Kompyuter modellashtirish - kompyuterlarda bilimlarni ifodalash uchun asos. Yangi ma'lumotlarning tug'ilishi uchun kompyuter modellashtirish kompyuter yordamida yangilanishi mumkin bo'lgan har qanday ma'lumotdan foydalanadi. Modellashtirishning rivojlanishi kompyuterda modellashtirish tizimlarining rivojlanishi bilan, axborot texnologiyalaridagi taraqqiyot esa kompyuterda modellashtirish tajribasini yangilash, bankdan yangi modellarni yig'ish imkonini beruvchi modellar, usullar va dasturiy ta'minot tizimlari banklarini yaratish bilan bog'liq. modellar.

Kompyuter simulyatsiyasining bir turi - hisoblash tajribasi, ya'ni eksperimentator tomonidan o'rganilayotgan tizim yoki jarayonda eksperimental vosita - kompyuter, kompyuter muhiti, texnologiya yordamida amalga oshiriladigan tajriba.

Hisoblash tajribasi yangi vositaga, ilmiy bilish usuliga, yangi texnologiyaga aylanib bormoqda, shuningdek tizimlarning chiziqli matematik modellarini o'rganishdan o'tish zarurati ortib borayotganligi sababli (uning tadqiqot usullari va nazariyasi juda yaxshi ma'lum yoki ishlab chiqilgan) tizimlarning murakkab va chiziqli bo'lmagan matematik modellarini o'rganishga (ularni tahlil qilish ancha qiyin). Taxminan aytganda, bizning atrofdagi dunyo haqidagi bilimimiz chiziqli, atrofdagi olamdagi jarayonlar esa chiziqli emas.

Hisoblash eksperimenti sizga yangi naqshlarni topish, gipotezalarni sinab ko'rish, voqealar rivojini tasavvur qilish va h.k. imkonini beradi.

Rivojlanish bilan Kompyuter fanlari yangi noyob tadqiqot usuli - kompyuter tajribasi paydo bo'ldi. Kompyuter eksperimenti model bilan ishlashning ma'lum ketma-ketligini, kompyuter modeli bo'yicha foydalanuvchining maqsadli harakatlari to'plamini o'z ichiga oladi.

4-bosqich. Simulyatsiya natijalarini tahlil qilish.

Yakuniy maqsad modellashtirish - olingan natijalarni har tomonlama tahlil qilish asosida ishlab chiqilishi kerak bo'lgan qaror qabul qilish. Bu bosqich hal qiluvchi - yo o'qishni davom ettirasiz, yoki tugatasiz. Ehtimol, siz kutilgan natijani bilasiz, keyin olingan va kutilgan natijalarni taqqoslashingiz kerak. Agar o'yin bo'lsa, siz qaror qabul qilishingiz mumkin.

Yechimni ishlab chiqish uchun asos sinov va tajribalar natijalari hisoblanadi. Agar natijalar topshiriqning maqsadlariga mos kelmasa, bu avvalgi bosqichlarda xatolarga yo'l qo'yilganligini anglatadi. Bu axborot modelining juda soddalashtirilgan qurilishi yoki modellashtirish usuli yoki muhitining muvaffaqiyatsiz tanlanishi yoki modelni yaratishda texnologik usullarning buzilishi bo'lishi mumkin. Agar bunday xatolar topilsa, unda modelni sozlash , ya'ni oldingi bosqichlardan biriga qaytish. Jarayon takrorlaydi eksperiment natijalari uchrashguncha maqsadlar modellashtirish. Esda tutish kerak bo'lgan asosiy narsa shundaki, aniqlangan xato ham natijadir. Maqolda aytilganidek, siz xatolaringizdan saboq olasiz.

Simulyatsiya dasturlari

ANSYS- chekli elementlarning universal dasturiy tizimi ( FEM) so'nggi 30 yil ichida mavjud bo'lgan va rivojlanayotgan tahlil kompyuter injiniringi sohasidagi mutaxassislar orasida juda mashhur ( CAE, Kompyuter texnikasi) va deformatsiyalanuvchi mexanikaning chiziqli va chiziqli bo'lmagan, statsionar va statsionar bo'lmagan fazoviy muammolarining FE yechimlari. qattiq tana va konstruksiyalar mexanikasi (shu jumladan strukturaviy elementlarning statsionar bo‘lmagan geometrik va fizik nochiziqli kontaktli o‘zaro ta’siri), suyuqlik va gaz mexanikasi, issiqlik uzatish va issiqlik uzatish masalalari, elektrodinamika, akustika, shuningdek, bog‘langan maydonlar mexanikasi. Ba'zi sohalarda modellashtirish va tahlil qilish "loyihalash - ishlab chiqarish - sinov" kabi qimmat va uzoq davom etadigan rivojlanish tsikllaridan qochadi. Tizim geometrik yadro asosida ishlaydi Parasolid .

AnyLogic - dasturiy ta'minot Uchun simulyatsiya modellashtirish murakkab tizimlar Va jarayonlar, rivojlangan rus XJ Technologies tomonidan ( Ingliz XJ texnologiyalar). Dasturda bor foydalanuvchining grafik muhiti va foydalanish imkonini beradi Java tili model ishlab chiqish uchun .

AnyLogic modellari har qanday asosiy simulyatsiya modellashtirish paradigmalariga asoslanishi mumkin: diskret hodisa simulyatsiyasi, tizim dinamikasi, Va agent modellashtirish.

Tizim dinamikasi va diskret-hodisa (jarayon) modellashtirish, bu orqali biz g'oyalarning har qanday rivojlanishini tushunamiz GPSS An'anaviy yaxshi o'rnatilgan yondashuvlar bo'lib, agentga asoslangan modellashtirish nisbatan yangi. Tizim dinamikasi asosan vaqt bo'yicha uzluksiz bo'lgan jarayonlar bilan, diskret-hodisalar va agentga asoslangan modellashtirish - diskretlar bilan ishlaydi.

Tizim dinamikasi va diskret hodisalarni modellashtirish tarixan butunlay boshqa talabalar guruhlariga: boshqaruv, ishlab chiqarish muhandislari va boshqaruv tizimini loyihalash bo'yicha muhandislarga o'rgatilgan. Natijada, bir-biri bilan deyarli hech qachon muloqot qilmaydigan uch xil deyarli bir-biriga mos kelmaydigan jamoalar paydo bo'ldi.

Agentga asoslangan modellashtirish yaqin vaqtgacha qat'iy akademik soha bo'lib kelgan. Biroq, biznes tomonidan global optimallashtirishga bo'lgan talab ortib borayotgani etakchi tahlilchilarni turli xarakterdagi murakkab jarayonlarning o'zaro ta'siri haqida to'liqroq tasavvurga ega bo'lish uchun agentga asoslangan modellashtirishga va uning an'anaviy yondashuvlar bilan uyg'unligiga e'tibor berishga majbur qildi. Shunday qilib, turli yondashuvlarni birlashtirishga imkon beruvchi dasturiy platformalarga talab paydo bo'ldi.

Endi abstraksiya darajasi shkalasida simulyatsiya modellashtirish yondashuvlarini ko'rib chiqamiz. Tizim dinamikasi alohida ob'ektlarni ularning agregatlari bilan almashtirish orqali eng yuqori darajadagi mavhumlikni o'z ichiga oladi. Diskret hodisa simulyatsiyasi past va o'rta diapazonda ishlaydi. Agentga asoslangan modellashtirishga kelsak, u deyarli har qanday darajada va har qanday miqyosda qo'llanilishi mumkin. Agentlar jismoniy makonda piyodalar, avtomobillar yoki robotlarni, o'rta darajadagi mijoz yoki sotuvchini yoki yuqori darajadagi raqobatdosh kompaniyalarni ifodalashi mumkin.

AnyLogic-da modellarni ishlab chiqishda siz bir nechta modellashtirish usullaridan tushunchalar va vositalardan foydalanishingiz mumkin, masalan, agentga asoslangan modelda, atrof-muhit holatidagi o'zgarishlarni aks ettirish uchun tizim dinamikasi usullaridan yoki doimiy modelda. dinamik tizim, diskret hodisalarni hisobga olish. Masalan, simulyatsiya modellashdan foydalangan holda ta'minot zanjirini boshqarish agentlar tomonidan ta'minot zanjiri ishtirokchilarining tavsifini talab qiladi: ishlab chiqaruvchilar, sotuvchilar, iste'molchilar, omborlar tarmog'i. Shu bilan birga, ishlab chiqarish diskret-hodisa (jarayon) modellashtirish doirasida tavsiflanadi, bu erda mahsulot yoki uning qismlari qo'llaniladi, avtomobillar, poezdlar, stakerlar esa resurslardir. Yetkazib berishning o'zi diskret hodisalar bilan ifodalanadi, ammo tovarlarga bo'lgan talabni uzluksiz tizim-dinamik diagramma bilan tavsiflash mumkin. Yondashuvlarni aralashtirish qobiliyati jarayonni mavjud matematik apparatga moslashtirmaslikka emas, balki real hayot jarayonlarini tasvirlashga imkon beradi.

LabVIEW (Ingliz Laboratoriya notiqlik V virtual I asboblar E muhandislik V orkbench) hisoblanadi rivojlanish muhiti Va platforma kompaniyaning "G" grafik dasturlash tilida yaratilgan dasturlarni bajarish Milliy asboblar(AQSH). LabVIEW-ning birinchi versiyasi 1986 yilda chiqarilgan Apple Macintosh, hozirda versiyalari mavjud UNIX, GNU/Linux, MacOS va boshqalar, va eng rivojlangan va mashhur versiyalari uchun Microsoft Windows.

LabVIEW ma'lumotlarni yig'ish va qayta ishlash tizimlarida, shuningdek, texnik ob'ektlar va texnologik jarayonlarni boshqarish uchun ishlatiladi. Mafkuraviy jihatdan LabVIEW juda yaqin SCADA-tizimlar, lekin ulardan farqli o'laroq, u ko'proq sohadagi muammolarni hal qilishga qaratilgan APCS hududda qancha ASNI.

MATLAB(qisqa Ingliz « matritsa Laboratoriya» ) - texnik hisob-kitoblar masalalarini yechish uchun amaliy dasturlar to'plamiga, shuningdek, ushbu paketda qo'llaniladigan dasturlash tiliga ishora qiluvchi atama. MATLAB 1 000 000 dan ortiq muhandis va olimlar tomonidan qo'llaniladi, u eng zamonaviy ustida ishlaydi operatsion tizimlar, shu jumladan GNU/Linux, MacOS, Solaris Va Microsoft Windows .

chinor- dasturiy ta'minot to'plami, Kompyuter algebra tizimi. Bu Waterloo Maple Inc. kompaniyasining mahsulotidir 1984 yil murakkab matematik hisob-kitoblarga, ma’lumotlarni vizuallashtirish va modellashtirishga yo‘naltirilgan dasturiy mahsulotlar ishlab chiqaradi va sotadi.

Maple tizimi uchun mo'ljallangan ramziy hisob-kitoblar, garchi u raqamli yechim uchun bir qator vositalarga ega bo'lsa-da differensial tenglamalar va topish integrallar. U rivojlangan grafiklarga ega. O'zining bor dasturlash tili eslatadi Paskal.

Matematika - Kompyuter algebra tizimi kompaniyalar Volfram tadqiqoti. Ko'pchilikni o'z ichiga oladi funktsiyalari analitik transformatsiyalar uchun ham, sonli hisoblar uchun ham. Bundan tashqari, dastur qo'llab-quvvatlaydi grafika Va ovoz, jumladan, ikki va uch o'lchovli qurilish grafikalar funktsiyalar, o'zboshimchalik bilan chizish geometrik shakllar, Import Va eksport tasvirlar va ovoz.

Prognozlash vositalari- prognozlarni hisoblash funktsiyalariga ega bo'lgan dasturiy mahsulotlar. Prognozlash- biri eng muhim turlari bugungi kunda inson faoliyati. Qadim zamonlarda ham prognozlar odamlarga qurg'oqchilik davrlarini, quyosh va oy tutilish sanalarini va boshqa ko'plab hodisalarni hisoblash imkonini berdi. Kompyuter texnologiyalarining paydo bo'lishi bilan prognozlash rivojlanish uchun kuchli turtki oldi. Kompyuterlarning birinchi qoʻllanilishidan biri snaryadlarning ballistik traektoriyasini hisoblash, yaʼni aslida snaryadning yerga tushish nuqtasini bashorat qilish edi. Ushbu turdagi prognoz deyiladi statik prognoz. Prognozlarning ikkita asosiy toifasi mavjud: statik va dinamik. Asosiy farq shundaki, dinamik prognozlar o'rganilayotgan ob'ektning muhim vaqt oralig'idagi xatti-harakatlari haqida ma'lumot beradi. O'z navbatida, statik prognozlar o'rganilayotgan ob'ektning holatini faqat bir vaqtning o'zida aks ettiradi va, qoida tariqasida, bunday prognozlarda ob'ekt o'zgarishlarga duchor bo'lgan vaqt omili ahamiyatsiz rol o'ynaydi. Bugungi kunga kelib, prognoz qilish imkonini beruvchi ko'plab vositalar mavjud. Ularning barchasini ko'plab mezonlarga ko'ra tasniflash mumkin:

Asbob nomi	Qo'llash doirasi	Amalga oshirilgan modellar	Majburiy foydalanuvchi treningi	Foydalanishga tayyor
Microsoft Excel , openoffice.org	umumiy maqsad	algoritmik, regressiya	statistika bo'yicha asosiy bilimlar	sezilarli takomillashtirish talab qilinadi (modellarni amalga oshirish)
statistika , SPSS , elektron ko'rinishlar	tadqiqot	keng doiradagi regressiya, neyron tarmoq		qutiga solingan mahsulot
matlab	tadqiqot, ilovalarni ishlab chiqish	algoritmik, regressiya, neyron tarmoq	maxsus matematik ta'lim	dasturlash talab qilinadi
SAP APO	biznesni bashorat qilish	algoritmik	chuqur bilim talab etilmaydi
ForecastPro , ForecastX	biznesni bashorat qilish	algoritmik	chuqur bilim talab etilmaydi	qutiga solingan mahsulot
Mantiqiylik	biznesni bashorat qilish	algoritmik, neyron tarmoq	chuqur bilim talab etilmaydi	Muhim yaxshilanish talab etiladi (biznes jarayonlari uchun)
ForecastPro SDK	biznesni bashorat qilish	algoritmik	statistik ma'lumotlarga oid asosiy bilimlar talab qilinadi	dasturlash talab qilinadi (dasturiy ta'minot integratsiyasi)
iLog , AnyLogic , o'ylaymanki MatlabSimulink , GPSS	ilovalarni ishlab chiqish, simulyatsiya	taqlid qilish	maxsus matematik ta'lim talab qilinadi	dasturlash talab qilinadi (mintaqaning o'ziga xos xususiyatlariga ko'ra)

Kompyuter LIRA- turli maqsadlar uchun mashinasozlik va qurilish konstruksiyalarini loyihalash va hisoblash uchun mo'ljallangan ko'p funktsiyali dasturiy ta'minot to'plami. Dasturdagi hisob-kitoblar statik va dinamik ta'sirlar uchun ham amalga oshiriladi. Hisob-kitoblarning asosi chekli elementlar usuli(FEM). Har xil plagin modullari (protsessorlar) po'lat va temir-beton konstruktsiyalarning bo'limlarini tanlash va tekshirish, tuproqni taqlid qilish, ko'priklar va o'rnatish vaqtida binolarning xatti-harakatlarini hisoblash va hokazo.

| O'quv yili uchun darsni rejalashtirish | Modellashtirishning asosiy bosqichlari

2-dars
Modellashtirishning asosiy bosqichlari

Ushbu mavzuni o'rganish orqali siz quyidagilarni bilib olasiz:

Modellashtirish nima;
- modellashtirish uchun prototip sifatida nima xizmat qilishi mumkin;
- modellashtirish inson faoliyatida qanday o'rin tutadi;
- modellashtirishning asosiy bosqichlari qanday;
- kompyuter modeli nima;
Kompyuter tajribasi nima.

kompyuter tajribasi

Yangi dizayn ishlanmalariga hayot berish, ishlab chiqarishga yangi texnik echimlarni kiritish yoki yangi g'oyalarni sinab ko'rish uchun tajriba kerak. Tajriba - bu ob'ekt yoki model bilan amalga oshiriladigan tajriba. Bu ba'zi harakatlarni bajarish va eksperimental namunaning ushbu harakatlarga qanday munosabatda bo'lishini aniqlashdan iborat.

Maktabda siz biologiya, kimyo, fizika, geografiya darslarida tajribalar o'tkazasiz.

Korxonalarda yangi mahsulot namunalarini sinovdan o'tkazishda tajribalar o'tkaziladi. Odatda, buning uchun maxsus yaratilgan o'rnatish qo'llaniladi, bu laboratoriya sharoitida tajriba o'tkazishga imkon beradi yoki haqiqiy mahsulotning o'zi barcha turdagi sinovlardan o'tkaziladi (to'liq miqyosli eksperiment). Masalan, birlik yoki yig'ilishning ishlash xususiyatlarini o'rganish uchun u termostatga joylashtiriladi, maxsus kameralarda muzlatiladi, tebranish stendlarida sinovdan o'tkaziladi, tushiriladi va hokazo. Bu yangi soat yoki changyutgich bo'lsa yaxshi - halokat paytida yo'qotish katta emas. Agar bu samolyot yoki raketa bo'lsa-chi?

Laboratoriya va keng ko'lamli tajribalar katta moddiy xarajatlar va vaqtni talab qiladi, ammo ularning ahamiyati, shunga qaramay, juda katta.

Kompyuter texnologiyalarining rivojlanishi bilan tadqiqotning yangi noyob usuli - kompyuter tajribasi paydo bo'ldi. Ko'pgina hollarda, kompyuter simulyatsiyasi bo'yicha tadqiqotlar yordam berish uchun keldi va ba'zan hatto tajriba namunalari va sinov skameykalarini almashtirish uchun keldi. Kompyuter tajribasini o'tkazish bosqichi ikki bosqichni o'z ichiga oladi: tajriba rejasini tuzish va tadqiqot o'tkazish.

Tajriba rejasi

Tajriba rejasi model bilan ishlash ketma-ketligini aniq aks ettirishi kerak. Bunday rejadagi birinchi qadam har doim modelni sinab ko'rishdir.

Sinov - bu tuzilgan modelning to'g'riligini tekshirish jarayoni.

Test - modelni qurishning to'g'riligini aniqlash imkonini beruvchi dastlabki ma'lumotlar to'plami.

Olingan modellashtirish natijalarining to'g'riligiga ishonch hosil qilish uchun quyidagilar zarur: ♦ modelni yaratish uchun ishlab chiqilgan algoritmni tekshirish; ♦ tuzilgan model asl nusxaning simulyatsiyada hisobga olingan xususiyatlarini to'g'ri aks ettirishiga ishonch hosil qiling.

Modelni qurish algoritmining to'g'riligini tekshirish uchun dastlabki ma'lumotlarning test to'plami qo'llaniladi, buning uchun yakuniy natija oldindan ma'lum yoki boshqa usullar bilan oldindan belgilanadi.

Misol uchun, agar siz modellashtirishda hisoblash formulalaridan foydalansangiz, unda siz dastlabki ma'lumotlar uchun bir nechta variantni tanlashingiz va ularni "qo'lda" hisoblashingiz kerak. Bu test topshiriqlari. Model qurilgach, siz bir xil kirishlar bilan sinovdan o'tkazasiz va simulyatsiya natijalarini hisoblash natijasida olingan xulosalar bilan solishtirasiz. Agar natijalar mos keladigan bo'lsa, unda algoritm to'g'ri ishlab chiqilgan, agar bo'lmasa, ularning nomuvofiqligi sababini izlash va yo'q qilish kerak. Test ma'lumotlari haqiqiy vaziyatni umuman aks ettirmasligi va semantik tarkibga ega bo'lmasligi mumkin. Biroq, sinov jarayonida olingan natijalar sizni dastlabki ma'lumot yoki belgi modelini o'zgartirish haqida o'ylashga undashi mumkin, birinchi navbatda uning semantik mazmuni belgilangan qismida.

Tuzilgan model simulyatsiyada hisobga olingan asl nusxaning xususiyatlarini aks ettirishiga ishonch hosil qilish uchun haqiqiy manba ma'lumotlariga ega test namunasini tanlash kerak.

Tadqiqot o'tkazish

Sinovdan so'ng, tuzilgan modelning to'g'riligiga ishonchingiz komil bo'lganda, siz to'g'ridan-to'g'ri o'rganishga o'tishingiz mumkin.

Rejada simulyatsiya maqsadlariga javob beradigan eksperiment yoki tajribalar seriyasi bo'lishi kerak. Har bir tajriba natijalarni tushunish bilan birga bo'lishi kerak, bu modellashtirish natijalarini tahlil qilish va qarorlar qabul qilish uchun asos bo'lib xizmat qiladi.

Kompyuter tajribasini tayyorlash va o'tkazish sxemasi 11.7-rasmda ko'rsatilgan.

Guruch. 11.7. Kompyuter tajribasi sxemasi

Simulyatsiya natijalarini tahlil qilish

Modellashtirishning yakuniy maqsadi qaror qabul qilish bo'lib, u simulyatsiya natijalarini har tomonlama tahlil qilish asosida ishlab chiqilishi kerak. Bu bosqich hal qiluvchi - yo o'qishni davom ettirasiz, yoki tugatasiz. 11.2-rasmda natijalarni tahlil qilish bosqichi avtonom holda mavjud bo'lishi mumkin emasligini ko'rsatadi. Olingan xulosalar ko'pincha qo'shimcha tajribalar seriyasiga, ba'zan esa muammoni o'zgartirishga yordam beradi.

Sinov va tajribalar natijalari yechimni ishlab chiqish uchun asos bo'lib xizmat qiladi. Agar natijalar topshiriqning maqsadlariga mos kelmasa, bu avvalgi bosqichlarda xatolarga yo'l qo'yilganligini anglatadi. Bu muammoning noto'g'ri bayoni yoki axborot modelining haddan tashqari soddalashtirilgan tuzilishi yoki modellashtirish usuli yoki muhitining muvaffaqiyatsiz tanlanishi yoki modelni qurishda texnologik usullarning buzilishi bo'lishi mumkin. Agar bunday xatolar aniqlansa, modelni tuzatish kerak, ya'ni oldingi bosqichlardan biriga qaytish. Tajriba natijalari simulyatsiya maqsadlariga javob bermaguncha jarayon takrorlanadi.

Esda tutish kerak bo'lgan asosiy narsa shundaki, aniqlangan xato ham natijadir. Maqolda aytilganidek, siz xatolaringizdan saboq olasiz. Bu haqda buyuk rus shoiri A. S. Pushkin ham shunday yozgan:

Oh, bizda qancha ajoyib kashfiyotlar bor
Ma'rifat ruhini tayyorlang
Va tajriba, qiyin xatolarning o'g'li,
Va daho, paradokslar do'stim,
Va tasodif, xudo ixtirochi ...

Nazorat savollari va topshiriqlari

1. Modellashtirish muammosi bayonining ikkita asosiy turi qanday.

2. G. Osterning mashhur "Muammolar kitobi"da quyidagi muammo bor:

Yovuz jodugar tinmay mehnat qilib, kuniga 30 ta malikani tırtılga aylantiradi. 810 ta malikani tırtılga aylantirish uchun unga necha kun kerak bo'ladi? 15 kun ichida ishni bajarish uchun kuniga qancha malika tırtıllara aylanishi kerak?
Qaysi savolni "agar ... nima bo'ladi" turiga va qaysi biri "bunday qilish kerak ..." turiga bog'liq bo'lishi mumkin?

3. Modellashtirishning eng mashhur maqsadlarini sanab o'ting.

4. G. Osterning "Muammolar kitobi" dan o'ynoqi muammoni rasmiylashtiring:

Bir-biridan 27 km uzoqlikda joylashgan ikkita budkadan bir vaqtning o'zida ikkita g'amgin it bir-biriga sakrab chiqdi. Birinchisi soatiga 4 km, ikkinchisi esa 5 km / soat tezlikda ishlaydi.
Jang qachongacha boshlanadi?

5. Iloji boricha "er-xotin poyabzal" ob'ektining ko'plab xususiyatlarini nomlang. Grim surmoq, pardoz qilmoq; yasamoq, tuzmoq axborot modeli turli maqsadlar uchun ob'ekt:
■ yurish uchun poyabzal tanlash;
■ mos poyabzal qutisini tanlash;
■ poyabzalni parvarish qilish uchun krem sotib olish.

6. Kasb tanlash bo'yicha tavsiyanoma berish uchun o'smirning qanday xususiyatlari zarur?

7. Nima uchun kompyuter simulyatsiyada keng qo'llaniladi?

8. Sizga ma'lum bo'lgan kompyuterni modellashtirish vositalarini ayting.

9. Kompyuter tajribasi nima? Misol keltiring.

10. Model sinovi nima?

11. Modellashtirish jarayonida qanday xatolarga duch keladi? Xato topilganda nima qilish kerak?

12. Simulyatsiya natijalarini tahlil qilish nima? Odatda qanday xulosalar chiqariladi?

L. V. Pigalitsin,
, www.levpi.narod.ru, Nijniy Novgorod viloyati, Dzerjinsk, 2-sonli o'rta maktab.

Kompyuter fizikasi tajribasi

4. Hisoblash kompyuter tajribasi

Hisoblash tajribasi aylanadi
mustaqil fan sohasiga aylandi.
R.G.Efremov, fizika-matematika fanlari doktori

Hisoblash kompyuter tajribasi ko'p jihatdan an'anaviy (tabiiy) tajribaga o'xshaydi. Bunga eksperimentlarni rejalashtirish, eksperimental tizimni yaratish, nazorat sinovlari va bir qator eksperimentlarni bajarish, eksperimental ma'lumotlarni qayta ishlash, ularni sharhlash va boshqalar kiradi. Biroq, u haqiqiy ob'ektda emas, balki uning matematik modelida amalga oshiriladi, eksperimental o'rnatish rolini maxsus dastur bilan jihozlangan kompyuter o'ynaydi.

Hisoblash tajribasi tobora ommalashib bormoqda. Ular ko'plab institut va universitetlarda, masalan, Moskva davlat universitetida shug'ullanadilar. M.V.Lomonosov nomidagi Moskva davlat pedagogika universiteti, SB RAS Sitologiya va genetika instituti, institut molekulyar biologiya RAS va boshqalar. Olimlar allaqachon haqiqiy, "ho'l" eksperimentsiz muhim ilmiy natijalarga erishishlari mumkin. Buning uchun nafaqat kompyuter kuchi, balki kerakli algoritmlar va eng muhimi, tushunish ham mavjud. Agar ilgari baham ko'rilgan bo'lsa - in vivo, in vitro, - endi qo'shildi silika ichida. Aslida, hisoblash tajribasi mustaqil fan sohasiga aylanadi.

Bunday tajribaning afzalliklari aniq. Odatda tabiiydan arzonroq. Bu oson va xavfsiz tarzda aralashuvi mumkin. U istalgan vaqtda takrorlanishi va uzilishi mumkin. Ushbu tajriba davomida siz laboratoriyada yaratib bo'lmaydigan sharoitlarni simulyatsiya qilishingiz mumkin. Ammo shuni unutmaslik kerakki, hisoblash tajribasi tabiiy tajribani to'liq almashtira olmaydi va kelajak ular uchundir. oqilona kombinatsiya. Hisoblash kompyuter tajribasi tabiiy tajriba va nazariy modellar o'rtasida ko'prik bo'lib xizmat qiladi. Raqamli simulyatsiyaning boshlang'ich nuqtasi ko'rib chiqilayotgan jismoniy tizimning ideallashtirilgan modelini ishlab chiqishdir.

Hisoblash fizik eksperimentining ba'zi misollarini ko'rib chiqaylik.

Inersiya momenti.“Ochiq fizika”da (2.6, 1-qism) qattiq jismning inersiya momentini topish bo‘yicha qiziqarli hisoblash tajribasi bitta tirgakka bog‘langan to‘rtta shardan iborat tizim misolida keltirilgan. Siz ushbu to'plarning shpaldagi o'rnini o'zgartirishingiz, shuningdek, aylanish o'qining o'rnini tanlashingiz, uni shpalning markazidan ham, uning uchlari orqali ham chizishingiz mumkin. To'plarning har bir joylashuvi uchun talabalar aylanish o'qining parallel ko'chirilishi bo'yicha Shtayner teoremasidan foydalanib, inersiya momentining qiymatini hisoblaydilar. Hisob-kitoblar uchun ma'lumotlar o'qituvchi tomonidan taqdim etiladi. Inersiya momentini hisoblab bo‘lgach, ma’lumotlar dasturga kiritiladi va talabalar tomonidan olingan natijalar tekshiriladi.

"Qora quti". Hisoblash tajribasini amalga oshirish uchun men va talabalarim elektr "qora quti" tarkibini o'rganish uchun bir nechta dasturlarni yaratdik. U rezistorlar, akkor lampalar, diodlar, kondansatörler, bobinlar va boshqalarni o'z ichiga olishi mumkin.

Ma'lum bo'lishicha, ba'zi hollarda "qora quti"ni ochmasdan, turli xil qurilmalarni kirish va chiqishga ulash orqali uning mazmunini bilib olish mumkin. Albatta, maktab darajasida bu oddiy uch yoki to'rt terminalli tarmoq uchun amalga oshirilishi mumkin. Bunday topshiriqlar o'quvchilarning tasavvurini rivojlantiradi, fazoviy fikrlash va ijodkorlik, ularni hal qilish uchun chuqur va mustahkam bilimga ega bo'lish zarurligini aytmasa ham bo'ladi. Shuning uchun ham fizika bo‘yicha ko‘plab Butunittifoq va xalqaro olimpiadalarda mexanika, issiqlik, elektr va optika fanlaridan “qora quti”larni o‘rganish tajriba masalalari sifatida taklif etilishi bejiz emas.

Maxsus kurs darslarida men "qora quti"da bo'lgan uchta haqiqiy laboratoriya ishini o'tkazaman:

- faqat rezistorlar;

- rezistorlar, akkor lampalar va diodlar;

- rezistorlar, kondansatörler, bobinlar, transformatorlar va tebranish davrlari.

Strukturaviy jihatdan "qora qutilar" bo'sh gugurt qutilarida tayyorlanadi. Qutiga elektr zanjiri o'rnatilgan va qutining o'zi yopishqoq lenta bilan yopishtirilgan. Tadqiqot asboblar - avometrlar, generatorlar, osiloskoplar va boshqalar yordamida amalga oshiriladi, chunki. Buning uchun siz CVC va AFC ni yaratishingiz kerak. Talabalar asboblar ko'rsatkichlarini kompyuterga kiritadilar, u natijalarni qayta ishlaydi va CVC va chastota javobini yaratadi. Bu talabalarga “qora quti”da qanday qismlar borligini aniqlash va ularning parametrlarini aniqlash imkonini beradi.

"Qora qutilar" bilan frontal laboratoriya ishlarini olib borishda asboblar va laboratoriya jihozlarining etishmasligi bilan bog'liq qiyinchiliklar mavjud. Haqiqatan ham, tadqiqot uchun, masalan, 15 ta osiloskop, 15 ta ovoz generatori va boshqalar bo'lishi kerak, ya'ni. Aksariyat maktablarda mavjud bo'lmagan 15 ta qimmatbaho jihozlar. Va bu erda virtual "qora qutilar" yordamga keladi - tegishli kompyuter dasturlari.

Ushbu dasturlarning afzalligi shundaki, tadqiqot bir vaqtning o'zida butun sinf tomonidan amalga oshirilishi mumkin. Misol sifatida, tasodifiy sonlar generatori yordamida faqat rezistorlarni o'z ichiga olgan "qora qutilar" ni amalga oshiradigan dasturni ko'rib chiqing. Ish stolining chap tomonida "qora quti" joylashgan. U faqat nuqtalar orasiga joylashtirilishi mumkin bo'lgan rezistorlardan tashkil topgan elektr davriga ega A, B, C Va D.

Talabaning ixtiyorida uchta qurilma mavjud: quvvat manbai (hisob-kitoblarni soddalashtirish uchun uning ichki qarshiligi nolga teng bo'ladi va EMF dastur tomonidan tasodifiy hosil bo'ladi); voltmetr (ichki qarshilik - cheksizlik); ampermetr (ichki qarshilik nolga teng).

Dasturni "qora quti" ichida ishga tushirganingizda, tasodifiy ravishda 1 dan 4 gacha rezistorlarni o'z ichiga olgan elektr zanjiri hosil bo'ladi. Talaba to'rtta urinishni amalga oshirishi mumkin. Har qanday tugmachani bosgandan so'ng, unga har qanday taklif qilingan qurilmalarni istalgan ketma-ketlikda "qora quti" terminallariga ulash taklif etiladi. Masalan, u terminallarga ulangan AB EMF = 3 V bo'lgan oqim manbai (EMF qiymati dastur tomonidan tasodifiy yaratilgan, bu holda u 3 V bo'lib chiqdi). Terminallarga CD voltmetrni ulab, uning ko'rsatkichlari 2,5 V bo'lib chiqdi. Bundan xulosa qilish kerakki, "qora quti" da kamida kuchlanish bo'luvchisi mavjud. Tajribani davom ettirish uchun voltmetr o'rniga siz ampermetrni ulashingiz va ko'rsatkichlarni olishingiz mumkin. Bu ma'lumotlar sirni ochish uchun etarli emasligi aniq. Shuning uchun yana ikkita tajriba o'tkazilishi mumkin: oqim manbai terminallarga ulangan CD, va voltmetr va ampermetr - terminallarga AB. Bu holda olingan ma'lumotlar allaqachon "qora quti" tarkibini ochish uchun etarli bo'ladi. Talaba qog'ozga diagramma chizadi, rezistorlar parametrlarini hisoblab chiqadi va natijalarni o'qituvchiga ko'rsatadi.

O'qituvchi ishni tekshirib, dasturga tegishli kodni kiritadi va ushbu "qora quti" ichidagi sxema va rezistorlar parametrlari ish stolida paydo bo'ladi.

Dastur mening talabalarim tomonidan BASIC tilida yozilgan. Uni ishga tushirish uchun Windows XP yoki ichida Windows Vista emulyatordan foydalanishingiz mumkin DOS, Masalan, dos qutisi. Siz uni mening www.physics-computer.by.ru saytimdan yuklab olishingiz mumkin.

Agar "qora quti" ichida chiziqli bo'lmagan elementlar (akkor lampalar, diodlar va boshqalar) mavjud bo'lsa, unda to'g'ridan-to'g'ri o'lchovlarga qo'shimcha ravishda siz CVC ni olishingiz kerak bo'ladi. Buning uchun oqim manbai, kuchlanish bo'lishi kerak, uning chiqishlarida kuchlanish 0 dan ma'lum bir qiymatga o'zgarishi mumkin.

Endüktanslar va sig'imlarni o'rganish uchun virtual tovush generatori va osiloskop yordamida chastota reaktsiyasini o'lchash kerak.

Tezlik selektori. Mass-spektrometrda tezlik selektori bilan hisoblash tajribasini o'tkazish imkonini beruvchi "Ochiq fizika" dan (2.6, 2-qism) yana bitta dasturni ko'rib chiqamiz. Mass-spektrometr yordamida zarrachaning massasini aniqlash uchun tezliklar bo'yicha zaryadlangan zarrachalarni oldindan tanlashni amalga oshirish kerak. Bu maqsad deb atalmish tomonidan xizmat qiladi tezlik selektorlari.

Eng oddiy tezlik selektorida zaryadlangan zarralar kesishgan bir xil elektr va magnit maydonlarda harakatlanadi. Yassi kondansatör plitalari o'rtasida elektr maydoni hosil bo'ladi, elektromagnit bo'shlig'ida magnit maydon hosil bo'ladi. boshlanish tezligi υ zaryadlangan zarralar vektorlarga perpendikulyar yo'naltirilgan E Va IN .

Zaryadlangan zarrachaga ikkita kuch ta'sir qiladi: elektr quvvati q E va Lorents magnit kuchi q υ × B . Muayyan sharoitlarda bu kuchlar bir-birini aniq muvozanatlashtira oladi. Bunday holda, zaryadlangan zarracha bir tekis va to'g'ri chiziqli harakat qiladi. Kondensator orqali uchib o'tgandan so'ng, zarracha ekrandagi kichik teshikdan o'tadi.

Zarrachaning to'g'ri chiziqli traektoriyasining holati zarrachaning zaryadiga va massasiga bog'liq emas, faqat uning tezligiga bog'liq: qE = qyB→y = E/B.

Kompyuter modelida siz kuchlanish qiymatlarini o'zgartirishingiz mumkin elektr maydoni E, induksiya magnit maydon B va zarrachalarning dastlabki tezligi υ . Tezlikni tanlash tajribasi elektron, proton, a-zarracha va uran-235 va uran-238 ning to'liq ionlangan atomlari uchun amalga oshirilishi mumkin. Ushbu kompyuter modelida hisoblash tajribasi quyidagicha amalga oshiriladi: o'quvchilarga qaysi zaryadlangan zarracha tezlikni tanlash moslamasiga uchishi, elektr maydon kuchi va zarrachaning boshlang'ich tezligi aytiladi. Talabalar yuqoridagi formulalar yordamida magnit maydon kuchini hisoblaydilar. Shundan so'ng ma'lumotlar dasturga kiritiladi va zarrachaning parvozi kuzatiladi. Agar zarracha tezlikni tanlash moslamasi ichida gorizontal ravishda uchib ketsa, u holda hisob-kitoblar to'g'ri bo'ladi.

Bepul paket yordamida murakkabroq hisoblash tajribalarini amalga oshirish mumkin "WINDOWS uchun MODEL VISION". Plastik sumka Model Vision Studio (MVS) murakkab dinamik tizimlarning interaktiv vizual modellarini tezda yaratish va ular bilan hisoblash tajribalarini o'tkazish uchun birlashtirilgan grafik qobiqdir. Paket Sankt-Peterburg davlati Texnik kibernetika fakultetining “Taqsimlangan hisoblash va kompyuter tarmoqlari” kafedrasi “Eksperimental obyekt texnologiyalari” tadqiqot guruhi tomonidan ishlab chiqilgan. texnika universiteti. Paketning bepul qayta tarqatiladigan bepul versiyasi MVS 3.0 www.exponenta.ru saytida mavjud. Atrof muhitda modellashtirish texnologiyasi MVS virtual laboratoriya dastgohi kontseptsiyasiga asoslangan. Foydalanuvchi stendga simulyatsiya qilingan tizimning virtual bloklarini joylashtiradi. Model uchun virtual bloklar kutubxonadan tanlanadi yoki foydalanuvchi tomonidan yana yaratiladi. Plastik sumka MVS hisoblash eksperimentining asosiy bosqichlarini avtomatlashtirish uchun mo'ljallangan: o'rganilayotgan ob'ektning matematik modelini qurish, modelning dasturiy ta'minotini yaratish, model xususiyatlarini o'rganish va natijalarni tahlil qilish uchun qulay shaklda taqdim etish. O'rganilayotgan ob'ekt uzluksiz, diskret yoki gibrid tizimlar sinfiga tegishli bo'lishi mumkin. Paket murakkab jismoniy va texnik tizimlarni o'rganish uchun eng mos keladi.

Misol tariqasida Keling, juda mashhur muammoni ko'rib chiqaylik. Mayli moddiy nuqta gorizontal tekislikka qaysidir burchak ostida tashlanadi va bu tekislik bilan mutlaqo elastik to'qnashadi. Ushbu model namunaviy modellashtirish paketlarining demo to'plamida deyarli majburiy bo'lib qoldi. Haqiqatan ham, bu doimiy xatti-harakatlar (gravitatsion maydonda uchish) va diskret hodisalar (sakrashlar) bilan odatiy gibrid tizimdir. Bu misol, shuningdek, modellashtirishga ob'ektga yo'naltirilgan yondashuvni ko'rsatadi: atmosferada uchayotgan to'p havosiz fazoda uchayotgan to'pning avlodi bo'lib, o'ziga xos xususiyatlarni qo'shish bilan birga barcha umumiy xususiyatlarni avtomatik ravishda meros qilib oladi.

Foydalanuvchi nuqtai nazaridan, modellashtirishning oxirgi, yakuniy bosqichi hisoblash tajribasi natijalarini taqdim etish shaklini tavsiflash bosqichidir. Bular jadvallar, grafiklar, yuzalar va hatto real vaqtda natijalarni aks ettiruvchi animatsiyalar bo'lishi mumkin. Shunday qilib, foydalanuvchi haqiqatda tizimning dinamikasini kuzatadi. Fazali bo'shliq nuqtalari harakatlanishi mumkin, foydalanuvchi tomonidan chizilgan strukturaviy elementlar ranglarini o'zgartirishi mumkin va foydalanuvchi ekranda, masalan, isitish yoki sovutish jarayonlarini kuzatishi mumkin. Modelni dasturiy ta'minotni amalga oshirish uchun yaratilgan paketlarda hisoblash tajribasi davomida parametrlarning qiymatlarini o'zgartirish va o'zgarishlarning oqibatlarini darhol ko'rish imkonini beradigan maxsus oynalar taqdim etilishi mumkin.

Jismoniy jarayonlarni vizual modellashtirish bo'yicha juda ko'p ishlar MVS MPGUda bo'lib o'tdi. U erda kurs bo'yicha bir qator virtual ishlar ishlab chiqilgan. umumiy fizika, bu haqiqiy eksperimental o'rnatishlar bilan bog'lanishi mumkin, bu bir vaqtning o'zida real vaqt rejimida displeyda haqiqiy jismoniy jarayonning parametrlari va uning modeli parametrlarining o'zgarishini kuzatish imkonini beradi, uning etarliligini aniq ko'rsatadi. Misol tariqasida men Internet portalining laboratoriya ustaxonasidan mexanika bo'yicha ettita laboratoriya ishini keltiraman ochiq ta'lim, mavjud holatga mos keladi ta'lim standartlari"Fizika o'qituvchisi" ixtisosligi bo'yicha: Atvud mashinasi yordamida to'g'ri chiziqli harakatni o'rganish; o'q tezligini o'lchash; qo'shimcha garmonik tebranishlar; velosiped g'ildiragining inersiya momentini o'lchash; o'qish aylanish harakati qattiq tana; fizik mayatnik yordamida erkin tushish tezlanishini aniqlash; fizik mayatnikning erkin tebranishlarini o'rganish.

Birinchi oltitasi virtual va kompyuterda simulyatsiya qilingan ModelVisionStudioFree, va ikkinchisi ham virtual versiyaga, ham ikkita haqiqiyga ega. Biri uchun Masofaviy ta'lim, talaba mustaqil ravishda katta qog‘oz qisqichi va o‘chirgichdan mayatnik yasashi va uni kompyuter sichqonchasining o‘qi ostiga sharsiz osib qo‘yishi, egilish burchagi maxsus dastur orqali o‘qiladigan va talaba foydalanishi kerak bo‘lgan mayatnik olishi kerak. tajriba natijalarini qayta ishlashda. Ushbu yondashuv talab qilinadigan ba'zi ko'nikmalarga imkon beradi eksperimental ish, faqat shaxsiy kompyuterda ishlang, qolganlari - mavjud haqiqiy qurilmalar bilan ishlashda va jihozlarga masofadan kirishda. Uyda mashq qilish uchun mo'ljallangan boshqa versiyada kunduzgi talabalar bajarish uchun laboratoriya ishi Moskva davlat pedagogika universitetining fizika fakultetining umumiy va eksperimental fizika kafedrasi ustaxonasida talaba virtual modelda eksperimental qurilma bilan ishlash ko'nikmalarini ishlab chiqadi va laboratoriyada u bir vaqtning o'zida tajriba o'tkazadi. ma'lum bir haqiqiy o'rnatish va uning virtual modeli bilan. Shu bilan birga, u optik shkala va sekundomer ko'rinishidagi an'anaviy o'lchash asboblaridan, shuningdek, aniqroq va tezroq vositalardan - optik sichqoncha va kompyuter taymeriga asoslangan harakat sensoridan foydalanadi. Xuddi shu hodisaning uchta ko'rinishini (an'anaviy, kompyuterga ulangan elektron sensorlar yordamida aniqlangan va model) bir vaqtning o'zida taqqoslash, kompyuter simulyatsiyasi ma'lumotlari boshlanganda modelning adekvatligi chegaralari haqida xulosa chiqarishga imkon beradi. bir muncha vaqt o'tgach, haqiqiy o'rnatishda suratga olingan o'qishlardan tobora ko'proq farq qilish.

Yuqorida aytilganlar fizik hisoblash tajribasida kompyuterdan foydalanish imkoniyatlarini tugatmaydi. Shunday qilib, ijodiy ishlaydigan o'qituvchi va uning shogirdlari uchun har doim virtual va haqiqiy jismoniy eksperiment sohasida foydalanilmagan imkoniyatlar bo'ladi.

Agar sizda biron bir fikr yoki taklif bo'lsa har xil turlari jismoniy kompyuter tajribasi, menga yozing:

Bobni yakunlashda biz savolni ko'rib chiqamiz: kompyuter tajribasi va kompyuter simulyatsiyasini qaerga qo'shish kerak ( kompyuter simulyatsiyalar) !

Dastlab, kompyuter simulyatsiyasi meteorologiya va yadro fizikasida paydo bo'lgan, ammo bugungi kunda uni fan va texnikada qo'llash doirasi juda keng. Shu munosabat bilan, "global modellashtirish" misoli juda dalolatlidir, bu erda dunyo o'zaro ta'sir qiluvchi quyi tizimlar to'plami sifatida qaraladi: aholi, jamiyat, iqtisodiyot, oziq-ovqat ishlab chiqarish, innovatsiyalar majmuasi, Tabiiy resurslar, yashash joylari, dunyo mamlakatlari va mintaqalari (birinchi misol - 1972 yilda Rim klubiga "O'sish chegaralari" e'lon qilingan hisobot). Ushbu quyi tizimlarning rivojlanishi va o'zaro ta'siri dunyo dinamikasini belgilaydi.

Shubhasiz, biz bu erda juda ko'p chiziqli bo'lmagan o'zaro ta'sirga ega superkompleks tizim bilan shug'ullanamiz, buning uchun VIO model turini yaratish mumkin emas. Shuning uchun, bu erda quyidagicha davom eting. Turli quyi tizimlarga mansub mutaxassislardan iborat ko'p tarmoqli guruh yig'ilgan. Bu guruh o'z a'zolarining bilimlariga asoslanib, ko'p sonli elementlar va munosabatlarning blok-sxemasini tashkil qiladi. Ushbu blok diagramma modellashtirilayotgan tizimni ifodalovchi matematik kompyuter modeliga aylantiriladi. Shundan so'ng, raqamli tajribalar kompyuter modeli bilan amalga oshiriladi, ya'ni. ob'ektlar va jarayonlarning modellarini yaratish, disk raskadrovka va bajarish nuqtai nazaridan haqiqiy murakkab tajribaga o'xshash kompyuter tajribalari.

Fikrlash va kompyuter tajribalari o'rtasida ma'lum bir o'xshashlik mavjud. Kompyuter tajribasiga kelsak, uning davomida ishlab chiqilgan kompyuter modeli aqliy FIE tajribasidagi FIE modelining analogidir. Ikkala holatda ham uchuvchi o'rganish adekvat nazariy modelni izlash elementi hisoblanadi. Ushbu qidiruv jarayonida birinchi holatda FEKlar va ular o'rtasidagi o'zaro ta'sirlar (va ularning qiymati), ikkinchi holatda esa elementlar va munosabatlar (va ularning qiymati) tanlanadi. Bu taqqoslashdan ko'rinib turibdiki, bundaylarning natijasi eksperimental faoliyat ikkala holatda ham yangi bilimlarning paydo bo'lishi mumkin. Ya'ni, kompyuter modellari hodisaning nazariy RES modellariga mos keladi va kompyuter tajribasi ularni qurish uchun vositadir. Bunday holda, tajriba hodisa bilan emas, balki model bilan amalga oshiriladi (ishga ko'ra, ishlarda xuddi shunday ko'rsatilgan).

Fizikada va boshqalarda tabiiy fanlar"laboratoriya" hodisalarida haqiqiy tajriba hodisaning o'zida biror narsani o'zgartirishi mumkin ("unga savol bering"). Agar bu VIO modelini yaratish uchun etarli bo'lsa va uning parametrlarini yaxshilash haqida yagona savol qolsa, bu holda kompyuter modeli yuqorida tavsiflanganidan ko'ra ahamiyatsizroq dasturga ega - fizik yoki texnik tizimni tavsiflovchi murakkab tenglamalarni echish, va VIO modeli allaqachon aniqlangan tizimlar uchun parametrlarni tanlash. Bu holat ko'pincha "raqamli tajriba" deb ataladi.

Biroq, fizika laboratoriyaga joylashtirishdan oldin sifat jihatidan o'rganilishi kerak bo'lgan hodisalarni ham ko'rib chiqadi, masalan, yadro energiyasining chiqishi yoki tug'ilishi. elementar zarralar. Shunga o'xshash vaziyat yuzaga kelishi mumkin: 1) fikrlash tajribasi uchun sanab o'tilgan haqiqiy eksperimentning iqtisodiy yoki texnik murakkabligi holatlarida, 2) PRI modeli mavjud bo'lmaganda, ya'ni. hodisaning nazariyasi yo'qligi (turbulent oqimlarda bo'lgani kabi). Yadro fizikasi va zarrachalar fizikasida bizda ikkala holat bo'lmasa ham, birinchisi bor. Bu erda biz "global simulyatsiya" ga o'xshash vaziyatga egamiz va kompyuter simulyatsiyasi orqali nazariy modellar bilan tajriba o'tkazishni boshlaymiz. Shuning uchun kompyuter simulyatsiyasi yadro fizikasida juda erta paydo bo'lganligi ajablanarli emas.

Shunday qilib, "global simulyatsiya" misolida bo'lgani kabi, noan'anaviy holatda kompyuter tajribasi va kompyuter modellari, mos ravishda, aqliy RES tajribasiga va hodisaning nazariy RES modellariga mos keladi.

Tajriba - bu ikki tomon o'rtasidagi aloqa shakli - hodisa va nazariy model. Asos sifatida, bu ikki tomon bilan manipulyatsiya qilish imkoniyatini nazarda tutadi. Haqiqiy eksperimentda eksperiment hodisa bilan, aqliy va kompyuter tajribasida esa model bilan sodir bo'ladi. Ammo ikkala holatda ham maqsad adekvat nazariy model shaklida yangi bilimlarni olishdir.

Bunga E.Vinsbergning fikri kiradi: "Haqiqiy eksperiment har doim faqat qiziqish ob'ektini manipulyatsiya qiladi degani to'g'ri emas. Aslida, haqiqiy eksperimentda ham, simulyatsiyada ham tadqiqotda manipulyatsiya qilinadigan narsalar o'rtasida murakkab bog'liqlik mavjud. bir tomondan va tadqiqotning maqsadi bo'lgan dunyo - boshqa tomondan ... Mendel, masalan, no'xatni manipulyatsiya qilgan, ammo umumiy irsiyat fenomenini o'rganishga qiziqqan ".

Yangi dizayn ishlanmalariga hayot berish, ishlab chiqarishga yangi texnik echimlarni kiritish yoki yangi g'oyalarni sinab ko'rish uchun tajriba kerak. Yaqin o'tmishda bunday tajriba laboratoriya sharoitida u uchun maxsus yaratilgan qurilmalarda yoki tabiatda, ya'ni mahsulotning haqiqiy namunasida, uni barcha turdagi sinovlardan o'tkazgan holda amalga oshirilishi mumkin edi. Masalan, birlik yoki blokning ishlash xususiyatlarini o'rganish uchun u termostatga joylashtirildi, maxsus kameralarda muzlatildi, tebranish stendlarida chayqatildi, tushirildi va hokazo. Bu yangi soat yoki changyutgich bo'lsa yaxshi ~ yo'qotish halokat paytida kichik. Agar bu samolyot yoki raketa bo'lsa-chi?

Laboratoriya va keng ko'lamli tajribalar katta moddiy xarajatlar va vaqtni talab qiladi, ammo ularning ahamiyati juda katta.

Birinchi bosqichda boshlang'ich ob'ektni tahlil qilishda modellashtirish jarayonida turli xil tajribalardan o'tkazilishi kerak bo'lgan elementar ob'ektlar aniqlanadi. Agar biz samolyot misoliga qaytadigan bo'lsak, unda tugunlar va tizimlar bilan tajribalar uchun, ular aytganidek, barcha vositalar yaxshi. Korpusning tartibga solinishini tekshirish uchun shamol tuneli, qanotlar va fyuzelyajning to'liq miqyosli modellari qo'llaniladi, avariyasiz elektr ta'minoti va yong'in xavfsizligi tizimlarini sinovdan o'tkazish uchun turli xil simulyatsiya modellari mavjud va maxsus stend sinovdan o'tkazish uchun zarurdir. qo'nish moslamasi tizimi.

Kompyuter texnologiyalarining rivojlanishi bilan yangi noyob tadqiqot usuli - kompyuter tajribasi paydo bo'ldi. Ko'pgina hollarda, kompyuter simulyatsiyasi bo'yicha tadqiqotlar yordam berish uchun keldi va ba'zan hatto tajriba namunalari va sinov skameykalarini almashtirish uchun keldi. Kompyuter tajribasini o'tkazish bosqichi ikki bosqichni o'z ichiga oladi: simulyatsiya rejasini tuzish va simulyatsiya texnologiyasi.

Simulyatsiya rejasi model bilan ishlash ketma-ketligini aniq aks ettirishi kerak.

Ko'pincha reja tadqiqotchining kompyuter modeli bilan bajarishi kerak bo'lgan harakatlarini tavsiflovchi raqamlangan elementlarning ketma-ketligi sifatida ko'rsatiladi. Bu erda qanday dasturiy vositalardan foydalanish kerakligini ko'rsatish shart emas. Batafsil reja - bu kompyuter tajribasi strategiyasining o'ziga xos aksidir.

Bunday rejadagi birinchi qadam har doim testni ishlab chiqish va keyin modelni sinab ko'rishdir.

Sinov - bu modelning to'g'riligini tekshirish jarayoni.

Test - bu natijasi oldindan ma'lum bo'lgan dastlabki ma'lumotlar to'plami.

Olingan simulyatsiya natijalarining to'g'riligiga ishonch hosil qilish uchun avval tuzilgan test uchun model bo'yicha kompyuter tajribasini o'tkazish kerak. Buni amalga oshirishda siz quyidagilarni yodda tutishingiz kerak:

Birinchidan, test har doim kompyuter modelining ishlashi uchun ishlab chiqilgan algoritmni tekshirishga qaratilgan bo'lishi kerak. Test uning semantik mazmunini aks ettirmaydi. Biroq, test jarayonida olingan natijalar, birinchi navbatda, muammo bayonining semantik mazmunini o'z ichiga olgan dastlabki ma'lumotni yoki belgi modelini o'zgartirishga undashi mumkin.

Ikkinchidan, testdagi dastlabki ma'lumotlar haqiqiy vaziyatni umuman aks ettirmasligi mumkin. Bu oddiy raqamlar yoki belgilarning har qanday to'plami bo'lishi mumkin. Muhimi, dastlabki ma'lumotlarning ma'lum bir varianti uchun kutilgan natijani oldindan bilishingiz mumkin. Masalan, model murakkab matematik munosabatlar shaklida taqdim etiladi. Uni sinab ko'rish kerak. Siz dastlabki ma'lumotlarning eng oddiy qiymatlari uchun bir nechta variantni tanlaysiz va yakuniy javobni oldindan hisoblaysiz, ya'ni kutilgan natijani bilasiz. Keyinchalik, siz ushbu dastlabki ma'lumotlar bilan kompyuter tajribasini o'tkazasiz va natijani kutilgan natija bilan solishtirasiz. Ular mos kelishi kerak. Agar ular mos kelmasa, sababni topish va yo'q qilish kerak.

Sinovdan so'ng, siz modelning to'g'ri ishlashiga ishonchingiz komil bo'lganda, siz to'g'ridan-to'g'ri o'tasiz modellashtirish texnologiyalari.

Modellashtirish texnologiyasi - bu kompyuter modelidagi foydalanuvchining maqsadli harakatlaridir.

Har bir tajriba natijalarini tushunish bilan birga bo'lishi kerak, bu esa simulyatsiya natijalarini tahlil qilish uchun asos bo'ladi.