler gerçekleştirme yöntemlerine kıyasla model geliştirme maliyetini önemli ölçüde azaltmanıza olanak tanır. Fiziksel modeller oluşturmanın imkansız olduğu nesnelerin sembolik bilgisayar modellerini oluşturmayı mümkün kılar (örneğin, üzerinde çalışılan nesnelerin modelleri). iklimbilim). Teknoloji, ekonomi ve diğer faaliyet alanlarındaki karmaşık sistemleri modellemek için etkili bir araç olarak hizmet eder. Bilgisayar destekli tasarım (CAD) sistemlerinin teknolojik temelidir.

Fiziksel bilgisayar modelleri, sembolik modeller temelinde yapılır ve simüle edilmiş nesnelerin prototipleridir (makinelerin parçaları ve montajları, bina yapıları, vb.). Prototiplerin üretimi için, düzlemsel olmayan nesnelerin katman katman oluşum teknolojilerini uygulayan 3D yazıcılar kullanılabilir. Sembolik prototip modeller, CAD sistemleri, 3D tarayıcılar veya dijital kameralar ve fotogrametrik yazılımlar kullanılarak geliştirilebilir.

Matematik sistemi m, modellerin yapımının matematiksel olarak uygulayan bilgisayar programları kullanılarak gerçekleştirildiği bir insan-makine kompleksidir (bkz. Matematiksel modelleme) ve uzman (örn. simülasyon) modelleme yöntemleri. Hesaplamalı deney modunda, araştırmacı, ilk verileri değiştirerek, nesne modelinin çok sayıda varyantını bilgisayar simülasyon sisteminde nispeten kısa bir sürede elde etme ve kaydetme fırsatına sahiptir.

İncelenen nesne hakkındaki fikirlerin açıklığa kavuşturulması ve modellemesi için yöntemlerin iyileştirilmesi, donanım değişmeden kalabilirken bilgisayar simülasyon sisteminin yazılımının değiştirilmesini gerekli kılabilir.

Bilgisayar modellemesinin bilim, teknoloji ve diğer faaliyet alanlarındaki yüksek performansı, donanımın (süper bilgisayarlar dahil) ve yazılımın [enstrümental sistemler dahil (bkz. Bilişimde enstrümantal sistem) süper bilgisayarlar için paralel programların geliştirilmesi].

Bilgisayar modelleri bugünlerde cephaneliğin hızla büyüyen bir parçası.