Комп'ютерне моделювання

Для вивчення й подання об'єктів за допомогою комп'ютерної техніки використовуються спеціальні абстрактні (формалізовані) моделі, тобто замість реальних об'єктів у комп'ютерах застосовуються їхні моделі.

Надзвичайна значущість комп’ютерного моделювання полягає в тому, що воно дає можливість:

• досліджувати об’єкти чи явища, які неможливо, дорого або небезпечно відтворювати в реальних умовах;
• здійснювати пошук рішень, які потребують складних, численних або трудомістких розрахунків;
• уникати можливих шкідливих чи руйнівних наслідків проведення натурних випробувань;
• економити матеріальні ресурси;
• зберігати екологічні умови існування людини.

За допомогою комп’ютерного моделювання встановлюються причини технічних чи природних катастроф, що сталися, прогнозуються зміни клімату нашої планети чи її можливі зустрічі з іншими космічними об’єктами, здійснюється проектування споруд, досліджуються соціальні процеси, вирішується безліч наукових, технічних, економічних та інших проблем.

Комп'ютерне моделювання – це моделювання об'єктів, процесів, явищ засобами спеціальних комп'ютерних програм: графічних редакторів, анімаційних редакторів, табличних процесорів, програм для створення баз даних, спеціальних комп'ютерних тренажерів-симуляторів, віртуальних лабораторій (рис. 7). На диску є відеосюжет, що демонструє досвід у віртуальній хімічній лабораторії. Симулятори (імітаторы) – це програмні й апаратні засоби, що створюють враження реальності, що імітують керування яким-небудь транспортним засобом, апаратом, приладом, відтворюючи частину реальних явищ та властивостей у віртуальному середовищі. Як приклад симулятора можна приріст вважати комп'ютерні ігри-симулятори, навчальні тренажери для моряків, пілотів, космонавтів, віртуальну модель електронного мікроскопа (рис. 8.) або діючу модель шифрувальної машини Енігма (рис. 9).

Рис. 7

Рис. 8

Графічні комп'ютерні програми надають унікальні можливості для створення графічних моделей, як двовимірних, так і тривимірних (про це докладніше – у темі, присвяченої тривимірному моделюванню й проектуванню).

Рис. 9

Відправною крапкою при створенні комп'ютерної моделі слугувати завдання з тієї або іншої наукової або практичної області (фізики, хімії, біології, економіки, археології, архітектури тощо). Для цього завдання будується математична модель. На наступному етапі вибирається комп'ютерна програма для реалізації цієї моделі, розробляється алгоритм аналізу цієї моделі.

Отримані результати рівняються з фактичною інформацією із відповідної предметної області. Це порівняння необхідно для визначення ступеня адекватності моделі.

Вивчаючи різні програмні середовища, ми будемо розглядати їх можливості для побудови моделей різних об'єктів і процесів, з якими ми зустрічаємося в нашій навчальній діяльності й повсякденному житті.

Найцікавіша область комп'ютерного моделювання – моделювання процесів людського мислення, розпізнавання образів, мови, створення систем штучного інтелекту.

Питання до лекції:

1. Що таке модель?

2. Для чого потрібні моделі?

3. Які основні властивості моделей?

4. Чи належна модель мати всі властивості моделюючого об'єкта?

5. Які моделі називають інформаційними й у чому їх особливості?

6. Які можливі форми подання інформаційних моделей?

7. Наведіть приклади інформаційних моделей.

8. Які типи інформаційних моделей можна виділити?

9. Що являє собою математична модель?

10. На які етапи можна розбити побудову математичної моделі?

11. Що таке оптимізаційна модель та оптимізаційний алгоритм?

12. Наведіть приклади таких моделей та алгоритмів.

13. Що таке графічна модель?

14. Що таке таблична модель?

15. Наведіть приклади комп'ютерного моделювання об'єктів та процесів.