Bölüm I. Bilgisayar modellemesi. "Bilgisayar modeli" kavramı, bilgisayar modellemesi, modellemede bilgisayarın temel işlevleri

BİLGİSAYAR MODELLEME(eng. hesaplamalı simülasyon), bilgisayar kullanarak inşaat ve bilgisayar cihazları(3D tarayıcılar, 3D yazıcılar vb.) karakter [bkz. sembolik modelleme(s-modelleme)] ve bilimde (fizik, kimya vb.) incelenen, teknolojide (ör. uçak mühendisliği, robotik), tıpta (ör. implantoloji, tomografi), sanatta (ör. , mimaride, müzikte) ve insan faaliyetinin diğer alanlarında.

K. m., bilgisayar dışı modelleme ve tam ölçekli testler gerçekleştirme yöntemlerine kıyasla model geliştirme maliyetini birçok kez azaltmanıza olanak tanır. Fiziksel modelleri (örneğin, klimatolojide incelenen nesnelerin modelleri) oluşturmanın imkansız olduğu nesnelerin sembolik bilgisayar modellerini oluşturmayı mümkün kılar. hizmet eder etkili araç modelleme karmaşık sistemler teknoloji, ekonomi ve diğer faaliyet alanlarında. Bilgisayar destekli tasarım sistemlerinin (CAD) teknolojik temelidir.

Fiziksel bilgisayar modelleri, sembolik modellere dayalı olarak yapılır ve simüle edilen nesnelerin (makinelerin parçaları ve düzenekleri, bina yapıları vb.) prototipleridir. Prototip üretimi için, düzlemsel olmayan nesnelerin katman katman oluşumuna yönelik teknolojileri uygulayan 3B yazıcılar kullanılabilir. CAD, 3D tarayıcılar veya dijital kameralar ve fotogrametrik yazılımlar kullanılarak sembolik prototip modeller geliştirilebilir.

KM sistemi, matematiksel uygulayan bilgisayar programları yardımıyla modellerin inşasının gerçekleştirildiği bir insan-makine kompleksidir (bkz. Matematiksel modelleme) ve uzman (örneğin, simülasyon) modelleme yöntemleri. Hesaplamalı deney modunda, araştırmacı, nispeten kısa bir süre içinde başlangıç verilerini değiştirerek, nesne modelinin çok sayıda varyantını bilgisayar simülasyon sisteminde elde etme ve kaydetme fırsatına sahiptir.

İncelenen nesne hakkındaki fikirlerin netleştirilmesi ve modelleme yöntemlerinin iyileştirilmesi, donanım değişmeden kalabilirken bilgisayar simülasyon sisteminin yazılımını değiştirmeyi gerekli kılabilir.

Bilgisayar simülasyonunun bilim, teknoloji ve diğer faaliyet alanlarındaki yüksek performansı, donanım (süper bilgisayarlar dahil) ve yazılım [enstrümantal sistemler dahil (bkz. Bilgisayar biliminde enstrümantal sistem) süper bilgisayarlar için paralel programların geliştirilmesi].

Bilgisayar modelleri bugünlerde cephaneliğin hızla büyüyen bir parçası.

Modelleme kelimesinin tanımıyla başlayalım.

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

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

Kullanmadan belirli hesaplamalar için matematiksel bir model kullanmak çok nadiren mümkündür. bilgisayar Bilimi, kaçınılmaz olarak bazı bilgisayar modellerinin oluşturulmasını gerektirir.

Bilgisayar simülasyon sürecini daha ayrıntılı olarak düşünün.

2.2. Bilgisayar modellemeye giriş

Bilgisayar simülasyonu, karmaşık sistemleri incelemek için etkili yöntemlerden biridir. Gerçek deneylerin finansal veya fiziksel engeller nedeniyle zor olduğu veya öngörülemeyen sonuçlar verebileceği durumlarda, bilgisayar modelleri hesaplamalı deneyler yapma yetenekleri nedeniyle çalışmak daha kolay ve uygundur. Bilgisayar modellerinin mantığı, incelenen orijinal nesnenin (veya tüm nesne sınıfının) özelliklerini belirleyen ana faktörlerin belirlenmesini, özellikle de simüle edilmiş fiziksel sistemin parametrelerindeki değişikliklere tepkisini araştırmayı mümkün kılar. başlangıç koşulları.

Bilgisayar simülasyonu olarak yeni yöntem Bilimsel araştırma aşağıdakilere dayanmaktadır:

1. İncelenen süreçleri açıklamak için matematiksel modellerin oluşturulması;

2. En son kullanma bilgisayarlar, yüksek hıza sahip (saniyede milyonlarca işlem) ve bir kişiyle diyalog kurabilen.

Ayırt etmek analitik Ve taklit modelleme Analitik modellemede, gerçek bir nesnenin matematiksel (soyut) modelleri, cebirsel, diferansiyel ve diğer denklemler ve kesin çözümlerine götüren kesin bir hesaplama prosedürünün uygulanmasını içerenler şeklinde incelenir. Simülasyon modellemesinde, Matematiksel modeller sıralı yürütme ile incelenen sistemin işleyişini yeniden üreten bir algoritma biçiminde Büyük bir sayı temel işlemler.

2.3. Bir bilgisayar modeli oluşturmak

Bir bilgisayar modelinin inşası, incelenen olgunun veya orijinal nesnenin belirli doğasından soyutlamaya dayanır ve iki aşamadan oluşur - önce nitel ve sonra nicel bir modelin oluşturulması. Bilgisayar modellemesi ise, amacı simülasyon sonuçlarını incelenen nesnenin gerçek davranışıyla analiz etmek, yorumlamak ve karşılaştırmak ve gerekirse daha da geliştirmek olan bir bilgisayar üzerinde bir dizi hesaplamalı deney yürütmekten oluşur. modeli vb.

Bu yüzden, Bilgisayar modellemenin ana aşamaları şunları içerir:

1. Problemin ifadesi, modelleme nesnesinin tanımı:

Açık bu aşama bir bilgi toplama, sorunun formülasyonu, hedeflerin tanımı, sonuçların sunulma şekli, verilerin açıklaması vardır.

2. Sistemin analizi ve incelenmesi:

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

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

algoritma tasarlamak için yöntem seçimi, algoritma yazmak için form seçimi, test yöntemi seçimi, algoritma tasarımı.

4. Programlama:

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

5. Bir dizi hesaplamalı deney gerçekleştirmek:

sözdizimi, anlambilim ve mantıksal yapı hata ayıklaması, test hesaplamaları ve test sonuçlarının analizi, programın sonuçlandırılması.

6. Sonuçların analizi ve yorumlanması:

gerekirse programın veya modelin revizyonu.

Modelleri oluşturmanıza ve incelemenize izin veren birçok yazılım paketi ve ortamı vardır:

Grafik ortamlar

metin editörleri

Programlama ortamları

E-tablolar

Matematik paketleri

HTML editörleri

2.4. hesaplamalı deney

Bir deney, bir nesne veya model ile gerçekleştirilen bir deneydir. Deneysel numunenin bu eylemlere nasıl tepki vereceğini belirlemek için bazı eylemlerin gerçekleştirilmesinden oluşur. Hesaplamalı bir deney, resmileştirilmiş bir model kullanılarak yapılan hesaplamaları içerir.

Matematiksel bir model uygulayan bir bilgisayar modeli kullanmak, gerçek bir nesneyle deneyler yapmaya benzer, ancak bir nesneyle gerçek bir deney yerine, onun modeliyle hesaplamalı bir deney gerçekleştirilir. Hesaplamalı bir deney sonucunda modelin başlangıç parametrelerinin belirli bir değer kümesi ayarlanarak, istenen parametrelerin belirli bir değer kümesi elde edilir, nesnelerin veya işlemlerin özellikleri incelenir ve bunlar bulunan. optimum parametreler ve çalışma modları, modeli iyileştirin. Örneğin, belirli bir sürecin seyrini tanımlayan bir denkleme sahip olmak, katsayılarını, başlangıç ve sınır koşullarını değiştirerek, nesnenin bu durumda nasıl davranacağını araştırmak mümkündür. Ayrıca, bir nesnenin davranışını tahmin etmek mümkündür. çeşitli koşullar. Yeni bir ilk veri seti ile bir nesnenin davranışını incelemek için, yeni bir hesaplamalı deney yapmak gerekir.

Matematiksel modelin ve gerçek nesnenin, sürecin veya sistemin yeterliliğini kontrol etmek için, bir bilgisayardaki araştırmanın sonuçları, tam ölçekli deneysel bir örneklem üzerindeki bir deneyin sonuçlarıyla karşılaştırılır. Doğrulama sonuçları, matematiksel modeli düzeltmek için kullanılır veya oluşturulan matematiksel modelin tasarıma veya etüde uygulanabilirliği sorunu çözülür. verilen nesneler, süreçler veya sistemler.

Hesaplamalı deney, pahalı bir tam ölçekli deneyin bilgisayar hesaplamalarıyla değiştirilmesini mümkün kılar. Karmaşık sistemlerin geliştirilmesi ve tanıtılması için gereken süreyi önemli ölçüde azaltan, kısa sürede ve önemli malzeme maliyetleri olmaksızın, tasarlanan nesne veya işlemin çeşitli çalışma modları için çok sayıda seçeneğin incelenmesini sağlar. üretime

2.5. Çeşitli ortamlarda modelleme

2.5.1. Programlama ortamında simülasyon

Programlama ortamında modelleme, bilgisayar simülasyonunun ana aşamalarını içerir. Bir bilgi modeli ve algoritma oluşturma aşamasında, hangi niceliklerin girdi parametresi, hangilerinin sonuç olduğunun belirlenmesi ve bu niceliklerin türünün belirlenmesi gerekir. Gerekirse, seçilen programlama dilinde yazılmış bir akış şeması şeklinde bir algoritma derlenir. Bundan sonra, hesaplamalı bir deney gerçekleştirilir. Bunu yapmak için programı indirmeniz gerekir. Veri deposu bilgisayar ve çalıştırın. Bir bilgisayar deneyi, mutlaka, problem çözmenin tüm aşamalarının (matematiksel model, algoritma, program) düzeltilebileceği temelde elde edilen sonuçların bir analizini içerir. En önemli aşamalardan biri algoritmanın ve programın test edilmesidir.

Bir programda hata ayıklama (İngilizce terim hata ayıklama (debugging), "hata yakalama" anlamına gelir, 1945'te ortaya çıktı. elektrik devreleri ilk Mark-1 bilgisayarlarından birine bir güve çarptı ve binlerce röleden birini bloke etti), bir hesaplama deneyinin sonuçlarına dayanarak programdaki hataları bulma ve ortadan kaldırma işlemidir. Hata ayıklama yerelleştirme ve elemedir sözdizimi hataları ve bariz kodlama hataları.

Modern yazılım sistemleri hata ayıklama, hata ayıklayıcı adı verilen özel yazılım araçları kullanılarak gerçekleştirilir.

Test, bir bütün olarak programın veya bileşenlerinin doğru çalıştığının doğrulanmasıdır. Test sürecinde, bariz hatalar içermeyen programın çalışabilirliği kontrol edilir.

Program ne kadar dikkatli bir şekilde hata ayıklanırsa ayıklansın, işe uygunluğunu belirlemede belirleyici adım, programın test sisteminde yürütülmesinin sonuçlarına dayalı olarak programın kontrolüdür. Seçilen test giriş verileri sistemi için her durumda doğru sonuçlar elde edilirse, bir program doğru kabul edilebilir.

2.5.2. E-tablolarda modelleme

Elektronik tablolarda modelleme, farklı konu alanlarında çok geniş bir görev sınıfını kapsar. Elektronik tablolar, bir nesnenin niceliksel özelliklerinin hesaplanması ve yeniden hesaplanması üzerinde yoğun emek gerektiren işleri hızlı bir şekilde gerçekleştirmenizi sağlayan evrensel bir araçtır. Elektronik tabloları kullanarak modelleme yaparken, sorunu çözme algoritması bir şekilde dönüştürülür ve hesaplamalı bir arayüz geliştirme ihtiyacının arkasına saklanır. Hücreler arasındaki ilişkilerde, 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 alınan verilerin kağıda yerleştirilmesi gerekiyorsa, sayfalara yerleştirilmeleri üzerine çalışın.

Elektronik tablolarda modelleme süreci genel şemaya göre gerçekleştirilir: hedefler belirlenir, özellikler ve ilişkiler belirlenir ve matematiksel bir model derlenir. Modelin özellikleri mutlaka amaca göre belirlenir: ilk (modelin davranışını etkileyen), ara ve sonuç olarak elde edilmesi gerekenler. Bazen nesnenin temsili diyagramlar, çizimlerle desteklenir.

Diyagramlar ve grafikler, hesaplama sonuçlarının ilk verilere bağımlılığını görsel olarak göstermek için kullanılır.

Testte, kesin veya yaklaşık sonucu bilinen belirli bir veri seti kullanılır. Deney, modelleme hedeflerini karşılayan ilk verilerin sunulmasından oluşur. Modelin analizi, hesaplamaların modelleme hedeflerini nasıl karşıladığını bulmayı mümkün kılacaktır.

2.5.3. DBMS ortamında modelleme

Bir DBMS ortamında modelleme genellikle aşağıdaki hedeflere sahiptir:

Bilgilerin saklanması ve zamanında düzenlenmesi;

Verilerin bazı özelliklere göre sıralanması;

Çeşitli veri seçim kriterlerinin oluşturulması;

Seçilen bilgilerin uygun sunumu.

Model geliştirme sürecinde, gelecekteki veri tabanının yapısı ilk verilere dayanarak oluşturulur. Tanımlanan özellikler ve türleri bir tabloda özetlenmiştir. Tablo sütunlarının sayısı, nesne parametrelerinin (tablo alanları) sayısına göre belirlenir. Satır sayısı (tablo girişleri), aynı tipte açıklanan nesnelerin satır sayısına karşılık gelir. Gerçek bir veritabanında bir değil, birbirine bağlı birkaç tablo olabilir. Bu tablolar bazı sistemlerde bulunan nesneleri tanımlar. Veritabanı yapısını tanımlayıp ayarladıktan sonra bilgisayar ortamı doldurmaya devam edin.

Deney sırasında veriler sıralanır, aranır, filtrelenir ve hesaplama alanları oluşturulur.

Bilgisayar bilgi paneli, çeşitli ekran formları ve bilgileri basılı form - raporlarda görüntülemek için formlar oluşturma yeteneği sağlar. Her rapor, belirli bir deneyin amacını karşılayan bilgiler içerir. Nihai hesaplama alanlarının girilmesiyle bilgileri verilen kriterlere göre herhangi bir sırayla gruplandırmanıza olanak tanır.

Elde edilen sonuçlar planlanan sonuçlara uymuyorsa, verileri sıralama ve arama koşullarını değiştirerek ek deneyler yapabilirsiniz. Veritabanını değiştirmeniz gerekirse, yapısını ayarlayabilirsiniz: alanları değiştirin, ekleyin ve silin. Sonuç, yeni bir modeldir.

2.6. Bir bilgisayar modeli kullanmak

Yeni bir yöntem olarak bilgisayar simülasyonu ve hesaplamalı deney bilimsel araştırma matematiksel modellerin yapımında kullanılan matematiksel aparatları geliştirmek için kuvvetlerin kullanılmasına izin verir. matematiksel yöntemler, rafine, karmaşık matematiksel modeller. Hesaplamalı bir deney yürütmek için en umut verici olanı, nükleer santraller için reaktörler tasarlamak, barajlar ve hidroelektrik santraller tasarlamak, manyetohidrodinamik enerji dönüştürücüler ve sahada gibi zamanımızın büyük bilimsel, teknik ve sosyo-ekonomik problemlerini çözmek için kullanılmasıdır. ekonomi - endüstri, bölge, ülke vb. için dengeli bir plan hazırlamak.

Tam ölçekli bir deneyin insan hayatı ve sağlığı için tehlikeli olduğu bazı süreçlerde, mümkün olan tek şey hesaplamalı bir deneydir (termonükleer füzyon, uzay araştırmaları, kimya ve diğer endüstrilerin tasarımı ve araştırması).

2.7. Çözüm

Sonuç olarak, bilgisayar simülasyonu ve hesaplama deneyinin "matematiksel olmayan" bir nesnenin incelenmesini bir matematik probleminin çözümüne indirgemeyi mümkün kıldığı vurgulanabilir. Bu, çalışması için güçlü bilgisayar teknolojisi ile birlikte iyi gelişmiş bir matematiksel aparat kullanma olasılığını açar. Bu, gerçek dünyanın yasalarının bilgisi ve bunların pratikte kullanımı için matematik ve bilgisayar kullanımının temelidir.

3. Kullanılan literatür listesi

1. S. N. Kolupaeva. Matematiksel ve bilgisayar modellemesi. Öğretici. - Tomsk, Okul Üniversitesi, 2008. - 208s.

2. A. V. Mogilev, N. I. Pak, E. K. Khenner. Bilgisayar Bilimi. Öğretici. - M .: Merkez "Akademi", 2000. - 816s.

3. D. A. Poselov. Bilgisayar Bilimi. Ansiklopedik Sözlük. - M .: Pedagoji-Basın, 1994. 648s.

4. "Açık Sistemler" yayınevinin resmi sitesi. İnternet Bilgi Teknolojileri Üniversitesi. - Giriş türü: http://www.intuit.ru/. Erişim tarihi: 5 Ekim 2010

Bilgisayar modeli doğaldır. Gerçek sistemlerin, makinelerin, mekanizmaların, ürünlerin, ürünlerin tasarımını ve üretimini ekonomik, pratik ve verimli hale getiren bilgisayar modellemesi her yerde kullanılmaktadır. Sonuç her zaman önceden simüle edilmiş olanlardır.

İnsan her zaman modeller inşa etmiştir, ancak bilgisayar teknolojisinin gelişmesiyle birlikte, matematiksel, hesaplamalı ve yazılım yöntemleri modelleme fikirlerini ve teknolojilerini olağanüstü bir yüksekliğe yükseltti, geniş bir uygulama yelpazesi oluşturdu: ilkel teknik seviyeden yüksek sanat ve yaratıcılık seviyesine.

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

Teknik Modelleme

Bugün çok az uzman bilmiyor ve bu program şimdiden bir düzine daha gelişmiş çözümle rekabet ediyor.

Modern bir uçağın veya bir bisikletin modellenmesi, nihai olarak, yalnızca çizimlerin üretiminin ve belgelerin hazırlanmasının otomasyonunu gerektirmez. Modelleme programı teknik kısmı yapmakla yükümlüdür: çizimler ve belgeler hazırlamak - bu temeldir.

Program ayrıca gerçek bir ürünü gerçek kullanımda ve üç boyutlu uzayda göstermelidir: uçuşta, hareket halinde, kullanımda, olası kazalar, enerji değişimi, olumsuz insan veya çevresel etkiler, korozyon, iklim veya diğer koşullar dahil.

Sistem Modelleme

Bir takım tezgahı modeli, bir ürün, bir konveyör sistemlerdir, ancak net bir yapıya ve içeriğe sahip sistemler, zaten bir kez yapılmıştır. Her biri için bilgisayar modellerinin kullanımına ilişkin deneyim, bilgi ve örnekler vardır.

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

Örneğin, günümüzde bir 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 götürür.

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

Yalnızca bir bilgisayar matematiksel modeli, orijinal sistemin nesnelliğini ve anlayış düzeyini değerlendirmeyi mümkün kılar ve yaratılana kademeli olarak yaklaşır. Sanal görüntü orijinaline

modellemede soyutlama

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

Ancak insan henüz soyut sistem modellemeye ulaşmamıştır. Bilgisayar modellerini kullanma örnekleri şunlardır: gerçek örnekler gerçek sistemler. Nispeten geniş bir sistem yelpazesinde simülasyon sağlayan her modelleme yönü, her model tipi, her tip ürün, konveyör vb. için ayrı bir program veya programın menüsünde ayrı bir madde bulunmaktadır.

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

Klasik programlama - klasik modeller, soyutlama yok: geliştirmesi tamamlandıktan sonra dinamik seçeneği olmayan kesin bir problem. Gerçek bir makine, gerçek bir ürün, katı niceliksel ve niteliksel özelliklere sahip herhangi bir ürün gibi: bitti - mevcut olanın sınırları içinde kullanın, ancak yapılanın ötesinde bir şey değil.

Nesne yönelimli programlama - sistem modeli yapı ve özelliklerin soyutlanması ve dinamiği iddiasıyla, yani amacını uygulama ortamı veya çözülmekte olan problemle belirleyen dinamik bir model oluşturmaya odaklanarak.

Burada model, kendisini uygulama alanında bulduktan sonra yaratıcısı (yazar) olmadan tek başına “yaşayabilir” ve kullanıcılarla bağımsız olarak “işbirliği” yapacaktır.

Modelleme: sürecin özü

Bugün bir bilgisayar modeli kavramı çeşitli görüşlerle temsil edilmektedir, ancak hepsi programın çalışmasının ve bağlamında hemfikirdir: 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 somutlaştırılması, teori bilgisi, küresel süreç biçiminde bir model elde etme arzusu olarak ifade edilir. Pragmatik model - bir fikir verir pratik eylemler, işçi, üretim yönetim sistemi, ürün, makine. Üçüncü seçenek, genel olarak tüm modelleri oluşturmak, analiz etmek ve test etmek için bir ortam olarak anlaşılmaktadır.

Genellikle, bilgisayar modelleme, 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

Modelleme alanında, tüm gelişmiş sınırlarda olduğu gibi yüksek teknoloji, bilim, mühendislik ve programlama, simüle edilmiş sistemlerin tür çeşitliliğinin sınıflandırılması ve tanımı hakkında birçok görüş vardır.

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

zaman;
sunum yöntemi;
modellenen tarafın doğası;
belirsizlik seviyesi;
uygulama seçeneği.

Zaman anı statik ve dinamik modellerdir. İlki istediğiniz kadar rafine edilebilir, ancak dinamik modeller gelişir ve her an farklılık gösterir. Temsil şekli genellikle kesikli veya sürekli olarak anlaşılır. Modellenen tarafın karakteri bilgilendirici, yapısal veya işlevseldir (sibernetik).

Birçok durumda, modellenmekte olan sisteme belirsizlik parametrelerinin dahil edilmesi sadece haklı olmakla kalmaz, aynı zamanda ilgili bilgi alanlarındaki bilimsel başarıların da bir sonucudur. Örneğin, belirli bir coğrafi bölgede bir iklim modeli oluşturmak, pek çok stokastik faktör olmadan gerçekçi olmayacaktır.

Modern modelleme araçları

Bugün modelleme, genel olarak yüzyıllarca süren modellemeyi ve özel olarak da matematiksel modellemeyi algoritmalar ve programlar biçiminde sunan bilgisayar endüstrisinin onlarca yıllık gelişiminin büyük bir deneyimidir.

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

İyi bilinenlere ek olarak, örneğin coğrafi, kartografik, jeodezik için önemli bir özel pazar vardır; önemli sayıda az bilinen tarafından temsil edilen film ve video endüstrisinin pazarı yazılım ürünleri. Aileler GeoSoft, TEPLOV, Houdini ve diğerleri, yeterlilik alanlarında kalite, kullanışlılık ve verimlilik açısından hiç kimseden aşağı değildir.

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

Küçük ve yaratıcı modeller

Modern bir hava otobüsü, spor araba veya uzay aracının tasarımında "çok az yaratıcılık" kalırken, iş süreçlerinin gerçek programlaması ve organizasyonu en yakın ilginin konusu ve en pahalı ve karmaşık modelleme süreçlerinin hedefi haline geldi. .

Modern iş sadece yüzlerce çalışan, ekipman değil, aynı zamanda binlerce üretim ve sosyal bağlantılarşirket içinde ve dışında. Bu tamamen yeni ve keşfedilmemiş bir yön: bulut teknolojileri, ayrıcalıklı erişim organizasyonu, kötü niyetli saldırılara karşı koruma, çalışanların suiistimali.

Modern programlama çok karmaşık hale geldi ve kendine ait bir hayatı olan özel bir türe dönüştü. Bir geliştirme ekibi tarafından oluşturulan bir yazılım ürününün, başka bir geliştirme şirketi için modellenmesi ve üzerinde çalışılması amaçlanır.

Yetkili Örnek

Bir Windows sistemini veya bir Linux ailesini modelleme konusu olarak sunmak ve birilerini uygun modeller oluşturmaya zorlamak mümkündür. Buradaki pratik önem o kadar düşük ki, sadece çalışmak ve bu sistemlerin eksikliklerini görmezden gelmek daha ucuz. Geliştiricilerinin, ihtiyaç duyduğu geliştirme yolu hakkında kendi fikri var ve onu kapatmayacak.

Veritabanları ve gelişim dinamikleri hakkında bunun tersi söylenebilir. Kahin- büyük şirket. Pek çok fikir, binlerce geliştirici, yüzbinlerce mükemmelleştirilmiş çözüm.

Ancak Oracle, modelleme için her şeyden önce bir temel ve güçlü bir nedendir ve bu sürece yapılan yatırımın inanılmaz bir geri dönüşü olacak gibi görünüyor.

Oracle en başından beri liderliği ele geçirdi ve veritabanı oluşturma, bilgi sorumluluğu, bilgi güvenliği, geçiş, depolama ve daha pek çok konuda rakipsiz. bilgi görevleri, Oracle'dır.

Oracle'ın Diğer Yüzü

Yatırım ve emek en iyi geliştiriciler acil bir sorunu çözmek için - nesnel gereklilik. Oracle, onlarca yıllık liderliği boyunca yüzlerce gerçek görevi ve binlerce uygulama ve güncellemeyi gerçekleştirdi.

Bilgisayar uygulamaları bağlamında bilginin kapsamı 80'lerden beri değişmedi. Kavramsal olarak, bilgisayar çağının başlangıcındaki ve günümüzün veritabanları, güvenlik düzeyi ve uygulanan işlevsellik farkıyla ikiz kardeşlerdir.

Oracle, mevcut "güvenlik ve uygulanan işlevsellik" düzeyine ulaşmak için özellikle şunları gerçekleştirdi:

büyük heterojen bilgi akışlarının uyumluluğu;
veri taşıma ve dönüştürme;
uygulamaların doğrulanması ve test edilmesi;
genelleştirilmiş ilişkisel evrensel erişim işlevi;
veri/uzman geçişi;
kurumsal veritabanlarının temel yapılarının dağıtık bir internet ortamına dönüştürülmesi;
maksimum entegrasyon, toplayıcılar, sistematikleştirme;
uygunluk spektrumunun belirlenmesi, yinelenen süreçlerin ortadan kaldırılması.

Bunlar, Oracle'ın mevcut yazılım ürünlerinin çok ciltli açıklamalarını oluşturan konuların yalnızca küçük bir kısmıdır. Aslında, üretilen çözümlerin yelpazesi çok daha geniş ve daha güçlüdür. Hepsi Oracle ve binlerce kalifiye uzman tarafından desteklenmektedir.

gelir modeli

1980'lerde Oracle, gerçek, eksiksiz çözümler biçiminde somut kapasite geliştirme yerine modelleme yolunu seçmiş olsaydı, durum çok daha farklı olabilirdi. Genel olarak, bir bilgisayardan bir kişi veya kuruluş bilgi sistemiçok gerek yok. Burada bilgisayar modelinin incelenmesi ilgi çekici değildir.

Her zaman yalnızca ortaya çıkan sorunun çözümünü almanız gerekir. Bu kararın nasıl karşılanacağı tüketicinin hiç umurunda değil. Veri taşımanın ne olduğunu veya uygulama kodunun herhangi bir veri üzerinde çalışacak şekilde nasıl test edileceğini bilmekle tamamen ilgilenmiyor ve öngörülemeyen bir durum olması durumunda sakince rapor edebiliyor ve mavi ekran yapmıyor veya sessizce takılmıyor.

Bir sonraki ihtiyacı programatik olarak modelleyerek ve kodun bir sonraki bölümünü oluşturmak için aklını ve bilgisini ortaya koyacak bir sonraki uzmana yatırım yaparak değil, daha fazlasını başarabilirsiniz.

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

Gelir modelinin gerçekleşme olasılığı

Geliştiriciler ve bir bütün olarak BT endüstrisi, geçmiş yıllardaki ilgi dalgalarına eşlik eden coşkuyla dinamikler, bilgi ve yapay zeka ile ilişki kurmayı çoktan bıraktı.

Tamamen resmi olarak, birçoğu ürünlerini veya çalışma alanlarını konuyla ilişkilendirir. yapay zeka, ama aslında, kesin olarak tanımlanmış algoritmaların uygulanmasıyla meşguller, bulut çözümleri, her türlü tehdide karşı güvenliğe ve korunmaya önem verir.

Bu arada, bilgisayar modeli dinamiktir. Bilgisayar modellemesi onun sonuçlarıdır. Bu nesnel durum henüz iptal edilmedi. İptal etmek tamamen imkansız. Oracle örneği, otomatik olarak değil, binlerce uzmanın çalışmasıyla gerçekten çalışan modeller oluşturmanız gerektiğinde, zorunlu modellemeye girmenin ne kadar zahmetli, pahalı ve verimsiz olduğunu göstermek için diğerlerinin en iyi ve en göstergesidir. bilgi sisteminin kendisi tasarlanıyor - gerçek uygulamada dinamik modeller!

, astrofizik, mekanik, kimya, biyoloji, ekonomi, sosyoloji, meteoroloji, diğer bilimler ve radyo elektronik, makine mühendisliği, otomotiv endüstrisi vb. Bilgisayar modelleri, modellenen nesne hakkında yeni bilgiler elde etmek veya analitik çalışma için çok karmaşık olan sistemlerin davranışını yaklaşık olarak tahmin etmek için kullanılır.

Bilgisayar modellemenin ana aşamaları şunları içerir:

Analitik ve simülasyon modellemesi vardır. Analitik modellemede, gerçek bir nesnenin matematiksel (soyut) modelleri cebirsel, diferansiyel ve diğer denklemler şeklinde incelenir ve kesin çözümlerine yol açan kesin bir hesaplama prosedürünün uygulanmasını sağlar. Simülasyon modellemede, matematiksel modeller, çok sayıda temel işlemi sırayla gerçekleştirerek incelenen sistemin işleyişini yeniden üreten bir algoritma (lar) şeklinde incelenir.

Pratik kullanım

Bilgisayar modelleme, aşağıdakiler gibi çok çeşitli görevler için kullanılır:

atmosferdeki kirleticilerin dağılımının analizi
gürültü kirliliği ile mücadele için gürültü bariyerleri tasarlamak
araç yapımı
pilot eğitimi için uçuş simülatörleri
hava Durumu tahmini
diğer elektronik cihazların öykünmesi
finansal piyasalarda fiyat tahmini
binaların, yapıların ve parçaların mekanik yük altındaki davranışının incelenmesi
yapıların gücünü ve yıkım mekanizmalarını tahmin etmek
kimyasal gibi üretim süreçlerinin tasarımı
organizasyonun stratejik yönetimi
hidrolik sistemlerin davranışının incelenmesi: petrol boru hatları, su boru hatları
robotların ve otomatik manipülatörlerin modellenmesi
kentsel gelişim için modelleme senaryo seçenekleri
ulaşım sistemi modellemesi
çarpışma testi simülasyonu
plastik cerrahi sonuçlarının modellenmesi

Bilgisayar modellerinin farklı uygulama alanları, onların yardımıyla elde edilen sonuçların güvenilirliği konusunda farklı gereksinimler getirir. Binaların ve uçak parçalarının modellenmesi yüksek derecede doğruluk ve aslına uygunluk gerektirirken, şehirlerin ve sosyo-ekonomik sistemlerin evrimi modelleri yaklaşık veya niteliksel sonuçlar elde etmek için kullanılır.

Bilgisayar simülasyon algoritmaları

Bileşen devre yöntemi
Durum değişkenleri yöntemi

Ayrıca bakınız

Bağlantılar

Wikimedia Vakfı. 2010

Diğer sözlüklerde "Bilgisayar modellemenin" ne olduğunu görün:

BİLGİSAYAR MODELLEME- Kelimenin tam anlamıyla - bir şeyi modellemek için bilgisayar kullanmak. Genellikle, bir kişinin düşüncesi veya davranışı modellenir. Yani, bilgisayarı nasıl ilerlediğine benzer şekilde hareket edecek şekilde programlamak için girişimlerde bulunuluyor ... ... Sözlük psikolojide

Bilgi nesnelerinin çalışmasının modellerine göre modellenmesi; Bu fenomenlerin açıklamalarını elde etmek ve ilgili fenomenleri tahmin etmek için gerçek hayattaki nesnelerin, süreçlerin veya fenomenlerin modellerini oluşturmak ve incelemek ... ... Wikipedia

Bilgisayar görüşü, nesneleri algılayabilen, izleyebilen ve sınıflandırabilen makineler oluşturmak için bir teori ve teknolojidir. Bilimsel bir disiplin olarak Bilgisayar görüşü yapay sistemler yaratma teorisi ve teknolojisini ifade eder, ... ... Wikipedia

Sosyal modelleme- özelliklerini diğer nesneler, yani bu amaç için özel olarak oluşturulmuş modeller üzerinde yeniden üreterek sosyal fenomenlerin ve süreçlerin bilimsel bir biliş yöntemi. M. s. artması nedeniyle Son zamanlarda gereklilik... ... sosyolojik referans kitabı

Modern Evrende 15 Mpc/h kalınlığa sahip simüle edilmiş hacmin kesiti (kırmızıya kayma z=0). Karanlık maddenin yoğunluğu iyi bir şekilde gösteriliyor ... Wikipedia

M., bir kişinin ideal olarak gerçek bir durummuş gibi davranması gereken doğal durumların bir taklididir. Modelin avantajı, konunun tehlikelerle karşılaşmadan duruma tepki vermesine izin vermesidir ... ... Psikolojik Ansiklopedi

"Yazılım" buraya yönlendirir. Görmek ayrıca diğer anlamlar. Donanımla birlikte yazılım (telaffuz yazılımı önerilmez, daha doğrusu önerilmez) bilginin en önemli bileşenidir ... Wikipedia

modelleme- (askeri), gerçek bir sistem hakkında bilgi elde etmek için bir nesnenin (fenomen, sistem, süreç) analogunu (modelini) oluşturarak ve inceleyerek teorik veya teknik çalışma yöntemi. M. fiziksel, mantıksal, matematiksel olabilir ... ... Sınır Sözlüğü

Bilgisayar simülasyonu, karmaşık sistemleri incelemek için etkili yöntemlerden biridir. Bilgisayar modelleri, sözde gerçekleştirme yetenekleri nedeniyle çalışmak için daha kolay ve daha uygundur. hesaplamalı deneyler, gerçek deneylerin olduğu durumlarda ... ... Wikipedia

Kobelnitski Vladislav

Bilgisayar modellemesi. Fiziksel ve matematiksel süreçlerin bilgisayarda modellenmesi.

İndirmek:

Ön izleme:

Araştırma

"BİLGİSAYAR MODELLEMESİ"

TAMAMLANMIŞ:

KOBELNITSKY VLADISLAV

9. SINIF ÖĞRENCİSİ

MKOU OOSH №17

süpervizör:

matematik ve bilgisayar bilimleri öğretmeni

TVOROZOVA E.Ş.

Kansk, 2013

GİRİŞ……………………………………………………………………3
BİLGİSAYAR SİMÜLASYONU………………………………...5
UYGULAMALI BÖLÜM………………………………………………..10
SONUÇ…………………………………………………………...18
KAYNAKLAR…………………………………………………...20

GİRİİŞ

İnsan faaliyetinin çoğu alanında, şu anda kullanılmaktadır. bilgisayar Teknolojisi. Örneğin bir kuaför salonunda bilgisayar kullanarak müşterinin beğeneceği saç stilini önceden seçebilirsiniz. Bu müşteri için bir fotoğraf çekilir, fotoğraf elektronik olarak çok çeşitli saç stillerini içeren bir programa girilir, ekranda müşterinin herhangi bir saç stilini "deneyebileceğiniz" bir fotoğrafı görüntülenir. Ayrıca saç rengini, makyajı da rahatlıkla seçebilirsiniz. Bir bilgisayar modelinin yardımıyla, müşteriye şu veya bu saç stilinin uygun olup olmayacağını önceden görebilirsiniz. Tabii ki, bu seçenek gerçekte bir deney yapmaktan daha iyidir. gerçek hayat istenmeyen bir durumu düzeltmek çok daha zordur.

Bilgisayar bilimi "Bilgisayar modelleme" konusunu incelerken, "Herhangi bir süreç veya olay bir bilgisayar kullanılarak modellenebilir mi?" Sorusu ilgimi çekti. Araştırmamın seçimi buydu.

araştırma konumuz:"Bilgisayar modelleme".

Hipotez: herhangi bir işlem veya fenomen bir PC kullanılarak simüle edilebilir.

İşin amacı - bilgisayar modellemenin olanaklarını, çeşitli konu alanlarında kullanımını incelemek.

Bu hedefe ulaşmak için, işte aşağıdaki görevler çözülür: görevler:

– modelleme hakkında teorik bilgi vermek;

– modelleme aşamalarını tanımlayın;

– çeşitli süreçlerden veya fenomenlerden örnekler verin konu alanları;

Yapmak genel sonuç konu alanlarında bilgisayar modelleme hakkında.

MS Excel ve Live Mathematics'te bilgisayar modellemeye daha yakından bakmaya karar verdim. Makale, MS Excel'in avantajlarını ele almaktadır. Bu programların yardımıyla matematik, fizik, biyoloji gibi çeşitli konu alanlarından bilgisayar modelleri oluşturdum.

Modeller oluşturmak ve araştırmak, bilişin en önemli yöntemlerinden biridir, modeller oluşturmak için bilgisayar kullanma yeteneği günümüzün gereksinimlerinden biridir, bu yüzden bu çalışmayı ilgili buluyorum. Eğitimime bu yönde devam etmek ve bilgisayar modelleri geliştirirken diğer programları dikkate almak istediğim için bu benim için önemli, bu çalışmanın daha fazla devam etmesi için hedef bu.

BİLGİSAYAR MODELLEME

Araştırma konusuyla ilgili literatürü incelediğimde, hemen hemen tüm doğa bilimlerinde ve sosyal bilimlerde, modellerin inşası ve kullanımının güçlü bir araştırma aracı olduğunu gördüm. Gerçek nesneler ve süreçler o kadar çok yönlü ve karmaşıktır ki, en iyi yol onların çalışması, gerçekliğin yalnızca bir kısmını yansıtan ve dolayısıyla bu gerçeklikten çok daha basit olan bir modelin inşası olarak ortaya çıkıyor.

modeli (lat. modül - ölçü), orijinal nesnenin bir nesne ikamesidir ve orijinalin bazı özelliklerinin incelenmesini sağlar.

modeli - nesnenin özelliklerini, özelliklerini ve bağlantılarını yansıtan bilgi (zihinsel bir görüntü, işaret araçlarıyla açıklama veya bir maddi sistem şeklinde) elde etmek ve (veya) depolamak amacıyla oluşturulmuş belirli bir nesne - bir orijinalin orijinali konu tarafından çözülen görev için gerekli olan keyfi doğa.

modelleme - modeli oluşturma ve kullanma süreci.

Modelleme Hedefleri

Gerçeklik bilişi
deneyler yapmak
Tasarım ve yönetim
Nesnelerin davranışını tahmin etme
Uzmanların eğitimi ve eğitimi
Veri işleme

Sunum şekline göre sınıflandırma

Malzeme - orijinalin geometrik ve fiziksel özelliklerini yeniden üretin ve her zaman gerçek bir düzenlemeye sahip olun (çocuk oyuncakları, görsel çalışma kılavuzları, düzenler, araba ve uçak modelleri vb.).

a) alt tabakasından bağımsız olarak orijinalin uzamsal ve geometrik özelliklerini yeniden üreten geometrik olarak benzer ölçek (bina ve yapı modelleri, eğitim mankenleri, vb.);
b) benzerlik teorisine dayalı olarak, alt-tabaka benzeri, uzay ve zamanda ölçeklendirme ile çoğalan, modelle aynı nitelikteki orijinalin özellikleri ve özellikleri (gemilerin hidrodinamik modelleri, uçakların süpürme modelleri);
c) analog enstrümantasyon, orijinal nesnenin çalışılan özelliklerini ve özelliklerini, bazı doğrudan analoji sistemlerine (elektronik analog modelleme çeşitleri) dayalı olarak farklı bir yapıya sahip bir modelleme nesnesinde yeniden üretir.

bilgilendirici - bir nesnenin, sürecin, olgunun özelliklerini ve durumlarını ve bunların dış dünya ile ilişkilerini karakterize eden bir dizi bilgi).

2.1. sözlü - doğal dilde sözlü açıklama).
2.2. ikonik - özel işaretlerle ifade edilen bilgi modeli (herhangi bir resmi dil aracılığıyla).

2.2.1. Matematiksel - arasındaki ilişkilerin matematiksel açıklaması kantitatif özellikler simülasyon nesnesi.
2.2.2. Grafik - haritalar, çizimler, diyagramlar, grafikler, diyagramlar, sistem grafikleri.
2.2.3. Tablo - tablolar: nesne özelliği, nesne nesnesi, ikili matrisler vb.

İdeal - maddi bir nokta, kesinlikle katı bir cisim, matematiksel bir sarkaç, ideal bir gaz, sonsuzluk, geometrik bir nokta vb.

3.1. resmi olmayanmodeller - insan beyninde gelişen orijinal nesne hakkındaki fikir sistemleri.
3.2. kısmen resmileştirilmiş.

3.2.1. Sözlü - orijinalin özelliklerinin ve özelliklerinin bazı doğal dillerde açıklaması (proje belgelerinin metin materyalleri, teknik bir deneyin sonuçlarının sözlü açıklaması).
3.2.2. Grafik ikonik - orijinalin özellikleri, özellikleri ve özellikleri, fiilen veya en azından teorik olarak doğrudan görsel algıya (grafik sanatı, teknolojik haritalar) erişilebilir.
3.2.3. Grafik koşullu - grafikler, diyagramlar, diyagramlar şeklinde gözlemlerin ve deneysel çalışmaların verileri.

3.3. Oldukça resmileştirilmiş(Matematiksel modeller.

Model Özellikleri

Uzuv : model, orijinali yalnızca sınırlı sayıda ilişkisinde yansıtır ve ayrıca modelleme kaynakları sınırlıdır;
Basitlik : model, nesnenin yalnızca temel özelliklerini gösterir;
yaklaşık: gerçeklik kabaca veya yaklaşık olarak model tarafından gösterilir;
Yeterlilik : modelin, modellenen sistemi ne kadar iyi tanımladığı;
bilgilendirici: model, sistem hakkında yeterli bilgiyi içermelidir - modelin inşasında benimsenen hipotezler çerçevesinde;
potansiyel: modelin öngörülebilirliği ve özellikleri;
karmaşıklık : kullanım kolaylığı;
bütünlük : gerekli tüm özellikler dikkate alınır;
Uyarlanabilirlik.

Şuna da dikkat edilmelidir:

Model, bileşenleri konu olan bir "dörtlü yapı" dır; konu tarafından çözülen görev; orijinal nesne ve açıklama dili veya modelin yeniden üretilme şekli. Konu tarafından çözülen problem, genelleştirilmiş modelin yapısında özel bir rol oynar. Bir görev veya görevler sınıfı bağlamı dışında, model kavramı anlamsızdır.
Genel olarak konuşursak, her maddi nesne, farklı görevlerle ilişkili, eşit derecede yeterli, ancak esasen farklı modellerden oluşan sayısız bir diziye karşılık gelir.
Görev-nesne çifti, prensipte aynı bilgiyi içeren, ancak sunum veya çoğaltma biçimlerinde farklılık gösteren bir dizi modele de karşılık gelir.
Model, tanımı gereği, orijinal nesnenin her zaman yalnızca göreli, yaklaşık bir benzerliğidir ve bilgi açısından temelde ikincisinden daha zayıftır. Bu onun temel özelliğidir.
Kabul edilen tanımda görünen orijinal nesnenin keyfi doğası, bu nesnenin maddi-materyal olabileceği, doğası gereği tamamen bilgilendirici olabileceği ve son olarak heterojen materyal ve bilgi bileşenlerinin bir kompleksi olabileceği anlamına gelir. Bununla birlikte, nesnenin doğası, çözülmekte olan sorunun doğası ve uygulama yöntemi ne olursa olsun, model bir bilgi varlığıdır.
Teorik olarak geliştirilmiş bilimsel ve teknik disiplinler için çok önemli olan özel bir durum, modelleme nesnesinin araştırmadaki rolü veya uygulamalı görev doğrudan düşünülen gerçek dünyanın bir parçası tarafından değil, bazı ideal yapılar tarafından oynanır, yani. aslında, daha önce oluşturulmuş ve pratik olarak güvenilir başka bir model. Bu tür ikincil ve genel durumda, n-katlı modelleme, temel doğa bilimleri için tipik olan deneysel verilere karşı elde edilen sonuçların müteakip doğrulaması ile teorik yöntemlerle gerçekleştirilebilir. Teorik olarak daha az gelişmiş bilgi alanlarında (biyoloji, bazı teknik disiplinler), ikincil model genellikle mevcut teorilerin kapsamadığı ampirik bilgileri içerir.

Bir model oluşturma işlemine modelleme denir.

Bilim ve teknolojideki "model" kavramının belirsizliği nedeniyle, modelleme türlerinin tek bir sınıflandırması yoktur: sınıflandırma, modellerin doğasına, modellenen nesnelerin doğasına ve alanlara göre yapılabilir. modellemenin uygulanması (mühendislikte, fizik bilimlerinde, sibernetikte, vb.). Örneğin, aşağıdaki modelleme türleri ayırt edilebilir:

bilgi modelleme
bilgisayar modelleme
matematik modelleme
Matematiksel-kartografik modelleme
moleküler modelleme
Dijital Simülasyon
Mantık Modelleme
Pedagojik Modelleme
Psikolojik modelleme
istatistiksel modelleme
yapısal modelleme
Fiziksel modelleme
Ekonomik ve matematiksel modelleme
Simülasyon
evrimsel modelleme
Grafik ve geometrik modelleme
Tam ölçekli modelleme

bilgisayar modellemebir bilgisayarda bir bilgi modeli uygulama ve bu modeli kullanarak bir simülasyon nesnesini araştırma sürecini içerir - hesaplamalı bir deney yapmak. Bilgisayar simülasyonu yardımıyla birçok bilimsel ve endüstriyel sorun çözülmektedir.

Gerçek bir nesnenin temel yönlerini vurgulamak ve eldeki görev açısından ikincil özelliklerinden dikkati dağıtmak, analitik beceriler geliştirmenize olanak tanır. Nesne modelinin bir bilgisayarda uygulanması, programlama dillerinin yanı sıra uygulama programları hakkında bilgi gerektirir.

Pratik kısımda, aşağıdaki şemaya göre modeller oluşturdum:

Problem bildirimi (görev tanımı, modelleme hedefleri, görev formalizasyonu);
Model geliştirme;
Bilgisayar deneyi;
Simülasyon sonuçlarının analizi.

PRATİK BÖLÜM

Çeşitli süreçlerin ve fenomenlerin modellenmesi

Çalışma 1 "Bir maddenin özgül ısı kapasitesinin belirlenmesi."

Çalışmanın amacı: belirli bir maddenin özgül ısı kapasitesini deneysel olarak belirlemek.

İlk aşama

İkinci aşama

Ölçülen değerlerin girilmesi.
Bir maddenin özgül ısı kapasitesinin değerini hesaplamak için formüllerin tanıtılması.
Özgül ısı kapasitesinin hesaplanması.

Üçüncü sahne . Isı kapasitesinin tablo ve deneysel değerini karşılaştırın.

Bir maddenin özgül ısı kapasitesinin belirlenmesi

Cisimler ve çevre arasındaki mekanik iş yapmadan iç enerji alışverişine ısı transferi denir.

Isı transferi sırasında, farklı sıcaklıklara sahip cisimlerin moleküllerinin etkileşimi, daha yüksek sıcaklıktaki bir cisimden daha düşük sıcaklıktaki bir cisme enerji transferine yol açar.

Gövdeler arasında ısı alışverişi olursa, tüm ısıtma gövdelerinin iç enerjisi, soğutma gövdelerinin iç enerjisi kadar azalır.

İş emri:

Kalorimetrenin iç alüminyum kabını tartın. İçine kabın yaklaşık yarısına kadar su dökün ve kaptaki su kütlesini belirlemek için tekrar tartın. Kaptaki suyun başlangıç sıcaklığını ölçün.

Tüm sınıf için ortak olan kaynar suya sahip bir kaptan, elinizi yakmamak için dikkatlice metal bir silindiri tel kancayla çıkarın ve kalorimetreye indirin.

Kalorimetredeki suyun sıcaklığını izleyin. Sıcaklık ulaştığında maksimum değer ve yükselmeyi durdurursa, değerini tabloya yazınız.

Silindiri filtre kağıdı ile kurutarak kaptan çıkarın, tartın ve silindirin kütlesini tabloya kaydedin.

Isı dengesi denkleminden

c 1 m 1 (T-t 1 )+c 2 m 2 (T-t 1 )=cm(t 2 -T)

Silindirin yapıldığı maddenin özgül ısı kapasitesini hesaplayınız.

m 1 alüminyum kabın kütlesidir;

c 1 alüminyumun özgül ısı kapasitesidir;

m 2 - su kütlesi;

2'den beri - suyun özgül ısı kapasitesi;

t1 - ilk su sıcaklığı

M - silindirin kütlesi;

t2 - silindirin başlangıç sıcaklığı;

T - genel sıcaklık

Çalışma 2 "Bir yay sarkacının salınımlarının incelenmesi"

Çalışmanın amacı: yayın sertliğini deneysel olarak belirlemek ve yay sarkacının salınım sıklığını belirlemek. Salınım frekansının asılı yükün kütlesine bağımlılığını öğrenin.

İlk aşama . Matematiksel bir model derleniyor.

İkinci aşama . Derlenmiş modelle çalışmak.

Yay sabiti değerini hesaplamak için formülleri girin.
Bir yay sarkacının salınım frekansının teorik ve deneysel değerlerini hesaplamak için formül hücrelerine giriş.
Bir yaydan çeşitli kütlelerdeki yükleri asarak deneyler yapmak. Sonuçları bir tabloya kaydedin.

Üçüncü sahne . Salınım frekansının asılı yükün kütlesine bağımlılığı hakkında bir sonuca varın. Teorik ve deneysel frekans değerlerini karşılaştırın.

Laboratuvar atölyesindeki çalışmanın tanımı:

Çelik bir yay üzerinde asılı duran ve dengeden çıkarılan bir yük, yerçekimi etkisi ve yayın esnekliği altında harmonik salınımlar gerçekleştirir. Böyle bir yay sarkacının salınımlarının doğal frekansı, ifade ile belirlenir.

nerede k - yay sertliği; m - vücut ağırlığı.

Görev laboratuvar işi teorik olarak elde edilen düzenliliği deneysel olarak doğrulamaktır. Bu sorunu çözmek için önce rijitliği belirlememiz gerekir. k laboratuvar kurulumunda kullanılan yaylar, kütle M doğal frekansı yükleyin ve hesaplayın 0 sarkaç salınımları. Daha sonra ağırlık asılarak M yay üzerinde, teorik sonucu deneysel olarak kontrol edin.

İşin tamamlanması.

1. Yayı tripodun ayağına sabitleyin ve ondan 100 g'lık bir ağırlık asın.Ölçü cetvelini dikey olarak ağırlığın yanına sabitleyin ve ağırlığın başlangıç konumunu işaretleyin.

2. Her biri 100 g olan iki ağırlık daha yaya asın ve F2N kuvvetinin neden olduğu uzamasını ölçün. kuvvetin değerini girin F ve uzantılar x masaya ve sertlik değerini alacaksınız k formül ile hesaplanan yay

3. Yay sabitinin değerini bilerek doğal frekansı hesaplayın 0 100, 200, 300 ve 400 g kütleli bir yaylı sarkacın salınımları.

4. Her durum için salınım frekansını deneysel olarak belirleyin sarkaç. Bunu yapmak için zaman aralığını ölçünt, sarkacın 10-20 tam salınım yapacağı ve formülle hesaplanan frekans değerini alacaksınız.

nerede salınımların sayısıdır.

5. Hesaplanan doğal frekans değerlerini karşılaştırın 0 frekanslı bir yay sarkacının salınımları deneysel olarak elde edilmiştir.

Çalışma 3 "Mekanik enerjinin korunumu yasası"

Çalışmanın amacı: mekanik enerjinin korunumu yasasını deneysel olarak kontrol edin.

İlk aşama . Matematiksel bir model çizmek.

İkinci aşama . Derlenmiş modelle çalışmak.

Bir elektronik tabloya veri girme.
Potansiyel ve kinetik enerjinin değerini hesaplamak için formülleri girin.
Deneyler yapmak. Sonuçları bir tabloya kaydedin.

Üçüncü sahne . Topun kinetik enerjisi ile potansiyel enerjisindeki değişimi karşılaştırın, bir sonuç çıkarın.

Laboratuar atölyesindeki çalışmanın tanımı

MEKANİK ENERJİNİN KORUNUMU YASASININ DOĞRULANMASI.

Çalışmada, kapalı bir sistemin toplam mekanik enerjisinin, cisimler arasında yalnızca yerçekimi ve elastik kuvvetler hareket ediyorsa değişmeden kaldığını deneysel olarak belirlemek gerekir.

Deney için kurulum Şekil 1'de gösterilmektedir. A çubuğu dikey konumdan saptığında, ucundaki top belirli bir yüksekliğe yükselecektir. H nispeten giriş seviyesi. Bu durumda, Dünya-topu etkileşimli cisimler sistemi, ek bir potansiyel enerji kaynağı elde eder.∆Ep=mgh.

Çubuk serbest bırakılırsa, özel bir durma noktasına kadar dikey konuma geri dönecektir. Sürtünme kuvvetleri ve çubuğun elastik deformasyonunun potansiyel enerjisindeki değişikliklerin çok küçük olduğu göz önüne alındığında, çubuğun hareketi sırasında topa yalnızca yerçekimi ve elastik kuvvetlerin etki ettiği varsayılabilir. Mekanik enerjinin korunumu yasasına göre, geçiş anında topun kinetik enerjisinin başlangıç pozisyonu potansiyel enerjisindeki değişime eşit olacaktır:

Bir topun kinetik enerjisini belirlemek için hızını ölçmek gerekir. Bunun için cihazı yüksekte bir tripodun ayağına sabitleyin. H masanın yüzeyinin üzerinde, bilyeli çubuğu yana alın ve ardından bırakın. Çubuk dayanağa çarptığında, top çubuktan atlar ve atalet nedeniyle bir hızla hareket etmeye devam eder. v yatay yönde. Balonun mesafesini ölçerek ben bir parabol boyunca hareket ettiğinde yatay hızı belirleyebilirsiniz v:

nerede - topun bir yükseklikten serbest düşme süresi H.

Topun kütlesini belirleme M Terazi kullanarak kinetik enerjisini bulabilir ve potansiyel enerjideki değişimle karşılaştırabilirsiniz.∆ep.

Bu çalışmanın pratik kısmında modeller yaptım fiziksel süreçler, matematiksel modellerin yanı sıra laboratuvar çalışmalarının bir açıklaması verilir.

Çalışma sonucunda aşağıdaki modelleri oluşturdum:

Vücutların hareketinin fiziksel modelleri (Ms Excel, fizik konusu)

Düzgün doğrusal hareket, düzgün hızlandırılmış hareket (Ms Excel, fizik konusu);

Ufuk açısıyla fırlatılan bir cismin hareketleri (Ms Excel, fizik konusu);

Sürtünme kuvvetini hesaba katan cisimlerin hareketleri (Ms Excel, fizik konusu);

Vücuda etki eden birçok kuvveti hesaba katan cisimlerin hareketleri (Ms Excel, fizik konusu);

Bir maddenin özgül ısı kapasitesinin belirlenmesi (Ms Excel, fizik konusu);

Bir yay sarkacının salınımları (MS Excel, fizik konusu);

Aritmetik ve cebirsel ilerlemeleri hesaplamak için matematiksel model; (Ms Excel, konu cebiri);

Değişiklik değişkenliğinin bilgisayar modeli (Ms Excel, biyoloji konusu);

"Canlı Matematik" programında fonksiyon grafiklerinin oluşturulması ve incelenmesi.

Modelleri oluşturduktan sonra şu sonuca varabiliriz: Bir modeli doğru bir şekilde oluşturmak için bir hedef belirlemeniz gerekir, teorik bölümde sunulan şemayı takip ettim.

Çözüm

kullanmanın faydasını gördüm Excel programları:

a) Excel programının işlevselliği, deneysel verilerin işlenmesini, modellerin oluşturulmasını ve araştırılmasını otomatikleştirmek için açıkça tüm ihtiyaçları kapsar; b) vardır anlaşılır arayüz; c) Excel çalışması, bilgisayar bilimlerindeki genel eğitim programları tarafından sağlanır, bu nedenle, etkili bir şekilde mümkündür. excel kullanarak; G) bu program bir öğrenci olarak benim için temelde önemli olan, öğrenmesi ve yönetmesi kolay; e) işteki faaliyetlerin sonuçları Excel sayfası(metinler, tablolar, grafikler, formüller) kullanıcıya "açıktır".

Bilinen tüm yazılımlar arasında Excel araçları grafiklerle çalışmak için belki de en zengin araç setine sahiptir. Program, otomatik tamamlama tekniklerini kullanarak verileri tablo biçiminde sunmanıza, bunları büyük bir işlev kitaplığı kullanarak hızlı bir şekilde dönüştürmenize, grafikler oluşturmanıza, hemen hemen tüm öğeler için düzenlemenize, grafiğin herhangi bir parçasının görüntüsünü büyütmenize, eksenler boyunca işlevsel ölçekler seçmenize olanak tanır. , tahmin grafikleri vb.

Çalışmayı özetlemek gerekirse, bu çalışmanın başında belirlenen hedefe ulaşıldığı sonucuna varmak istiyorum. Araştırmam, herhangi bir süreci veya olguyu modellemenin gerçekten mümkün olduğunu gösterdi. Hipotezim doğru. Yeterli sayıda bu tür model oluşturduğumda buna ikna oldum. Herhangi bir model oluşturmak için, bu çalışmanın pratik bölümünde benim tarafımdan açıklanan belirli kurallara uymanız gerekir.

Bu çalışmaya devam edilecek, modelleme işlemlerine izin veren diğer programlar çalışılacaktır.

KAYNAKÇA

Degtyarev B.I., Degtyareva I.B., Pozhidayev S.V. , Fizikteki problemlerin programlanabilir hesap makinelerinde çözülmesi, M., Eğitim, 1991
Lisede fizikte gösteri deneyi. Ed. Pokrovsky A.A., M. Aydınlanma, 1972
Dolgolaptev V. Excel 7.0'da çalışın. Windows 95.M., Binom, 1995 için
Efimenko G.E. Elektronik tabloları kullanarak çevre sorunlarını çözme. Bilişim, Sayı 5 - 2000
Zlatopolsky DM, Elektronik tabloları kullanarak denklemleri çözme. Bilişim, Sayı 41 - 2000
Ivanov V. Microsoft Office Sistemi 2003. Rusça versiyonu. "Piter" yayınevi, 2005
Izvozchikov V.A., Slutsky A.M., Bilgisayarda fizik problemlerini çözme, M., Enlightenment, 1999.
Nechaev V.M. Elektronik tablolar ve veritabanları. Bilişim, Sayı 36 - 1999
Eğitim kurumları için programlar. Fizik 7-11. Sınıflar, M., Bustard, 2004
Saikov B.P. Excel: grafik oluşturma. Bilişim ve Eğitim Sayı 9 - 2001
Fizikte problemlerin toplanması. Ed. SM Kozela, M., Nauka, 1983
Şemakin İ.G. , Sheina T.Yu., Lisede temel bilgisayar bilimi dersi verilmesi., M., Binom yayınevi, 2004
Fizik dersi modern okul. Ed. VG Razumovsky, M. Aydınlanma, 1993