Ein moderner Computer verfügt über viele Nutzungsbereiche. Wie Sie wissen, ist der Computer, wie Sie wissen, die Fähigkeit des Computers als Mittel zur Automatisierung von Informationsprozessen von besonderer Bedeutung. Aber nicht weniger bedeutsam und seine Fähigkeiten wie werkzeugexperimentelle Arbeit und Analyse seiner Ergebnisse.

Computational Experiment.es ist seit langem in der Wissenschaft bekannt. Erinnern Sie sich an die Öffnung des Planeten Neptune "an der Spitze des Stiftes." Oft gelten die Ergebnisse der wissenschaftlichen Forschung nur als zuverlässig angesehen, wenn sie in Form mathematischer Modelle präsentiert und durch mathematische Berechnungen bestätigt werden können. Darüber hinaus gilt es nicht nur für Physik.

oder technisches Design, aber auch auf Soziologie, Linguistik, Marketing - traditionell humanitäre Disziplinen, weit von der Mathematik.

Das Rechenexperiment ist theoretischer Erkenntnismethode. Die Entwicklung dieser Methode ist numerische Simulation- Eine relativ neue wissenschaftliche Methode, die aufgrund des Erscheinungsbildes eines Computers weit verbreitet ist.

Die numerische Simulation wird in der Praxis weit verbreitet und bei der Durchführung der wissenschaftlichen Forschung.

Beispiel.Ohne mathematische Modelle aufzubauen und verschiedene Berechnungen zur ständig wechselnden Daten aus der Messinstrumente auszuführen, ist der Betrieb von automatischen Produktionslinien, Autopilot, Tracking-Stationen, automatische Diagnosysteme nicht möglich. Darüber hinaus sollten Berechnungen in Echtzeit durchgeführt werden, um die Zuverlässigkeit der Systeme sicherzustellen, und ihre Fehler können Million Dollar prozent betragen.

Beispiel.Moderner Astronomen kann häufiger vom Teleskop-Okular gesehen werden, jedoch vor der Computeranzeige. Und nicht nur der Theoretiker, sondern auch ein Beobachter. Astronomie ist eine ungewöhnliche Wissenschaft. In der Regel können Sie in der Regel nicht direkt mit Forschungsobjekten experimentieren. Verschiedene Arten von Strahlung (elektromagnetische, Gravitations-, Neutrinos oder kosmische Strahlen) Astronomen nur "Spion" und überbeeren. Es bedeutet, dass Sie lernen müssen, die maximalen Informationen aus Beobachtungen zu extrahieren und in den Berechnungen zum Testen von Hypothesen zu reproduzieren, die diese Beobachtungen beschreiben. Anwendungen von Computern in der Astronomie, wie in anderen Wissenschaften, sind äußerst vielfältig. Dies ist die Automatisierung von Beobachtungen und die Verarbeitung ihrer Ergebnisse (Astronomen siehe Bilder, die nicht auf dem Okular, sondern auf dem mit speziellen Geräten verbundenen Monitor). Computer sind auch notwendig, um mit großen Katalogen zusammenzuarbeiten (Sterne, Spektakanalysen, chemische Verbindungen usw.).

Beispiel.Jeder kennt den Ausdruck "Sturm in einem Glas Wasser." Im Detail ausführlich ist ein solcher komplexer hydrodynamischer Prozess wie ein Sturm erforderlich, um komplexe Methoden der numerischen Modellierung anzuziehen. Daher gibt es in einem großen hydrometeozentrischen Computer leistungsstarke Computer: "Der Sturm wird im Computerprozessorkristall gespielt.

Selbst wenn Sie nicht sehr komplexe Berechnungen ausgeben, müssen Sie sie jedoch eine Million Mal wiederholen, dann ist es besser, ein Programm einmal zu schreiben, und der Computer wird es so oft wiederholen, wie nötig (Einschränkung, natürlich, es wird eine Computergeschwindigkeit geben ).

Die numerische Simulation kann eine unabhängige Forschungsmethode sein, wenn Zinsen nur die Werte einiger Indikatoren (z. B. die Kosten für Produkte oder das integrierte Spektrum der Galaxie) sind, sondern öfter erfüllt es eines der Mittel, um Computermodelle zu bauen in einem breiteren Sinne dieses Begriffs.

In der Vergangenheit war die erste Arbeit an der Computermodellierung mit der Physik verbunden, wobei mit Hilfe der numerischen Modellierung eine ganze Klasse von Hydraulikproblemen, Filtration, Wärmeübertragung und Wärmeaustausch, Feststoffmechanik und sogenannten Modellierung hauptsächlich komplex löst Nichtlinear die Ziele der mathematischen Physik und war natürlich die Simulation von mathematischen Simulation. Die Erfolge der mathematischen Modellierung in der Physik trugen dazu bei, auf den Aufgaben der Chemie, der elektrischen Energiewirtschaft, der Biologie, der Biologie, und die Simulationsschemata waren nicht zu unterschiedlich voneinander. Die Komplexität der Aufgaben, die auf der Grundlage der Modellierung gelöst wurden, wurde nur durch die Leistung der verfügbaren Computer begrenzt. Diese Art der Modellierung ist weit verbreitet und auf dem neuesten Stand. Darüber hinaus werden während der Entwicklung der numerischen Modellierung gesamte Bibliotheken von Subroutinen und Funktionen, die den Einsatz und die Erweiterung der Modellierungsfunktionen erleichtern, akkumuliert. Derzeit ist das Konzept der "Computersimulation" in der Regel nicht mit grundlegenden natürlich-wissenschaftlichen Disziplinen verbunden, sondern zunächst mit der systemischen Analyse komplexer Systeme aus der Position der Cybernetics (dh von den Positionen des Managements, Regierung, Selbstorganisation). Und jetzt ist die Computersimulation in der Biologie, Makroökonomie, beim Erstellen von automatisierten Steuerungssystemen häufig eingesetzt.

Beispiel.Erinnern Sie sich an das im vorherige Absatz beschriebene Pisionexperiment. Es könnte natürlich nicht mit echten Objekten durchgeführt werden, sondern mit einem Animationsbild auf dem Anzeigebildschirm. Aber schließlich konnte die Bewegung von Spielwaren auf dem üblichen Film gedreht werden und demonstrieren sie im Fernsehen. Ist es angemessen, die Verwendung eines Computers in diesem Fall per Computermodellierung anzurufen?

Beispiel. Das Modell des Body-Fluges, der senkrecht nach oben oder in einem Winkel zum Horizont aufgegeben wird, ist beispielsweise je nach der Zeit ein Körperhöhe-Zeitplan. Sie können es bauen

a) auf dem Blatt Papier an Punkten;

b) in einem grafischen Editor auf denselben Punkten;

c) zum Beispiel mit dem Business Graphics-Programm in
Tabellenkalkulationen;

d) Schreiben eines Programms, das nicht nur angezeigt wird
Wundflug Trajektory, aber auch können Sie fragen
Anfangsdaten (Neigungswinkel, Anfangsgeschwindigkeit)
).

Warum ist Option B) ich möchte kein Computermodell aufrufen, und Optionen c) und d) vollständig mit diesem Namen einhalten?

Unter computermodellverstehen Sie oft das Programm (oder das Programm plus ein spezielles Gerät), das die Nachahmung der Eigenschaften und des Verhaltens eines bestimmten Objekts gewährleistet. Das Ergebnis dieses Programms wird auch als Computermodell bezeichnet.

In einer speziellen Literatur wird der Begriff "Computermodell" strenger wie folgt festgelegt:

Das bedingte Bild eines Objekts oder eines bestimmten Systems von Objekten (Prozessen, Phänomenen), beschrieben, die mit miteinander verbundenen Computertabellen, Flussdiagrammen, Diagrammen, Diagrammen, Zeichnungen, animierten Fragmenten, Hypertexten usw. beschrieben und die Struktur (Elemente und Zusammenhänge zwischen ihnen) reflektiert werden. Objekt. Computermodelle dieser Art werden aufgerufen strukturelle und funktional;

Ein separates Programm oder ein Set von Programmen, mit denen die Reihenfolge der Berechnungen und der grafischen Anzeige ihrer Ergebnisse ermöglicht, um Objektfunktionsprozesse (imitieren) zu reproduzieren, sofern sie von verschiedenen, in der Regel zufälligen Faktoren beeinflusst wird. Solche Modelle werden aufgerufen simulation.

Computermodelle können einfach und komplex sein. Simple-Modelle haben wiederholt erstellt, wenn die Programmierung untersucht wurde oder eine Datenbank erstellt wurde. In dreidimensionalen Grafiksystemen, Expertensystemen, werden automatisierte Steuerungssysteme gebaut und sehr komplexe Computermodelle verwendet.

Beispiel.Die Idee, ein menschliches Aktivitätsmodell mit einem Computer zu bauen, ist nicht neu, und es ist schwierig, einen solchen Tätigkeitsbereich zu finden, in dem es nicht versucht wird, umzusetzen. Expertensysteme sind Computerprogramme, die die Aktionen des Experten der Person bei der Lösung von Problemen in einem beliebigen Themenbereich simulieren, basierend auf angesammelten Wissen, das die Wissensbasis darstellt. Die Aufgabe, geistige Aktivität zu modellieren. Aufgrund der Komplexität der Modelle nimmt die Entwicklung von ES in der Regel seit mehreren Jahren auf.

Moderne Expertensysteme mit Ausnahme der Wissensbasis haben auch eine Basis von Präzedenzfällen - zum Beispiel die Ergebnisse der Umfrage von echten Personen und Informationen zum anschließenden Erfolg / Misserfolg ihrer Aktivitäten. Zum Beispiel die Basis der Präzedenzzögerung des New Yorker Polizei-Expertensystems - 786 000 person, Zentrum "Hobby" (Personalpolitik im Unternehmen) - 512 000 menschen, und entsprechend den Worten der Spezialisten dieses Zentrums, die von ihnen mit der erwarteten Genauigkeit erworben wurden, nur wenn der Base angeht 200 000 ein Mann, der ihre Schöpfung seit 6 Jahren genommen hat.

Beispiel.Der Fortschritt beim Erstellen von Computergrafikbildern hat von Rahmenbildern von dreidimensionalen Modellen mit einem einfachen Halbtonbild auf moderne realistische Bilder, die Kunstmuster sind, erweitert. Dies war das Ergebnis des Erfolgs in einer genaueren Definition der Modellierungsumgebung. Transparenz, Reflexion, Schatten, Beleuchtungsmodelle und Eigenschaften der Oberfläche sind mehrere Bereiche, in denen die Forscher intensiv intensiv arbeiten, was ständig neue Algorithmen anbietet, um immer realistische künstliche Bilder zu schaffen. Heute werden diese Methoden verwendet, um hochwertige Animationen zu erstellen.

Praktische Bedürfnisse imcomputermodellierung Setzen Sie Aufgaben über Hardware-Entwickler werkzeugecomputer. Das heißt, das Verfahren betrifft aktiv nicht nur das Erscheinungsbild aller neuen und neue Programmeaber undauf der entwicklungtechnische Mittel.

Beispiel.Zum ersten Mal sprach die Computerholographie in den 1980er Jahren. In automatisierten Designsystemen, in geografischen Informationssystemen, wäre es daher schön, nicht nur das interessierende Gegenstand in dreidimensionaler Form zu sehen, sondern darf es in Form eines Mannes präsentieren, der gedreht werden kann, Neigung, Neigung, Einblick. So erstellen Sie ein holographisches Bild, das in echten Anwendungen nützlich ist, benötigt

holografisch

bilder

zeigt mit einer riesigen Anzahl von Pixeln an - bis zu einer Milliarde. Nun wird solche Arbeit aktiv durchgeführt. Gleichzeitig mit der Entwicklung der holographischen Anzeige ist die Arbeit im Gange, um eine dreidimensionale Workstation auf der Grundlage des Prinzips als "Substitution Reality" zu erstellen. Dieser Begriff ist die Idee der weit verbreiteten Nutzung all dieser natürlichen und intuitiven Methoden, die eine Person beim Interaktion mit natürlichem Energie-Energie-Modellen verwendet, aber es ist auf ihre umfassende Verbesserung und Entwicklung mit Hilfe einzigartiger Funktionen von digital ausgerichtet Systeme. Es wird beispielsweise angenommen, dass es möglich ist, mit Computerhologrammen in Echtzeit mit Gesten und Berührungen mit Computerhologrammen in Echtzeit zu manipulieren und zu interagieren.

Computersimulation hat folgendes vorteile:

Bietet Klarheit;

Zur Verfügung gestellt.

Der Hauptvorteil der Computermodellierung besteht darin, dass es erlaubt, nicht nur zu beobachten, sondern auch das Ergebnis des Experiments unter einigen besonderen Bedingungen vorherzusagen. Dank dieser Gelegenheit hat diese Methode einen Antrag in Biologie, Chemie, Soziologie, Ökologie, Physik, Ökonomie und viele andere Wissensbereiche gefunden.

Die Computersimulation wird häufig zum Lernen verwendet. Mit Hilfe von speziellen Programmen können Sie Modelle solcher Phänomene als Phänomene der Mikrowelle und der Welt mit astronomischen Größen, den Phänomenen der Kern- und Quantenphysik, der Entwicklung von Pflanzen und der Umwandlung von Substanzen in chemische Reaktionen sehen.

Die Herstellung von Spezialisten vieler Berufe, insbesondere wie Luftverkehr, Piloten, Dispatcher von Atom- und Kraftwerken, werden mit Simulatoren durchgeführt, die von einem Computermodellierung realen Situationen, einschließlich Notfall, verwaltet werden.

Auf dem Computer können Sie Laborarbeit verbringen, wenn keine echten Geräte und Geräte erforderlich sind oder die Lösung des Problems die Verwendung komplexer mathematischer Methoden und arbeitsintensive Berechnungen erfordert.

Die Computersimulation ermöglicht es, die untersuchten physikalischen, chemischen, biologischen, sozialen Gesetze, die eine Reihe von Experimenten mit einem Modell zu "wiederbeleben". Vergessen Sie jedoch nicht, dass alle diese Experimente sehr bedingt sind, und der kognitive Wert von ihnen ist auch sehr bedingt.

Beispiel. Vor der praktischen Nutzung der Reaktion des Atomverfalls wusste nukleare Physiker einfach nicht über die Gefahren der Strahlung, sondern der erste Masseneinsatz von "Errungenschaften" (Hiroshima und Nagasaki) zeigte eindeutig, wie Strahlung

mit gefährlich für eine Person. Startphysik mit Kernelektrik

stationen, die Menschheit für eine lange Zeit würde nicht über die Gefahren der Strahlung wissen. Chemiker des Beginns des letzten Jahrhunderts erreichen - leistungsstarkes Pestizid-DDT - lange Zeit wurde als absolut sicher angesehen

Unter der Anwendung leistungsstarker moderner Technologien, breite Replikation und gedankenloser Verwendung von fehlerhaften Softwareprodukten, solcher engen Spezialisten, scheint es, Fragen, Fragen, als Angemessenheit eines Computermodells der Realität, der gewichtliche universelle Bedeutung erwerben kann.

Computerexperimente.- dies ist ein Instrument zur Erforschung von Modellen, nicht natürlichen oder sozialen Phänomenen.

Gleichzeitig mit dem Computerexperiment sollte daher immer auf den Forscher gehen, den Vergleichen ihrer Ergebnisse die Qualität des betreffenden Modells, die Tiefe unserer Ideen über das Wesen der Phänomene

geburt. Vergessen Sie nicht, dass Physik, Biologie, Astronomie, Informatik eine echte Weltwissenschaft ist, und nicht über die virtuelle Realität.

In der wissenschaftlichen Forschung, sowohl grundlegend als auch praktisch gerichtet (angewendet), fungiert der Computer häufig als notwendiges Instrument der experimentellen Arbeit.

Computerexperiment ist meistens zusammenhängend:

Mit komplizierten mathematischen Berechnungen (Nummer
Simulation);

Mit dem Bau und dem Studium von Visual und / oder DIN
MIC-Modelle (Computermodellierung).

Unter computermodelles versteht sich durch das Programm (oder das Programm in Verbindung mit einem speziellen Gerät), das die Nachahmung der Merkmale und des Verhaltens eines bestimmten Objekts sowie das Ergebnis der Ausführung dieses Programms in Form von grafischen Bildern (unbeweglich ist oder dynamisch), numerische Werte, Tische usw.

Es gibt Struktur- und Funktions- und Simulations-Computer-Modelle.

Strukturelle und funktionaldas Computermodell ist ein bedingtes Bild eines Objekts oder eines bestimmten Systems von Objekten (Prozessen, Phänomenen), beschrieben, die unter Verwendung von miteinander verbundenen Computertabellen, Flussdiagrammen, Diagrammen, Diagrammen, Zeichnungen, animierten Fragmenten, Hypertexten usw. beschrieben, die die Struktur des Objekts oder reflektieren sein Verhalten.

Das Simulationscomputermodell ist ein separates Programm oder ein solisiges Programm- oder Softwarekomplex, mit dem Sie die Prozesse der Funktionsweise des Objekts mit Hilfe einer Abfolge von Berechnungen reproduzieren können (imitieren), und ihre Ergebnisse grafisch anzeigen, vorausgesetzt, dass es von verschiedenen zufälligen Faktoren beeinflusst wird.

Die Computermodellierung ist ein Verfahren zur Lösung des Problems der Analyse- oder Systemsynthese (meistens komplexes System), das auf der Verwendung des Computermodells basiert.

Vorteile der Computersimulationes ist, dass es ist:

Erlaubt nicht nur zu beobachten, sondern auch das Ergebnis des Experiments unter einigen besonderen Bedingungen vorherzusagen;

Ermöglicht das Simulieren und Erforschen der von allen Theorien vorhergesagten Phänomenen;

Es ist umweltfreundlich und stellt keine Gefahr für Natur und den Menschen dar;

Bietet Klarheit;

Zur Verfügung gestellt.

Die Methode der Computersimulation hat einen Antrag in Biologie, Chemie, Soziologie, Ökologie, Physik, Wirtschaft, Linguistik, Jurisprudenz und viele andere Wissensbereiche gefunden.

Die Computersimulation wird häufig in Schulungen, Schulungen und Umschulung von Spezialisten eingesetzt:

Für eine visuelle Präsentation von Modellen der Phänomene der Mikrowolle und der Welt mit astronomischen Größen;

Die Prozesse in der Welt des Lebens und der unbelebten Natur imitieren

Um echte Situationen des Managements komplexer Systeme zu simulieren, einschließlich Notfällen;

Für Laborarbeit, wenn keine erforderlichen Geräte und Geräte vorhanden sind;

Probleme lösen, wenn die Verwendung komplexer mathematischer Methoden und arbeitsintensive Berechnungen erforderlich ist.

Es ist wichtig, sich daran zu erinnern, dass auf dem Computer keine objektive Realität gibt, aber unsere theoretischen Ideen darüber. Computermodellierungsobjekt sind mathematische und andere wissenschaftliche Modelle sowie nicht echte Objekte, Prozesse, Phänomene.

Computerexperimente.- dies ist ein Instrument zur Erforschung von Modellen, nicht natürlichen oder sozialen Phänomenen.

Das Kriterium der Treue auf eine der Ergebnisse der Computersimulation war auch ein Belastung (physisches, chemisches, soziales) Experiment. In wissenschaftlichen und praktischen Studien kann ein Computerexperiment nur dem Forscher begleiten,

ihre Ergebnisse könnten die Qualität des Modells bewerten, die Tiefe unserer Ideen über das Wesen der Naturphänomene.

Es ist wichtig zu wissen, dass Physik, Biologie, Astronomie, Wirtschaft, Informatik die Wissenschaft der realen Welt und nicht ungefähr
Virtuelle Realität.

Übung 1

Ein Brief, der in einem Texteditor geschrieben wurde, und per E-Mail, der per E-Mail gesendet wurde, kaum jemand, der ein Computermodell anruft.

Textredakteure ermöglichen es Ihnen häufig, nicht nur regelmäßige Dokumente (Buchstaben, Stile, Berichte), sondern auch Vorlagen von Dokumenten zu erstellen, in denen jedoch dauerhafte Informationen vorhanden sind, die der Benutzer nicht ändern kann, gibt es Felder von Daten, die vom Benutzer erfüllt sind, und dort Sind Felder, in denen sie automatisch Berechnungen basierend auf den eingegebenen Daten erstellt werden. Ist es möglich, eine solche Vorlage als Computermodell in Betracht zu ziehen? Wenn ja, wie ist das Objekt der Modellierung in diesem Fall und was ist der Zweck, ein ähnliches Modell zu erstellen?

Aufgabe 2.

Sie wissen, dass Sie vor der Erstellung einer Datenbank zunächst ein Datenmodell erstellen müssen. Sie wissen auch, dass der Algorithmus ein Aktivitätsmodell ist.

Und Datenmodelle und Algorithmen werden meistens auf der Grundlage der Computerimplementierung entwickelt. Ist es möglich, das zu sagen, dass sie irgendwann zu einem Computermodell werden, und wenn ja, wenn dies passiert?

Hinweis.Überprüfen Sie Ihre Antwort auf die Definition des Konzepts des "Computermodells".

Aufgabe 3.

Beschreiben Sie die Stufen des Bauens eines Computermodells im Beispiel der Entwicklung eines Programms, das ein physisches Phänomen nachahmen.

Aufgabe 4.

Geben Sie Beispiele an, wenn die Computersimulation echte Vorteile erhoben hat und zu unerwünschten Folgen führte. Bereiten Sie einen Bericht zu diesem Thema vor.

Das Computerexperiment mit dem Systemmodell während seines Studiums und des Designs wird durchgeführt, um Informationen zu den Merkmalen des Funktionierens des unter Berücksichtigung des Objekts zu erhalten. Die Hauptaufgabe der Planung von Computerexperimenten besteht darin, die erforderlichen Informationen über das untersuchte System während der Ressourceneinschränkungen (Maschinenzeitkosten, Speicher usw.) zu erhalten. Wettbewerfliche Aufgaben, die gelöst werden, wenn Computerexperimente planen, umfassen die Aufgaben, um die Zeitkosten der Maschine zu reduzieren, um die Genauigkeit und Zuverlässigkeit der Modellierungsergebnisse zu erhöhen, die Angemessenheit usw. zu erhöhen usw.

Die Effizienz von Computerexperimenten mit Modellen hängt wesentlich von der Wahl eines experimentellen Plans ab, da er der Plan ist, der das Volumen und die Prozedur zum Durchführen von Berechnen auf dem Computer, der Akkumulation und statistische Verarbeitung von Systemmodellierungsergebnissen ermittelt . Daher wird die Hauptaufgabe der Planung von Computerexperimenten mit dem Modell wie folgt formuliert: Es ist notwendig, Informationen zu dem in Form eines Algorithmus (Programms) angegebenen Modellierungsobjekts zu erhalten, wobei minimale oder begrenzte Kosten von Maschinenressourcen, um die Modellierung zu implementieren Prozess.

Der Vorteil von Computerexperimenten vor dem Zuhause ist die Fähigkeit, die experimentellen Bedingungen mit dem untersuchten System vollständig zu reproduzieren. . Wesentlicher Vorteil gegenüber dem Feld ist die Einfachheit der Unterbrechung und Wiederaufnahme von Computerexperimenten, die die Verwendung aufeinanderfolgender und heuristischer Planungstechniken ermöglichen, die in Experimenten mit echten Objekten nicht realisiert werden können. Bei der Arbeit mit einem Computermodell ist ein Experiment immer für den Zeitpunkt möglich, der erforderlich ist, um die Ergebnisse zu analysieren und Entscheidungen über den weiteren Fortschritt zu treffen (z. B. die Notwendigkeit, die Werte der Eigenschaften des Modells zu ändern).

Der Nachteil von Computerexperimenten ist, dass die Ergebnisse einiger Beobachtungen von den Ergebnissen eines oder mehrerer der vorherigen abhängen, und daher enthalten sie weniger Informationen als in unabhängigen Beobachtungen.

In Bezug auf die Datenbank bedeutet das Computer-Experiment Datenmanipulation gemäß dem Ziel mit dBMS-Tools. Der Zweck des Experiments kann auf der Grundlage des allgemeinen Modells der Modellierung und unter Berücksichtigung der Anforderungen eines bestimmten Benutzers gebildet werden. Zum Beispiel gibt es eine Datenbank "Deanat". Das Gesamtziel der Erstellung dieses Modells besteht darin, den Bildungsprozess zu verwalten. Wenn Sie Informationen zur Schülerleistung erhalten müssen, können Sie anfragen, d. H. Implementieren Sie ein Experiment zum Abtasten der gewünschten Informationen.

Mit der DBMS-Umgebung Toolbox können folgende Datenoperationen ausgeführt werden:

1) Sortierung - Rationalisierungsdaten gemäß einem beliebigen Zeichen;

2) Suchen (Filtern) - Auswahl der Daten, die einen bestimmten Zustand erfüllt;

3) Erstellen von berechneten Feldern - Datenumwandlung in eine andere Ansicht, die auf Formeln basiert.

Das Informationsmodellmanagement ist untrennbar mit der Entwicklung verschiedener Kriterien zum Suchen und Sortieren von Daten verbunden. Im Gegensatz zu Papierdateien, in dem die Sortierung auf einem oder zwei Kriterien möglich ist, und die Suche wird im Allgemeinen manuell erfolgen - Brute Force Cards, Computerdatenbanken ermöglichen es Ihnen, dass Computerdatenbanken alle Sortierformulare auf verschiedenen Feldern und eine Vielzahl von Suchkriterien festlegen können. Ein Computer ohne Zeitausgaben für ein bestimmtes Kriterium sortiert oder wählen Sie die erforderlichen Informationen aus.

Um mit dem Informationsmodell erfolgreich zu arbeiten, können die Datenbanksoftware-Umgebungen berechnete Felder erstellen, in denen die ursprünglichen Informationen in eine andere Art umgewandelt werden. Nach dem Semester, mit Hilfe einer speziellen integrierten Funktion, können Sie beispielsweise den durchschnittlichen Studentenleistungswert berechnen. Solche berechneten Felder werden entweder als zusätzliche Informationen oder als Kriterium für die Suche und Sortierung verwendet.

Ein Computerexperiment umfasst zwei Schritte: Testen (Überprüfung der Ausführung von Vorgängen) und Durchführung eines Experiments mit echten Daten.

Nach dem Erstellen der Formeln für die berechneten Felder und Filter müssen Sie sicherstellen, dass sie korrekt sind. Dazu können Sie Testdatensätze eingeben, für die das Ergebnis der Operation im Voraus bekannt ist.

Ein Computerexperiment wird durch Erteilung von Ergebnissen in einer bequemen Analyse und Entscheidungsfindung abgeschlossen. Eine der Vorteile von Computerinformationsmodellen ist die Möglichkeit, verschiedene Formen der Präsentation von Ausgabeinformationen als Berichte zu erstellen. Jeder Bericht enthält Informationen, die die Ziele eines bestimmten Experiments erfüllen. Die Bequemlichkeit von Computerberichten ist, dass sie ihnen ermöglichen, Informationen zu den angegebenen Funktionen zu gruppieren, die Zusammenfassungsfelder der Zählung von Datensätzen in Gruppen und im Allgemeinen in der gesamten Datenbank eingeben und diese Informationen weiter verwenden, um eine Entscheidung zu treffen.

Mit der Umgebung können Sie mehrere typische, häufig verwendete Berichtsformulare erstellen und speichern. Nach den Ergebnissen einiger Experimente können Sie einen temporären Bericht erstellen, der gelöscht wird, der nach dem Kopieren in ein Textdokument oder einen Ausdruck gelöscht wird. Einige Experimente erfordern überhaupt nicht die Berichterstattung. Zum Beispiel ist es erforderlich, den erfolgreichsten Schüler auszuwählen, um hohe Stipendien zuzuweisen. Um dies zu tun, reicht es aus, um die durchschnittliche Punktzahl des Semesters zu sortieren. Die erforderlichen Informationen enthalten den ersten Eintrag in der Liste der Schüler.

Um den neuen Designentwicklungen Leben zu geben, führen Sie neue technische Lösungen für die Produktion ein oder prüfen Sie neue Ideen, benötigen Sie ein Experiment. In der nahe gelegenen Vergangenheit konnte ein solches Experiment entweder bei den Laborbedingungen an den speziell dafür erstellten Anlagen oder in der Natur erfolgen, d. H. Auf der gegenwärtigen Probe des Produkts, die es allen möglichen Tests freilegen. Für die Studie wurden beispielsweise die operativen Eigenschaften einer Einheit oder des Knotens in den Thermostat gestellt, sie wurden in speziellen Kammern eingefroren, sie zitterten auf vibrierenden Einsätzen, und so weiter. Nun, wenn es sich um einen neuen Uhren- oder Staubsauger handelt ~ ist klein mit einem Verlust beim Zerstören. Und wenn das Flugzeug oder die Rakete?

Labor- und Feldversuche erfordern große Materialkosten und -zeit, aber ihre Bedeutung ist dennoch sehr groß.

Es wurde bereits gesagt, dass in der ersten Stufe elementare Objekte beim Analysieren des Source-Objekts erfasst werden, der im Simulationsprozess einer Vielzahl von Experimenten unterzogen werden sollte. Wenn Sie zum Beispiel mit einem Flugzeug zurückkehren, dann für Experimente mit Knoten und Systemen, wie sie sagen, sind alle Mittel gut. Aerodynamische Schlauch- und Feldmodelle von Flügeln und Rumpf, die zum Testen des Gehäusestromliniens angewendet werden, und verschiedene Nachahmungsmodelle sind möglich, um das Testsysteme der störungsfreien Energieversorgung und der Brandschutzsicherheit zu testen, um das Chassis-Release-System zu erarbeiten, ist es nicht möglich, ohne zu verzichten ein spezielles Stand.

Mit der Entwicklung von Computing-Technologie ist eine neue einzigartige Forschungsmethode aufgetaucht - ein Computerexperiment. Um zu helfen, und manchmal beim Ersetzen von experimentellen Mustern und Testständen in vielen Fällen kam die Computererforschung von Modellen. Das berechnete experimentelleexperiment umfasst zwei Stufen: Erstellen des Simulationsplans und der Modellierungstechnologie.

Simulationsplan Muss deutlich die Reihenfolge der Arbeit mit dem Modell widerspiegeln.

Oft wird der Plan als Folge von nummerierten Elementen mit einer Beschreibung der Aktionen angezeigt, die vom Forscher mit einem Computermodell ausgeführt werden müssen. Hier sollten Sie nicht angeben, was zusammen ist, um das Software-Tool zu verwenden. Der detaillierte Plan ist eine Art Reflexion der Computerexperimentsstrategie.

Der erste Punkt eines solchen Planes ist immer die Entwicklung des Tests und das Testen des Modells.

Testen ist der Prozess der Überprüfung des richtigen Modells.

Test - ein Satz von Quelldaten, für die das Ergebnis im Voraus bekannt ist.

Um in der Richtigkeit der daraus resultierenden Modellierungsergebnisse zuversichtlich zu sein, ist es erforderlich, ein Computerexperiment auf dem Modell für den erfindungsgemäßen Teig vorzuführen. Gleichzeitig müssen Sie sich an folgendermaßen erinnern:

Zunächst muss der Test immer auf die Überprüfung des entwickelten Algorithmus für das Funktionieren des Computermodells konzentriert sein. Der Test spiegelt seinen semantischen Inhalt nicht wider. Die während des Testvorgangs erzielten Ergebnissen können Sie jedoch auf die Idee stoßen, das ursprüngliche Informations- oder Vorzeichenmodell zu ändern, wo in erster Linie der semantische Inhalt der Aufgabe gelegt wird.

Zweitens spiegeln die Quelldaten im Test möglicherweise nicht vollständig die eigentliche Situation wider. Dies kann eine beliebige Kombination von einfachsten Zahlen oder Symbolen sein. Es ist wichtig, dass Sie das erwartete Ergebnis im Voraus mit einer bestimmten Option der Quelldaten kennenlernen können. Zum Beispiel wird das Modell in Form komplexer mathematischer Beziehungen dargestellt. Es muss getestet werden. Sie wählen ein paar Optionen für die einfachsten Quelldatenwerte aus und berechnen die endgültige Antwort im Voraus, dh das erwartete Ergebnis. Als Nächstes geben Sie ein Computer-Experiment mit diesen Quelldaten aus und vergleichen das Ergebnis mit dem erwarteten. Sie müssen zusammenfallen. Wenn Sie nicht übereinstimmen, müssen Sie die Ursache suchen und beseitigen.

Nach dem Testen, wenn Sie Vertrauen in die richtige Funktionierung des Modells haben, gehen Sie direkt an modellierungstechnologie.

Die Modellierungstechnologie ist ein Satz gezielter Benutzeraktionen über ein Computermodell.

Jedes Experiment muss mit dem Verständnis der Ergebnisse begleitet werden, was die Grundlage für die Analyse der Modellierungsergebnisse darstellt.

L. V. PALALITSYN,
www.levpi.narod.ru, Mou Sosh Nr. 2, Dzerzhinsk, Nischni Nowgorod-Region.

Computerphysikalisches Experiment.

4. Computer-Experiment berechnen

Computational Experiment dreht sich um
in einem unabhängigen Wissenschaftsbereich.
R.G. Efremov, DF-M.N.

Das Computer-Computer-Experiment ist weitgehend dem üblichen (Toast) ähnlich. Dies ist eine experimentelle Planung und die Erstellung einer experimentellen Installation und Durchführung von Steuerungstests und Durchführung einer Reihe von Experimenten sowie Verarbeitung experimenteller Daten, deren Interpretation usw. Es wird jedoch nicht über dem realen Objekt ausgeführt, sondern über sein mathematisches Modell, die Rolle der experimentellen Installation spielt mit einem speziellen Computerprogramm ausgestattet.

Das Computing-Experiment wird immer beliebter. Sie beteiligen sich an vielen Instituten und Universitäten, zum Beispiel in der Moskauer State University. M.V. Lomonosov, IFSU, Institut für Zytologie und Genetik, SB RAS, Institut für Molekularbiologie der russischen Akademie der Wissenschaften usw. Wissenschaftler können bereits wesentliche wissenschaftliche Ergebnisse ohne reales, "nasses" Experiment erhalten. Dafür gibt es nicht nur Computermacht, sondern auch die notwendigen Algorithmen und vor allem das Verständnis. Wenn verwendet, um geteilt zu werden - in vivo in vitro- dann jetzt mehr hinzugefügt in Silico.. Tatsächlich wird das Computing-Experiment zu einem unabhängigen Wissenschaftsbereich.

Die Vorteile eines solchen Experiments sind offensichtlich. Er ist in der Regel billiger intensiv. Es kann leicht und sicher stören. Es kann jederzeit wiederholt und unterbrochen werden. Während dieses Experiments können Sie Bedingungen simulieren, die im Labor nicht erstellt werden können. Es ist jedoch wichtig, sich daran zu erinnern, dass das Computing-Experiment die Naturkunde nicht vollständig ersetzen kann, und die Zukunft ist für ihre angemessene Kombination. Das Computer-Computer-Experiment dient als Brücke zwischen dem begleitenden Experiment und theoretischen Modellen. Der Ausgangspunkt der numerischen Modellierung ist die Entwicklung eines idealisierten Modells des unter Berücksichtigung des physischen Systems.

Betrachten Sie mehrere Beispiele für ein rechnerisches physisches Experiment.

Trägheitsmoment. In "offener Physik" (2.6, Teil 1) gibt es ein interessantes Computer-Experiment, um das Trägheitsmoment eines soliden Körpers in einem Beispiel eines Systems, das aus vier Kugeln besteht, die auf einer Nadel auftretend ist, zu finden. Sie können die Position dieser Kugeln auf der Nadel ändern, sowie die Position der Drehachse auswählen, wodurch er sowohl durch die Mitte des Stricks und durch seine Enden leitet. Für jeden Standort der Bälle werden die Studierenden mit dem Steiner-Satz auf der parallelen Übertragung des Rotationsachsenwerts des Trägheitsmoments berechnet. Daten für Berechnungen Berichtslehrer. Nach der Berechnung des Trägheitsmoments werden die Daten in das Programm eingegeben, und die von den Schülern erhaltenen Ergebnissen werden überprüft.

"Flugschreiber". Um ein Rechenexperiment umzusetzen, haben wir mehrere Programme für die Untersuchung des Inhalts einer elektrischen "Black Box" erstellt. Es kann Widerstände, Glühlampen, Dioden, Kondensatoren, Spulen usw. enthalten.

Es stellt sich heraus, dass es in einigen Fällen möglich ist, ohne die "Black Box" zu öffnen, seinen Inhalt herauszufinden, verschiedene Geräte an den Eingang und den Ausgang anzuschließen. Natürlich kann auf Schulstufe dies für einen einfachen drei- oder vierpoligen erfolgen. Solche Aufgaben entwickeln die Fantasie von Studenten, räumlichen Denken und kreativen Fähigkeiten, ganz zu schweigen davon, dass sie, um sie zu lösen, tief und starkes Wissen erforderlich ist. Daher ist es nicht zufällig, dass bei vielen All-Union- und internationalen Olympiaden in der Physik als experimentelle Aufgaben eine Studie von "Black Boxen" auf Mechanik, Wärme, Strom und Optik voranschlägt.

In den Geschwindigkeitskursen verbringe ich drei echte Laborarbeit, wenn in der "Black Box":

- nur Widerstände;

- Widerstände, Glühlampenlampen und -dioden;

- Widerstände, Kondensatoren, Spulen, Transformatoren und oszillatorische Konturen.

Strukturieren Sie "Black Boxes" werden in leeren Matchboxen hergestellt. In der Kiste befindet sich der elektrische Stromkreis, und die Boxen sind mit Scotch gestrichen. Studien werden mit Instrumenten - Automoltern, Generatoren, Oszilloskopen usw. durchgeführt, weil Dafür müssen Sie Wah und Ahh bauen. Die Studierenden der Appliance-Zeugnis werden in einen Computer eingeführt, der die Ergebnisse verarbeitet und VAC baut und AHH baut. Dies ermöglicht es den Schülern, herauszufinden, welche Details in der "Black Box" enthalten sind, und ermitteln Sie ihre Parameter.

Bei der Durchführung von Frontal-Laborarbeiten mit "Black Boxen" sind Schwierigkeiten, die mit Mangel an Instrumenten und Laborgeräten verbunden sind. Denn für die Forschung ist es notwendig, 15 Oszilloskope, 15 Tongeneratoren usw. zu haben, d. H. 15 Sätze teurer Geräte, die die meisten Schulen nicht haben. Und hier kommen die virtuellen "Black Boxes" zu den rettungsrelevanten Computerprogrammen.

Der Vorteil dieser Programme ist, dass die Forschung gleichzeitig von der gesamten Klasse durchgeführt werden kann. Als Beispiel betrachten wir ein Programm, das mit Hilfe eines Generators von Zufallszahlen "Black Boxes" implementiert, die nur Widerstände enthalten. Auf der linken Seite des Desktops befindet sich eine "Black Box". Es verfügt über einen elektrischen Stromkreis, der nur aus Widerständen besteht, die sich zwischen Punkten befinden können. A, b mit und D..

Zur Entsorgung des Studenten gibt es drei Instrumente: Eine Stromquelle (deren innere Beständigkeit, um Berechnungen zu vereinfachen, wird gleich Null angenommen, und EMF wird von einem zufälligen Programm erzeugt); Voltmeter (Innenwiderstand gleich unendlich); Ampmeter (Innenwiderstand ist Null).

Wenn Sie das Programm in der "Black Box" starten, wird eine elektrische Schaltung, die 1 bis 4 Widerstände enthält, zufällig erzeugt. Der Student kann vier Versuche erstellen. Nach dem Drücken einer beliebigen Taste wird vorgeschlagen, mit den Terminals der "Black Box" eine beliebige der vorgeschlagenen Geräte in jeder Reihenfolge herzustellen. Zum Beispiel verbunden er mit den Terminals Au. Die Stromquelle mit EDC \u003d 3 V (der Wert des EDC wird durch das Programm zufällig erzeugt, in diesem Fall wurde in diesem Fall 3 V) herausgestellt. Anschlüsse CD Ich habe einen Voltmeter angeschlossen, und sein Zeugnis betrug 2,5 V. Daraus, dass es mindestens ein Spannungsteiler in der "Black Box" gibt. Um das Experiment fortzusetzen, kann ein Amperometer anstelle eines Voltmeter angeschlossen und die Messwerte entfernen. Diese Daten sind offensichtlich nicht genug für das Rätsel. Daher können Sie zwei weitere Experimente ausgeben: Die aktuelle Quelle verbindet sich mit den Terminals CDund ein Voltmeter und ein Ampereter - an den Terminals Au.. Die dabei erhaltenen Daten sind eigentlich genug, um den Inhalt der "Black Box" zu lösen. Der Schüler auf dem Papier zieht ein Schema ein, berechnet die Parameter der Widerstände und zeigt die Ergebnisse des Lehrers.

Ein Lehrer, überprüft die Arbeit, tritt in den entsprechenden Code zum Programm ein, und auf dem Desktop in dieser "Black Box" und den Parametern der Widerstände erscheint ein Schema auf dem Desktop.

Das Programm wird von meinen Schülern in Baysik geschrieben. Um es auszuführen Windows XP. oder in. Windows Vista. Sie können das Emulator-Programm verwenden DOS., z.B, Dosbox.. Sie können es von meiner Website www.physics-computers.by.ru herunterladen.

Wenn innerhalb der "Black Box" nichtlineare Elemente (Glühlampenlampen, Dioden usw.) gibt, dann muss neben sofortigen Messungen das WAH entfernen. Zu diesem Zweck ist es notwendig, eine Stromquelle, Spannung, an den Ausgängen zu haben, deren Spannung von 0 auf ein gewisser Wert geändert werden kann.

Um Induktivitäten und Behälter zu studieren, ist es erforderlich, die Frequenzantwort mit dem virtuellen Tongenerator und dem Oszilloskop zu entfernen.

Geschwindigkeitswahlschalter. Betrachten Sie ein anderes Programm von "Open Physics" (2.6, Teil 2), wodurch ein Rechenexperiment mit dem Geschwindigkeitswähler im Massenspektrometer ermöglicht wird. Um die Masse des Partikels mit einem Massenspektrometer zu bestimmen, ist es erforderlich, eine vorläufige Wahl von geladenen Partikeln in Geschwindigkeiten durchzuführen. Dieses Ziel und servieren so genannt speed-Selektoren.

In dem einfachsten Geschwindigkeitswähler bewegen sich die geladenen Teilchen in gekreuzten homogenen elektrischen und magnetischen Feldern. Das elektrische Feld wird zwischen den Platten des flachen Kondensators, magnetisch - im Abstand des Elektromagnetens erzeugt. Anfangsgeschwindigkeit υ Geladene Partikel, die senkrecht zu Vektoren ausgerichtet sind E. und IM .

Es gibt zwei Kraft auf dem geladenen Teilchen: elektrische Energie q E. und magnetische Power Lorentz q υ × B. . Unter bestimmten Bedingungen können diese Kräfte einander genau balancieren. In diesem Fall bewegt sich das geladene Teilchen gleichmäßig und gerade. Durch den Kondensator fliegen, passiert das Partikel durch ein kleines Loch auf dem Bildschirm.

Der Zustand der geraden Flugbahn des Partikels hängt nicht von der Ladung und der Masse des Partikels ab und hängt nur von seiner Geschwindigkeit ab: qe \u003d qm.→ υ \u003d e / b.

In einem Computermodell können Sie die Spannungswerte des elektrischen Feldes E, der Induktion des Magnetfelds, ändern B. und anfängliche Partikelgeschwindigkeit υ . Die Erfahrung bei der Auswahl der Geschwindigkeiten kann für ein Elektron, Proton, α-Partikel und vollständig ionisierte Uran-235 und Uran-238-Atome durchgeführt werden. Das Rechenexperiment in diesem Computermodell wird wie folgt durchgeführt: Studentenbericht, auf dem das geladene Partikel in den Geschwindigkeitswahlschalter, der elektrischen Feldstärke und der anfänglichen Geschwindigkeit des Partikels fliegt. Die Studierenden berechnen die Induktion des Magnetfelds gemäß den obigen Formeln. Danach werden die Daten in das Programm eingeführt und das Partikelfliegen beobachten. Wenn das Partikel horizontal innerhalb des Geschwindigkeitsschalters fliegt, sind die Berechnungen wahr.

Komplexere Computerexperimente können mit einem kostenlosen Paket ausgegeben werden. "Modellvision für Windows". Paket ModellVisionstudium (MVS) Es ist eine integrierte grafische Hülle der schnellen Erstellung interaktiver visueller Modelle komplexer dynamischer Systeme und Durchführung von Rechenexperimenten mit ihnen. Das Paket wurde von der Experimental-Objekt-Technologie-Forschungsgruppe an der Abteilung für verteilte Berechnungen und Computernetzwerke für technische Kybernetics der St. Petersburg State Technical University entwickelt. Kostenloses Paket kostenlos. MVS. 3.0 ist unter www.exponenta.ru erhältlich. Modellierungstechnik in Umwelt MVS. Basierend auf dem Konzept eines virtuellen Laborständers. Auf dem Stand befindet sich der Benutzer virtuelle Blöcke des simulierten Systems. Virtuelle Blöcke für das Modell werden entweder aus der Bibliothek ausgewählt oder vom Benutzer erneut erstellt. Paket MVS. Entwickelt, um die Hauptstufen des Computerexperiments zu automatisieren: Erstellen eines mathematischen Modells des untersuchten Objekts, der eine Software-Implementierung des Modells, der Untersuchung der Eigenschaften des Modells erzeugt und die Ergebnisse in einem praktischen Formular für Analyse darstellt. Das untersuchte Objekt kann sich auf die Klasse der kontinuierlichen, diskreten oder hybriden Systeme beziehen. Das Paket ist am besten an komplexe physische und technische Systeme angepasst.

Als Beispiel Betrachten Sie eine ziemlich beliebte Aufgabe. Lassen Sie den materiellen Punkt in einem gewissen Winkel in die horizontale Ebene geworfen und konstruiert absolut elastisch mit dieser Ebene. Dieses Modell ist in der Demonstration von Beispielen der Modellierung von Paketen fast obligatorisch geworden. Tatsächlich ist dies ein typisches Hybridsystem mit kontinuierlichem Verhalten (Flug im Feld) und diskreten Ereignissen (Bounce). Dieses Beispiel veranschaulicht auch einen objektorientierten Ansatz zur Modellierung: Ein Ball fliegt in der Atmosphäre ein Nachkomme eines Balls, der in einem Airless-Raum fliegt, und erbt automatisch alle gängigen Merkmale, indem sie ihre eigenen Eigenschaften hinzufügen.

Letzteres, endgültig, aus dem Standpunkt des Benutzers, der Modellierungsschritt, ist das Bühnenbild der Beschreibung der Form der Darstellung der Ergebnisse des Rechenversuchs. Diese können Tabellen, Diagramme, Oberflächen und sogar Animationen sein, die Echtzeitergebnisse darstellen. Somit beobachtet der Benutzer wirklich die Systemdynamik. Sie können Punkte in dem von den Benutzerelementen des Designs gezeichneten Phasenraum bewegen, der Farbraum kann variieren, und der Benutzer kann auf dem Bildschirm folgen, beispielsweise hinter Erwärmung oder Kühlvorgängen. In den Modellen erstellte Softwarepakete können Sie spezielle Fenster anbieten, mit denen Sie die Parameterwerte im Verlauf des Computerversuchs ändern können, und sehen sofort die Auswirkungen von Änderungen an.

Viel Arbeit an der visuellen Modellierung physischer Prozesse in MVS. Es wird in der IGSU durchgeführt. Es hat eine Reihe von virtuellen Arbeiten im Rahmen der allgemeinen Physik entwickelt, der mit echten experimentellen Einstellungen verbunden sein kann, was es ermöglicht, die Änderung der Parameter als echter physischer Prozess und die Parameter seines Modells gleichzeitig zu beobachten, und die Parameter seines Modells eindeutig demonstrieren. . Als Beispiel geben wir sieben Laborarbeit an Mechanikern aus der Laborworkshop des Internetportals einer offenen Ausbildung, die den bestehenden staatlichen Bildungsstandards in der Spezialität "Lehrer der Physik" erfüllt: das Studium einer geraden Linie mit Hilfe von die ATRUD-Maschine; Messung der Geschwindigkeit der Kugel; Zugabe von harmonischen Schwingungen; Messung des Trägheitsmoments des Fahrrads; Studie der Rotationsbewegung des Festkörpers; Bestimmung der Beschleunigung des freien Falls mit einem physischen Pendel; Studie der freien Schwankungen im körperlichen Pendel.

Die ersten sechs sind virtuell und werden auf PCs modelliert ModellvisionstudiumfreiUnd der letztere hat sowohl eine virtuelle Option als auch zwei echte. In einem, der für Fernunterricht bestimmt ist, muss der Student unabhängig voneinander ein Pendel von einem großen Briefpapierclips und einem Radiergummi machen und es ohne Kugel unter einer Computer-Mauswelle hängen, ein Pendel, dessen Abweichungswinkel von einem speziellen Programm gelesen wird und sollte von Studenten verwendet werden, wenn Sie die Ergebnisse des Experiments bearbeiten. Ein solcher Ansatz ermöglicht einen Teil der für experimentellen Arbeiten notwendigen Fähigkeiten, um nur auf einem PC und den Rest des Teils zu trainieren - beim Arbeiten mit verfügbaren echten Geräten und mit Remote-Zugriff auf Ausrüstung. In einer anderen Ausführungsform, die für die Hausvorbereitung von Vollzeitstudenten vorgesehen ist, die Laborarbeit in der Werkstatt der Abteilung Allgemeine und experimentellen Physik der physischen Fakultät für MPGU auszuführen, übt der Schüler die Fähigkeiten, mit der experimentellen Installation auf einem virtuellen Modell arbeiten, Im Labor leitet ein Experiment gleichzeitig auf einer bestimmten echten Installation und mit seinem virtuellen Modell. Gleichzeitig verwendet es sowohl traditionelle Messeinrichtungen in Form einer optischen Skala und einer Stoppuhr sowie ein genaueres und höheres Hochgeschwindigkeitsmittel - ein Sensor von Verschiebungen basierend auf einer optischen Maus und einem Computer-Timer. Der gleichzeitige Vergleich aller drei mit einem Computer verbundenen elektronischen Sensoren (traditionell, mit einem Computer, einem Modell) des gleichen Phänomens, ermöglicht uns, über die Grenzen der Angemessenheit des Modells abzuschließen, wenn Daten der Computersimulation nach einer Weile immer mehr beginnen unterscheidet sich von den Messwerten, auf einer echten Installation entfernt.

Die eins sind nicht erschöpft, die Möglichkeiten der Verwendung eines Computers in einem physischen Rechenversuch sind nicht erschöpft. Für einen kreativen Arbeitslehrer und seiner Schüler wird es also immer ungenutzte Möglichkeiten auf dem Gebiet des virtuellen und echten physischen Experiments geben.

Wenn Sie Kommentare und Anregungen zu verschiedenen Arten von physischem Computerexperiment haben, schreiben Sie mir bei:

In der oben angegebenen Definition hat der Begriff "Experiment" eine doppelte Bedeutung. Zum einen werden im Computer-Experiment sowie in realen Systemantworten auf bestimmte Änderungen in Parametern oder auf äußere Einflüsse untersucht. Die Parameter verwenden häufig Temperatur, Dichte, Zusammensetzung. Und die Belichtung wird am häufigsten durch mechanische, elektrische oder magnetische Felder umgesetzt. Der Unterschied ist nur, dass der Experimentator mit dem echten System befasst, während im Computerexperiment das Verhalten des mathematischen Modells des echten Objekts in Betracht gezogen wird. Andererseits ermöglicht die Fähigkeit, strikte Ergebnisse für gut definierte Modelle zu erhalten, die Verwendung eines Computerexperiments als unabhängige Informationsquelle zur Prüfung der Vorhersagen von Analysetheorien, und daher spielen die Simulationsergebnisse die Rolle in diesem Kapazität der gleichen Referenz wie erfahrene Daten.

Es scheint von allem, dass es scheint, dass es die Möglichkeit gibt, zwei sehr unterschiedliche Ansätze für die Formulierung eines Computerexperiments, was auf die Art der gelösten Aufgabe zurückzuführen ist, und dadurch die Wahl der Modellbeschreibung bestimmt.

Erstens können Berechnungen von MD- oder MK-Methoden rein nützliche Ziele verfolgen, die mit der Vorhersage der Eigenschaften eines bestimmten echten Systems und dessen Vergleich mit dem physischen Experiment verbunden sind. In diesem Fall können Sie interessante Prognosen erstellen und unter extremen Bedingungen erforschen, beispielsweise mit ultra-hohen Drücken oder Temperaturen, wenn ein echter Experiment aus verschiedenen Gründen unrealistisch ist oder zu große Materialkosten erfordert. Die Modellierung auf einem Computer ist in der Regel generell der einzige Weg, um die detailliertesten ("mikroskopischen") Informationen über das Verhalten eines komplexen molekularen Systems erhalten. Dies ist besonders deutlich klar von numerischen Experimenten eines dynamischen Typs mit verschiedenen Biosystemen gezeigt: Kugelförmige Proteine \u200b\u200bin nativem Zustand, DNA-Fragmenten und RNA , Lipidmembranen. In einer Reihe von Fällen wurden die erhaltenen Daten gezwungen, die vorherigen Ideen um die Struktur und das Funktionieren dieser Objekte überarbeiten oder erheblich zu ändern. Es ist zu beachten, dass verschiedene Arten von Valenz und nicht sinnvollen Potenzialen verschiedene Arten von Valenz und nicht sinnvollen Potenzialen verwendet werden, die nur die wahren Wechselwirkungen von Atomen annähern, diese Umstände letztendlich das Maß der Konformität zwischen Modell und Realität bestimmt. Anfangs wird das umgekehrte Problem durchgeführt, wenn die Potentiale gemäß den vorhandenen experimentellen Daten kalibriert werden, und nur dann werden diese Potentiale bereits verwendet, um detailliertere Informationen zum System zu erhalten. Manchmal können die Parameter der interatomischen Wechselwirkungen grundsätzlich von quantenchemischen Berechnungen für einfachere Modellverbindungen gefunden werden. Bei der Modellierung von MD oder MK MK wird das Molekül nicht als Set von Elektronen und Kernen behandelt, unter den Gesetzen der Quantenmechanik, sondern als System mit verwandten klassischen Partikeln - Atomen. Dieses Modell wird aufgerufen maschinenmodell des Moleküls .

Der Zweck eines anderen Ansatzes an die Formulierung eines Computerexperiments kann ein Verständnis von üblichen (universellen oder modellinvarianten) Mustern des Verhaltens des unter Studies sein, dh solchen Mustern, die nur durch die typischsten Merkmale dieser Klasse definiert sind von Objekten, aber nicht die Details der chemischen Struktur einer separaten Verbindung. Das ist in diesem Fall das Computerexperiment darauf, funktionale Anleihen festzulegen, und nicht die Berechnung numerischer Parameter. Diese Ideologie in der verschiedensten Form ist in der Skalingtheorie der Polymere vorhanden. Aus Sicht dieses Ansatzes fungiert die Computersimulation als theoretisches Werkzeug, das Sie vor allem die Schlussfolgerungen vorhandener analytischer Methoden der Theorie prüfen oder ihre Vorhersagen ergänzen können. Eine solche Wechselwirkung zwischen analytischem Theorie und Computerexperiment ist sehr fruchtbar, wenn identische Modelle in beiden Ansätzen verwendet werden können. Das auffälligste Beispiel dieser Art von verallgemeinerten Modellen von Polymermolekülen kann als das sogenannte dienen gittermodell . Es basiert auf einer Vielzahl von theoretischen Konstruktionen, insbesondere derjenigen, die sich auf die Lösung des klassischen und in einem Sinne beziehen, das Hauptproblem physikochemischer Polymere auf der Wirkung von volumetrischen Wechselwirkungen zur Konformation und dementsprechend auf den Eigenschaften eines flexiblen Polymers Kette. Unter Bulk-Wechselwirkungen werden die kurzfristigen abstoßenden Stärken in der Regel zwischen den Verbindungen impliziert, die entlang der Kette entfernt werden, wenn sie aufgrund von zufälligen Biegungen des Makromoleküls näher kommen. Im Gittermodell gilt der echte Kreislauf als eine gebrochene Flugbahn, die durch die Knoten des richtigen Gitters eines bestimmten Typs durchläuft: Kubik, Tetraedral usw. Die eingerückten Gitterknoten entsprechen den Polymerverbindungen (Monomeren) und der Verbindung Sie Segmente - chemische Bindungen im Makromolekül-Skelett. Das Verbot der Selbstkreuzungen der Flugbahn (oder mit anderen Worten, die Unfähigkeit, gleichzeitig zwei oder mehr Monomere in einen Gitterknoten einzugeben) modelle volumetrische Wechselwirkungen (Abb. 1). Das heißt, wenn beispielsweise das MK-Verfahren verwendet wird und wenn Sie den zufällig ausgewählten Link verschoben haben, wird er in den bereits befahrenen Knoten gelangen, so dass eine solche neue Konformation verworfen wird und bei der Berechnung der Parameter nicht mehr berücksichtigt wird vom System. Verschiedene Orte der Kette auf dem Kühlergitter entsprechen den Anpraktienten der Polymerkette. Es gibt eine Mittelung der erforderlichen Eigenschaften, zum Beispiel der Abstand zwischen den Enden der R.

Die Untersuchung eines solchen Modells ermöglicht es, zu verstehen, wie volumetrische Interaktionen die Abhängigkeit des Wurzelschnittswerts beeinflussen. Von der Anzahl der Links in der Kette N . Natürlich der Wert , Die bestimmende durchschnittliche Größe der Polymerkugel spielt eine wichtige Rolle in verschiedenen theoretischen Konstruktionen und kann auf Erfahrung gemessen werden; Es gibt jedoch noch keine genaue analytische Formel zur Berechnung der Abhängigkeit von n in Gegenwart von Masseninteraktionen. Sie können auch eine zusätzliche Anziehungskraft zwischen diesen Paaren der Links eingeben, die die benachbarten Gitterknoten treffen. Um diese Energie in einem Computerexperiment zu sammeln, ist es insbesondere möglich, ein interessantes Phänomen zu erforschen, das den Übergang des "Tangle-Globle" bezeichnet wird, wenn aufgrund der Kräfte der intramolekularen Anziehungskraft das eingesetzte Polymerziegel zusammengedrückt ist und sich umdreht Eine kompakte Struktur - ein Globus, der einem flüssigen mikroskopischen Tropfen ähnelt. Ein Verständnis der Details eines solchen Übergangs ist wichtig für die Entwicklung der allgemeinen Ideen zum Fortschritt der biologischen Evolution, die zur Entstehung von Kugelproteinen führte.

Es gibt verschiedene Modifikationen von Gittermodellen, beispielsweise solcher, in denen die Längen der Verbindungen zwischen den Links keine festen Werte haben, sich jedoch in einem bestimmten Intervall ändern können, was nur ein Verbot von Ketten-Selbstkreuzungen garantiert als weit verbreitetes Modell mit "schwankenden Verbindungen". Alle Gittermodelle vereint jedoch, was sie sind diskret Das heißt, die Anzahl der möglichen Konformationen eines solchen Systems ist natürlich immer (obwohl es ein astronomischer Wert auch bei einer relativ geringen Anzahl von Verbindungen in der Kette sein kann). Alle diskreten Modelle verfügen über eine sehr hohe Recheneffizienz, aber in der Regel können nur von Monte Carlo untersucht werden.

Für eine Reihe von Fällen werden verwendet fortlaufend Generalisierte Polymere-Modelle, die die Konformation kontinuierlich ändern können. Das einfachste Beispiel ist eine Kette, die aus einer bestimmten Anzahl besteht. N. Vollkugeln, konstant durch starre oder elastische Verbindungen verbunden. Solche Systeme können sowohl durch die Monte-Carlo-Methode als auch die Methode der molekularen Dynamik untersucht werden.