Комп’ютерне моделювання об’єктів і процесів, комп’ютерний експеримент (презентація, реферат)

Модель (від латин. modulus — зразок) — спрощений аналог (образ) будь-якого об’єкта, процесу або явища, що використовується як заміна оригіналу.

Параметри моделі — величини, які характеризують об’єкт та можуть набувати різні значення.

Прототип (оригінал) моделі — досліджуваний об’єкт, стосовно якого створюється модель.

Мета створення моделі:

• показати, як виглядатиме об’єкт, якого реально ще не існує;

• дослідити на моделі поведінку об’єкта, якщо дослідження оригіналу взагалі неможливе, небезпечне або дорого коштує;

• навчитися керувати реальним об’єктом.

Моделі в залежності від області застосування:

• навчальні: тренажери, наочні засоби, навчальні програми;

• дослідні: моделі кораблів, літаків тощо для дослідження та поліпшення їх характеристик;

• науково-технічні: прилад для дослідження розряду, модель виверження вулкану тощо;

• ігрові: ділові, економічні ігри;

• імітаційні: виявлення впливу нового лікарського засобу, науковий прогноз.

Моделювання — процес створення моделі (метод дослідження та демонстрації об’єктів, функцій, процесів або явищ за допомогою їх імітації).

• Для одного й того самого об’єкта, процесу або явища залежно від мети дослідження, вибраних параметрів можуть бути створені різні моделі. Так, для тієї самої місцевості (прототип) є різні карти (моделі): рельєфу, корисних копалин, адміністративна, топографічна.

Комп’ютерна модель — інформаційна модель, яка створюється і досліджується з використанням комп’ютерних програм.

• Модель земної кулі може бути виготовлено у вигляді глобуса (матеріальна) або створено за допомогою графічного редактора (комп’ютерна)

Комп’ютерне моделювання — процес створення комп’ютерної моделі (метод розв’язування задач у різних програмних середовищах із використанням комп’ютерних моделей).

Особливості комп’ютерного моделювання:

• прискорює процес створення і вивчення моделей об’єктів;

• дозволяє вивчати об’єкти та процеси, які неможливо безпосередньо спостерігати або відтворити експериментально;

• чи не єдиний інструмент для дослідження швидкоплинних або дуже повільних процесів;

• дає можливість багаторазового повторення тих самих дій.

Сфери комп’ютерного моделювання:

• комп’ютерні тренажери для тренування, навчання;

• дослідження погоди;

• дослідження конструкцій під навантаженням;

• конструювання транспортних засобів;

• емуляція роботи електронних пристроїв;

• проектування процесів фізичних, біологічних, соціальних;

• моделювання роботів, систем штучного інтелекту;

• комп’ютерні стимулятори моделювання поведінки тощо.

Комп’ютерні моделі за способом реалізації: розрахункові, імітаційні, графічні, фізичні, статичні, графічні, моделі знань.

Розрахункова (математична) комп’ютерна модель. Створюється і досліджується з використанням програм, у яких виконуються розрахунки значень властивостей об’єкта на основі формул, рівнянь, нерівностей, систем тощо.

• Використовується для моделювання різних фізичних, біологічних, соціальних та інших явищ.

Імітаційна комп’ютерна модель. Створюється і досліджується з використанням програм, що імітують поведінку складної технічної, економічної чи іншої системи з необхідною точністю, причому відтворюють зміну значень тих властивостей об’єктів випадковим чином, і тому їх не можна описати математично.

• Комп'ютерні імітаційні моделі — симуляції — використовують для дослідження поведінки: технічної, економічної, біологічної та соціальної.

Фізична комп’ютерна модель. Комп'ютер є частиною експериментальної установки або тренажера, які, змінюючи показники приладів, імітують роботу з реальною системою.

• Використовують для навчання пілотів, операторів атомних станцій.

Статистична комп’ютерна модель. Створюється для багаторазового проведення випробувань з подальшою статистичною обробкою отриманих результатів.

• Застосовують при вирішенні задач теорії імовірності, а також при обробці великих масивів даних.

Графічна комп’ютерна модель. Створюються і досліджуються з використанням програм, у яких можна будувати і змінювати графічне зображення об’єкта.

• Різноманітні схеми, графи, графіки, таблиці, діаграми, малюнки, анімації, ЗD-моделі, побудовані за допомогою комп'ютера, у тому числі цифрова карта зоряного неба, комп'ютерна модель земної поверхні.

Комп’ютерна модель знань. Побудова системи штучного інтелекту згідно бази знань деякої предметної області, частини реального світу. Бази знань складаються з фактів (даних) і правил. До даного виду моделей відносять семантичні мережі, логічні моделі знань, експертні системи, логічні ігри.

• Комп'ютерна програма гри в шахи повинна оперувати даними про «властивості» різних шахових фігур і «знати» правила гри.

Основні етапи реалізації комп’ютерної моделі:

1) постановка задачі;

2) розроблення інформаційної моделі;

3) вибір програмного засобу для реалізації;

4) безпосередня реалізація моделі;

5) комп’ютерний експеримент.

Комп'ютерний експеримент — дослідження моделі об’єкта з використанням комп’ютерного моделювання (вплив на комп'ютерну модель інструментами програмного середовища з метою визначення, як змінюються параметри моделі).

Етапи комп’ютерного експерименту:

• розробка плану проведення експерименту;

• тестування моделі;

• аналіз отриманих результатів.

Експеримент — метод дослідження деякого явища в керованих спостерігачем умовах, тестування.

План експерименту — послідовність роботи з моделлю.

Тестування — перевірка правильності побудови моделі на основі тестів (тест — набір вихідних даних).

Аналіз отриманих результатів — перевірка того, що результати експерименту відповідають цілям моделювання.

Мета моделювання — ухвалення рішення, яке повинно бути вироблено на основі результатів експериментів.

• Якщо результати відповідають цілям до поставленого завдання, то комп’ютерна модель успішно створена.

• Якщо результати не відповідають цілям поставленого завдання, це значить, що допущено помилки на попередніх етапах. Тоді потрібне коригування моделі, тобто повернення до одного з попередніх етапів. Процес повторюється доти, поки результати експерименту не відповідатимуть цілям моделювання.

Роль людини у комп’ютерному моделюванні.

Комп'ютер не створює, а є лише інструментом для створення й дослідження моделей. Аналіз об'єктів навколишнього світу з метою відтворення його в моделі виконує людина.

Слайд 2