Шпаргалка по "Информатике"

 

Компьютерная  модель (англ. computer model), или численная  модель (англ. computational model) — компьютерная программа, работающая на отдельном компьютере, суперкомпьютере или множестве взаимодействующих компьютеров (вычислительных узлов), реализующая абстрактную модель некоторой системы. Компьютерные модели стали обычным инструментом математического моделирования и применяются в физике, астрофизике, механике, химии, биологии, экономике, социологии, метеорологии, других науках и прикладных задачах в различных областях радиоэлектроники, машиностроения, автомобилестроения и проч. Компьютерные модели используются для получения новых знаний о моделируемом объекте или для приближенной оценки поведения систем, слишком сложных для аналитического исследования.

 

Компьютерное  моделирование является одним из эффективных методов изучения сложных систем. Компьютерные модели проще и удобнее исследовать в силу их возможности проводить т. н. вычислительные эксперименты, в тех случаях когда реальные эксперименты затруднены из-за финансовых или физических препятствий или могут дать непредсказуемый результат. Логичность и формализованность компьютерных моделей позволяет выявить основные факторы, определяющие свойства изучаемого объекта-оригинала (или целого класса объектов), в частности, исследовать отклик моделируемой физической системы на изменения ее параметров и начальных условий.

 

Построение  компьютерной модели базируется на абстрагировании  от конкретной природы явлений или  изучаемого объекта-оригинала и  состоит из двух этапов — сначала  создание качественной, а затем и  количественной модели. Компьютерное же моделирование заключается в проведении серии вычислительных экспериментов на компьютере, целью которых является анализ, интерпретация и сопоставление результатов моделирования с реальным поведением изучаемого объекта и, при необходимости, последующее уточнение модели и т. д.

 

 Сравнительная  компьютерная анимация двух моделей  здания,[1].

 

К основным этапам компьютерного моделирования относятся:

постановка  задачи, определение объекта моделирования;

разработка  концептуальной модели, выявление основных элементов системы и элементарных актов взаимодействия;

формализация, то есть переход к математической модели; создание алгоритма и написание  программы;

планирование  и проведение компьютерных экспериментов;

анализ и  интерпретация результатов[2].

 

Различают аналитическое и имитационное моделирование. При аналитическом моделировании изучаются математические (абстрактные) модели реального объекта в виде алгебраических, дифференциальных и других уравнений, а также предусматривающих осуществление однозначной вычислительной процедуры, приводящей к их точному решению. При имитационном моделировании исследуются математические модели в виде алгоритма(ов), воспроизводящего функционирование исследуемой системы путем последовательного выполнения большого количества элементарных операций.

 

Практическое  применение

 

Компьютерное  моделирование применяют для  широкого круга задач, таких как:

анализ распространения  загрязняющих веществ в атмосфере

проектирование  шумовых барьеров для борьбы с  шумовым загрязнением

конструирование транспортных средств

полетные имитаторы  для тренировки пилотов

прогнозирование погоды

эмуляция работы других электронных устройств

прогнозирование цен на финансовых рынках

исследование  поведения зданий, конструкций и  деталей под механической нагрузкой

прогнозирование прочности конструкций и механизмов их разрушения

проектирование  производственных процессов, например химических

стратегическое  управление организацией

исследование  поведения гидравлических систем: нефтепроводов, водопровода

моделирование роботов и автоматических манипуляторов

моделирование сценарных вариантов развития городов

моделирование транспортных систем

имитация краш-тестов

моделирование результатов пластических операций

 

Различные сферы  применения компьютерных моделей предъявляют  разные требования к надежности получаемых с их помощью результатов. Для моделирования зданий и деталей самолетов требуется высокая точность и степень достоверности, тогда как модели эволюции городов и социально-экономических систем используются для получения приближенных или качественных результатов.

 

Алгоритмы компьютерного моделирования:

 

Метод конечных элементов

Метод конечных разностей

Метод контрольных  объёмов

Метод подвижных  клеточных автоматов

Метод классической молекулярной динамики

Метод дискретного  элемента

Метод компонентных цепей

Метод узловых  потенциалов

Метод переменных состояния