ОСНОВЫ И ПРИМЕНЕНИЕ КОМПЬЮТЕРНОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ

Компьютерная модель — компьютерная программа, работающая на отдельном компьютере, суперкомпьютере или множестве взаимодействующих компьютеров вычислительных узлов, реализующая представление объекта, системы или понятия в форме, отличной от реальной, но приближенной к алгоритмическому описанию, включающей и набор данных, характеризующих свойства системы и динамику их изменения со временем [2].

Компьютерное моделирование - это программа или сеть компьютеров, которая имитирует абстрактную модель конкретной системы. Компьютерное моделирование стало полезной частью математического моделирования и многих естественных систем в физике, химии, биологии.

Компьютерное моделирование варьируется от компьютерных программ, которые работают несколько минут, до базы компьютеров, работающих в течение нескольких часов, или текущих симуляций, которые выполняются несколько дней. В последнее время компьютерное моделирование физических процессов выполняется с применением различных прикладных программ. Можно встретить большое количество работ, выполненных в Matlab. Такие исследования позволяют изучить всевозможные физические процессы, которые в реальности человек наблюдать не сможет.

Традиционно формальное моделирование систем осуществляется с помощью математической модели, которая находит аналитическое решение проблемы, что позволяет предсказывать поведение системы по набору параметров и начальному условию. В то время как компьютерное моделирование может использовать некоторые алгоритмы из чисто математических моделей, компьютеры могут комбинировать моделирование с реальными событиями, таких как генерация входных ответов для имитации в системе. Весь процесс может проводиться с использованием фактического оборудования или системы, которую они используют, с указанием пределов производительности или дефектов в долгосрочном использовании имитируемых объектов.

Компьютерное моделирование используется во многих областях, включая науку, технологию, а также планирование. Достаточно широкое применение находит в промышленности. С его помощью разрабатываются новые изделия, проектируются новые машины, задаются условия их работы и проводятся виртуальные испытания. Если составленная модель обладает достаточной степенью адекватности, можно утверждать, что результаты реальных испытаний будут аналогичны виртуальным [1].

Компьютерное моделирование часто используется как дополнение или замена для систем моделирования, для которых простая замкнутая форма аналитического решения невозможна. Существует много различных типов компьютерного моделирования. Общей особенностью, которую они все разделяют, является попытка создать образец сценария для модели, в котором идет полное перечисление всех возможных состояний модели. Первоначально компьютерные модели использовались в качестве дополнения к другим аргументам, но их использование позднее стало довольно распространенным.

Компьютерные модели можно классифицировать как:

• стохастические или детерминированные

• стационарные или динамические

• непрерывные или дискретные

• локальные или распределенные.

Например, стационарные модели используют уравнения, определяющие отношения между элементами моделируемой системы и находят состояние, в котором система находится в равновесии. Такие модели часто используются при моделировании физических систем, как более простых. Стохастические модели используют генераторы случайных чисел для моделирования случайных величин или случайных событий. Моделирование дискретных событий управляет событиями во времени. Большинство компьютерных, логических тестов и симуляций дерева ошибок относятся к этому типу. В этом типе моделирования, симулятор поддерживает очередь событий, отсортированных по моделируемому времени, в которых они должны произойти. Симулятор рассматривает очередь и запускает новые события. Чаще всего важно иметь доступ к данным, полученным в результате моделирования, обнаружить логические недостатки в дизайне или последовательности событий. Динамическое моделирование выполняет численные решения дифференциально-алгебраических уравнений. Периодически программа моделирования решает все уравнения и использует номера для изменения состояния и итога моделирования.

Первоначально эти виды моделирования были фактически реализованы на аналоговых компьютерах, где дифференциальные уравнения были представлены различными электрическими компонентами, такими как операционные усилители. В конце 1980-х годов большинство «аналоговых» симуляций выполнялось на обычных цифровых компьютерах, которые эмулируют поведение аналогового компьютера. Специальный тип дискретного моделирования, который не зависит от модели с лежащим в ее основе уравнением, но может быть представлен формально, это симуляция на основе агентов. В агентах моделирования, отдельные объекты, такие как молекулы, клетки, деревья или потребители в модели представлены непосредственно и обладают внутренним состоянием и набором правил, которые определяют, как состояние агента обновляется с течением времени. Распределенные модели работают с сетью взаимосвязанных компьютеров.

Компьютерное моделирование CGI

Раньше выходные данные от компьютерного моделирования иногда представлялись в таблице или матрице, показывающие, как на данные повлияли многочисленные изменения в параметрах моделирования. Использование матричного формата было связано с традиционным использованием концепции матрицы в математических моделях. Однако, психологи отметили, что люди могут быстро адаптироваться к изменениям, просматривая графики или даже движущиеся изображения, генерируемых из данных, отображаемых компьютерной анимацией.

Сегодня модели прогнозирования погоды имеют тенденцию распределять дождевые облака и снег на карте, используя числовые координаты и числовые метки времени события. Другие приложения компьютерного моделирования разрабатываются для графического отображения больших объемов данных в движении, так как изменения происходят во время симуляции.

Компьютерное моделирование достаточно широко применяется в различных отраслях науки и техники, постепенно вытесняя реальные эксперименты и опыты. Оно настолько прочно вошло в нашу жизнь, что уже достаточно сложно представить себе ситуацию, когда придется от этого способа изучения реального мира отказаться. Это явление объясняется достаточно легко: с помощью данного процесса можно достичь значительных результатов в самые кротчайшие сроки, позволяя проникнуть в ту область реальности, которая для человека недостижима.

Список литературы:

1. Как выполняется компьютерное моделирование [Электронный ресурс] – Режим доступа. – URL: http://goo.gl/nhfvCT (дата обращения: 02.06.18).
2. Компьютерное моделирование [Электронный ресурс] – Режим доступа. – URL: http://goo.gl/R7LEi3 (дата обращения: 02.06.18).