Комп’ютерне моделювання

14

Лекція № 3 Загальні особливості комп’ютерного моделювання.

1. Поняття комп’ютерного моделювання

Під комп'ютерною моделлю розуміють:

• Умовний образ об'єкта або деякої системи, описаний за допомогою взаємозалежних комп'ютерних таблиць, блок-схем, діаграм, графіків, малюнків, анімаційних фрагментів, гіпертекстів і т.д., що відтворює структуру й взаємозв'язки між елементами об'єкта – структурно-функціональна модель;

• Окрему програма, сукупність програм, програмний комплекс, що дозволяє за допомогою послідовності обчислень і графічного відображення їхніх результатів відтворювати (імітувати) процеси функціонування об'єкта за умови впливу на нього різних (включаючи випадкові) факторів – імітаційні моделі

Комп’ютерне моделювання — метод розв’язування задачі аналізу або синтезу складної системи, що ґрунтується на використанні її комп’ютерної моделі. Сутність комп’ютерного моделювання полягає у відшуканні кількісних і якісних результатів із залученням наявної моделі. Якісні висновки, зроблені на підставі такого дослідження, дають змогу розкривати невідомі досі властивості складної системи: її структуру, динаміку розвитку, стійкість, цілісність тощо. Кількісні висновки мають переважно характер прогнозу майбутніх чи пояснення минулих значень змінних, що характеризують систему.

Комп'ютерне моделювання, що виникло як один з напрямків математичного моделювання з розвитком інформаційних комп'ютерних технологій стало самостійною й важливою областю застосування комп'ютерів.

У цей час комп'ютерне моделювання в наукових і практичних дослідженнях є одним з основних методів пізнання. Без комп'ютерного моделювання зараз неможливе рішення великих наукових й економічних завдань.

Вироблено технологію дослідження складних проблем, заснована на побудові й аналізі за допомогою обчислювальної техніки математичної моделі досліджуваного об'єкта. Такий метод дослідження називається обчислювальним експериментом.

Обчислювальний експеримент застосовується практично у всіх галузях науки - у фізиці, хімії, астрономії, біології, екології, навіть у таких виключно гуманітарних науках як психологія, лінгвістика й філологія, крім наукових областей обчислювальні експерименти широко застосовуються в економіці, у соціології, у промисловості, у керуванні. Проведення обчислювального експерименту має ряд переваг перед так називаним натурним експериментом:

• для нього не потрібно складного лабораторного устаткування;

• істотне скорочення тимчасових витрат на експеримент;

• можливість вільного керування параметрами, довільної їхньої зміни, аж до додання їм нереальних, неправдоподібних значень;

• можливість проведення обчислювального експерименту там, де натурний експеримент неможливий через далекість досліджуваного явища в просторі (астрономія) або через його значну розтягнутість у часі (біологія), або через можливість внесення необоротних змін у досліджуваний процес.

У цих випадках і використовується комп’ютерне моделювання.

Також широко використається комп’ютерне моделювання в освітніх і навчальних цілях. Комп’ютерне моделювання - найбільш адекватний підхід при вивченні предметів природничого циклу, вивчення комп’ютерне моделювання відкриває широкі можливості для усвідомлення зв'язку інформатики з математикою й іншими науками - природничими й соціальними. Учитель може використати на уроці готові комп'ютерні моделі для демонстрації досліджуваного явища, будь цей рух астрономічних об'єктів або рух атомів або модель молекули або ріст мікробів і т.д., також учитель може спантеличити учнів розробкою конкретних моделей, моделюючи конкретне явище учень не тільки освоїть конкретний навчальний матеріал, але й придбає вміння ставити проблеми й завдання, прогнозувати результати дослідження, проводити розумні оцінки, виділяти головні й другорядні фактори для побудови моделей, вибирати аналогії й математичні формулювання, використати комп'ютер для рішення завдань, проводити аналіз обчислювальних експериментів. Таким чином, застосування комп’ютерного моделювання дозволяє зблизити методологію навчальної діяльності з методологією науково-дослідної роботи.