Nowoczesny komputer ma wiele obszarów użytkowania. Wśród nich, jak wiesz, zdolność komputera jako środka automatyzacji procesów informacyjnych ma szczególne znaczenie. Ale nie mniej znaczące i jego możliwości narzędziepraca eksperymentalna i analiza jego wyników.

Eksperyment obliczeniowyod dawna był znany w nauce. Pamiętaj o otwarciu planety Neptune "na czubku pióra." Często wyniki badań naukowych są uważane za wiarygodne tylko wtedy, gdy mogą być prezentowane w formie modeli matematycznych i potwierdzone przez obliczenia matematyczne. Ponadto stosuje nie tylko fizyki.

lub projekt techniczny, ale także do socjologii, językoznawstwa, marketingu - tradycyjnie humanitarnych dyscyplin, daleko od matematyki.

Eksperyment obliczeniowy jest teoretyczną metodą poznania. Rozwój tej metody jest symulacja numeryczna- stosunkowo nowa metoda naukową, która była powszechna z powodu wyglądu komputera.

Symulacja numeryczna jest szeroko stosowana w praktyce, a podczas prowadzenia badań naukowych.

Przykład.Bez budowania modeli matematycznych i przeprowadzenia różnych obliczeń dotyczących stale zmieniających się danych pochodzących z przyrządów pomiarowych, działanie automatycznych linii produkcyjnych, autopilot, stacji śledzenia, automatycznych systemów diagnostycznych jest niemożliwe. Ponadto należy przeprowadzić obliczenia w czasie rzeczywistym, aby zapewnić niezawodność systemów, a ich błędy mogą być milion dolarów procentów.

Przykład.Nowoczesny astronomowy można zobaczyć częściej z okularu teleskopu, ale przed wyświetleniem komputera. I nie tylko teoretyk, ale także obserwator. Astronomia jest niezwykłą nauką. Z reguły nie można bezpośrednio eksperymentować z obiektami badawczymi. Różne rodzaje promieniowania (promieniowanie elektromagnetyczne, grawitacyjne, neutrinowe lub kosmiczne) astronomowie tylko "szpiegowskie" i podsłuchani. Oznacza to, że musisz nauczyć się wyodrębniać maksymalne informacje z obserwacji i odtwarzać je w obliczeniach do testowania hipotez opisujących te obserwacje. Zastosowania komputerów w astronomii, jak w innych naukach są niezwykle różnorodne. Jest to automatyzacja obserwacji, a przetwarzanie ich wyników (astronomowie widzą obrazy nie w okularach, ale na monitorze podłączonym do urządzeń specjalnych). Komputery są również niezbędne do pracy z dużymi katalogami (gwiazdami, analizami spektaknymi, związkami chemicznymi itp.).

Przykład.Wszyscy znają wyrażenie "burza w szklance wody". W szczegółach szczegółowo taki złożony proces hydrodynamiczny, jak burza, konieczne jest przyciągnięcie złożonych metod modelowania numerycznego. Dlatego w dużych hydrometeoketrycznych są potężne komputery: "Burza jest rozgrywana" w krysztale procesorowym komputera.

Nawet jeśli spędzasz niezbyt złożone obliczenia, ale musisz powtórzyć ich milion razy, to lepiej pisać program raz, a komputer powtórzy go tyle razy, ile potrzeba (ograniczenie, naturalnie, będzie szybkość komputerowa ).

Symulacja numeryczna może być niezależną metodą badawczą, gdy odsetki są tylko wartościami niektórych wskaźników (na przykład koszt produktów lub integralnego widma galaktyki), ale częściej występuje jeden ze środków budowy modeli komputerowych w szerszym poczuciu tego terminu.

Historycznie, pierwsza praca na modelowaniu komputera była związana z fizyką, gdzie, przy pomocy modelowania numerycznego, całej klasy problemów hydraulicznych, filtracji, wymiany ciepła i wymiany ciepła, mechanikę stałą i tak zwanym modelowaniem, był głównie rozwiązywany Nieliniowe cele fizyki matematycznej i zasadniczo było oczywiście symulację matematyki. Sukcesy modelowania matematycznego w fizyce przyczyniły się do rozprzestrzeniania go na zadaniach chemii, energetyki elektrycznej, biologii, a schematy symulacyjne nie były zbyt inne od siebie. Złożoność zadań rozwiązanych na podstawie modelowania była ograniczona tylko mocą dostępnych komputerów. Ten typ modelowania jest rozpowszechniony i aktualny. Ponadto w trakcie rozwoju modelowania numerycznego całe biblioteki podprogramów i funkcji, które ułatwiają wykorzystanie i rozszerzające możliwości modelowania. A jednak obecnie koncepcja "symulacji komputerowej" jest zwykle związana z fundamentalnymi dyscyplinami naturalno-naukowymi, ale przede wszystkim z ogólnoustrojową analizą złożonych systemów z pozycji cybernetyki (to znaczy z pozycji zarządzania, rząd, samoorganizacja). A teraz symulacja komputerowa jest szeroko stosowana w biologii, makroekonomii, podczas tworzenia zautomatyzowanych systemów sterowania itp.

Przykład.Pamiętaj, że eksperyment PGGE opisany w poprzednim akapicie. Może oczywiście mógł być przeprowadzony nie z prawdziwymi obiektami, ale z obrazem animacji na ekranie wyświetlacza. Ale przecież ruch zabawek może być nakręcony na zwykłym filmie i demonstruje go w telewizji. Czy należy zadzwonić do korzystania z komputera w tym przypadku przez modelowanie komputera?

Przykład. Model lotu ciała, porzucony pionowo w górę lub pod kątem do horyzontu, jest na przykład harmonogram wysokości ciała w zależności od czasu. Możesz go zbudować

a) na kartce papieru w punktach;

b) w edytorze graficznym w tych samych punktach;

c) przy użyciu programu graficznego biznesowego, na przykład w
arkusze kalkulacyjne;

d) Pisanie programu, który nie tylko wyświetla
Trajektoria lotu rany, ale także pozwala zapytać
Dane początkowe (kąt nachylenia, prędkość początkową
).

Dlaczego opcja b) Nie chcę nazywać modelu komputerowego i opcji C) i D) w pełni zgodne z tą nazwą?

Pod model komputerowyczęsto rozumiem program (lub program plus specjalny urządzenie), co zapewnia imitację cech i zachowania określonego obiektu. Wynik tego programu jest również nazywany modelem komputerowym.

W specjalnej literaturze termin "model komputerowy" jest bardziej ściśle określony w następujący sposób:

Warunkowym obrazem obiektu lub niektóre systemy obiektów (procesów, zjawisk), opisanych przy użyciu powiązanych tabel komputerowych, schematach, wykresów, wykresów, rysunków, fragmentów animowanych, hipertekstów i tak dalej i odzwierciedlającej strukturę (elementy i wzajemne powiązania między nimi) obiekt. Wezwane są modele komputerowe tego gatunku strukturalny i funkcjonalny;

Oddzielny program lub zestaw programów, które umożliwiają sekwencję obliczeń i graficznego wyświetlania swoich wyników do rozmnażania (naśladowania) procesów funkcjonujących obiektów, pod warunkiem, że ma wpływ różne, zwykle losowe czynniki. Takie modele są nazywane symulacja.

Modele komputerowe mogą być proste i kompleksowe. Proste modele wielokrotnie tworzyły, gdy programowanie badano lub zbudowano bazę danych. W trójwymiarowych systemach graficznych zbudowane są automatyczne systemy sterowania i stosowane są bardzo złożone modele komputerowe.

Przykład.Pomysł zbudowania modelu aktywności człowieka z komputerem nie jest nowy i trudno jest znaleźć taki obszar działalności, w której nie zostałby próbowany do wdrożenia. Systemy eksperckie są programami komputerowymi, które symulują działania eksperta danej osoby w rozwiązywaniu problemów w dowolnym obszarze tematycznym opartym na zgromadzonej wiedzy stanowiącej bazę wiedzy. Solidne zadanie modelowania aktywności umysłowej. Ze względu na złożoność modeli rozwój es zajmuje się, z reguły przez kilka lat.

Nowoczesne systemy ekspertów z wyjątkiem bazy wiedzy mają również podstawę precedenentów - na przykład wyniki badania prawdziwych osób i informacji na temat kolejnego sukcesu / niepowodzenia ich działalności. Na przykład podstawa precedentów systemu eksperckiego w Nowym Jorku - 786 000 osoba, centrum "hobby" (polityka personalna w przedsiębiorstwie) - 512 000 ludzie, a według słów specjalistów tego centrum, opracowany przez nich es zdobyli z oczekiwaną dokładnością, tylko wtedy, gdy zostanie przekazana baza 200 000 człowiek, który wziął swoje stworzenie od 6 lat.

Przykład.Postępy w tworzeniu obrazów graficznych komputera zaawansowane z obrazów ramowych modeli trójwymiarowych z prostym obrazem półtonów do nowoczesnych realistycznych zdjęć, które są próbkami sztuki. Była to wynik sukcesu w dokładniejszym definicji środowiska modelowania. Przejrzystość, odbicie, cienie, modele oświetleniowe i właściwości powierzchni są kilka obszarów, w których badacze intensywnie działają, stale oferują nowe algorytmy tworzenia coraz bardziej realistycznych sztucznych obrazów. Obecnie metody te służą do tworzenia wysokiej jakości animacji.

Praktyczne potrzeby wmodelowanie komputerowe Umieść zadania na temat programistów sprzętowych przyborykomputer. Oznacza to, że metoda aktywnie wpływa nie tylko na wygląd wszystkich nowych i nowe programyale ina rozwójŚrodki techniczne.

Przykład.Po raz pierwszy na temat holografii komputerowej przemówił w latach 80. XX wieku. Tak więc, w zautomatyzowanych systemach projektowych, w systemach informacyjnych geograficznych, byłoby miło być w stanie nie tylko zobaczyć przedmiot zainteresowania w formie trójwymiarowej, ale przedstawić go w formie faceta, który można obrócić, pochylenie, zajrzeć do wnętrza. Aby stworzyć obraz holograficzny, użyteczny w prawdziwych zastosowaniach, potrzebnych

holograficzny

kino

wyświetla się z gigantyczną liczbą pikseli - do miliarda. Teraz taka praca jest aktywnie prowadzona. Jednocześnie wraz z rozwojem wyświetlacza holograficznego pracuje, aby utworzyć trójwymiarową stację roboczą w oparciu o zasadę zwaną "zastąpienie rzeczywistością". Termin ten jest ideą powszechnego wykorzystania wszystkich tych naturalnych i intuicyjnych metod, których osoba wykorzystuje podczas interakcji z naturalno-energetycznymi) modeli, ale koncentruje się na ich kompleksowej poprawie i rozwoju za pomocą unikalnych funkcji cyfrowego systemy. Na przykład zakłada się, że możliwe będzie manipulować i oddziaływać z hologramami komputerowymi w czasie rzeczywistym za pomocą gestów i dotyków.

Symulacja komputerowa ma następujące informacje zalety:

Zapewnia jasność;

Dostępne w użyciu.

Główną zaletą modelowania komputera jest to, że pozwala na nie tylko obserwować, ale także przewidzieć wynik eksperymentu w niektórych specjalnych warunkach. Dzięki tej okazji ta metoda znalazła wniosek w biologii, chemii, socjologii, ekologii, fizyki, ekonomii i wielu innych obszarach wiedzy.

Symulacja komputerowa jest szeroko stosowana w nauce. Z pomocą specjalnych programów można zobaczyć modele takich zjawisk jako zjawiska mikroświdu i świata z wielkościami astronomicznymi, zjawiskami fizyki jądrowej i kwantowej, rozwój roślin i konwersji substancji w reakcjach chemicznych.

Przygotowanie specjalistów wielu zawodów, zwłaszcza takich jak ruch lotniczy, piloci, dyspozytorów atomowych i elektrowni, są przeprowadzane przy użyciu symulatorów zarządzanych przez modelowanie komputerowe rzeczywiste sytuacje, w tym sytuacje awaryjne.

Na komputerze możesz spędzić prace laboratoryjne, jeśli nie ma żadnych niezbędnych urządzeń i urządzeń, ani jeśli rozwiązanie problemu wymaga stosowania złożonych metod matematycznych i obliczeń ciężkich.

Symulacja komputerowa umożliwia "ożywienie" badanych przepisów fizycznych, chemicznych, biologicznych, społecznych, umieścić wiele eksperymentów z modelem. Ale nie zapominaj, że wszystkie te eksperymenty są bardzo warunkowe w naturze, a wartość poznawcza jest również bardzo warunkowa.

Przykład. Przed praktycznym zastosowaniem reakcji rozkładu jądrowego fizycy nuklearne po prostu nie wiedzieli o niebezpieczeństwach promieniowania, ale pierwsze masowe wykorzystanie "osiągnięć" (Hiroshima i Nagasaki) wyraźnie pokazało, jak promieniowanie

z niebezpiecznym dla osoby. Rozpoczęcie fizyki z elektrykiem jądrowym

stacje, ludzkość przez długi czas nie wiedziałyby o niebezpieczeństwach promieniowania. Osiągnięcie chemików początku ubiegłego wieku - potężny pestycydowy DDT - przez długi czas był uważany za absolutnie bezpieczny

Zgodnie z zastosowaniem silnych nowoczesnych technologii, szerokiej replikacji i bezmyślnych wykorzystania błędnych produktów oprogramowania, takich wąskich specjalistów, wydawałoby się, pytania, jako adekwatność komputerowego modelu rzeczywistości, może zdobyć ciężkie znaczenie uniwersalne.

Eksperymenty komputerowe.- jest to narzędzie do badania modeli, nie zjawisk naturalnych ani społecznych.

Dlatego jednocześnie z eksperymentem komputerowym powinien zawsze iść do badacza, porównując swoje wyniki, może ocenić jakość odpowiedniego modelu, głębokości naszych pomysłów na temat istoty zjawiska

narodziny. Nie zapominaj o tym fizyce, biologii, astronomii, informatyki, jest prawdziwą świątyną naukę, a nie o wirtualnej rzeczywistości.

W badaniach naukowych, zarówno fundamentalnych, jak i praktycznie skierowanych (stosowanych), komputer często działa jako niezbędne narzędzie pracy eksperymentalnej.

Eksperyment komputerowy jest najczęściej powiązany:

Ze skomplikowanymi obliczeniami matematycznymi (numer
symulacja);

Z konstrukcją i badaniem wizualnego i / lub DIN
Mic modele (Modelowanie komputerowe).

Pod model komputerowyjest rozumiany przez program (lub program w połączeniu ze specjalnym urządzeniem), co zapewnia naśladowanie cech i zachowań konkretnego obiektu, a także wyniku wykonania tego programu w postaci obrazów graficznych (nieruchome lub dynamiczne), wartości numeryczne, tabele itp.

Są modele komputerowe strukturalne i funkcjonalne i symulacyjne.

Strukturalny i funkcjonalnymodel komputerowy jest warunkowym obrazem obiektu lub jakiś system obiektów (procesów, zjawisk), opisanych przy użyciu powiązanych tabel komputerowych, schematów, diagramów, wykresów, rysunków, animowanych fragmentów, hipertekstów i tak dalej i odzwierciedlającej strukturę obiektu lub jego zachowanie.

Model komputerowy symulacyjny jest osobnym programem lub kompleksem oprogramowania, który umożliwia reprodukcję (naśladowanie) procesów funkcjonowania obiektu za pomocą sekwencji obliczeń i graficznego wyświetlania swoich wyników, pod warunkiem, że ma wpływ różne czynniki losowe.

Modelowanie komputerowe jest metodą rozwiązywania problemu analizy lub syntezy systemu (najczęściej kompleksowy system) na podstawie korzystania z jego modelu komputerowego.

Zalety symulacji komputerowejtak jest:

Umożliwia nie tylko obserwowanie, ale także przewidzieć wynik eksperymentu w niektórych specjalnych warunkach;

Pozwala symulować i zbadać zjawiska przewidywane przez dowolne teorie;

Jest przyjazny dla środowiska i nie stanowi zagrożenia dla natury i mężczyzny;

Zapewnia jasność;

Dostępne w użyciu.

Metoda symulacji komputerowej znalazła wniosek w biologii, chemii, socjologii, ekologii, fizyki, ekonomii, językoznawstwie, orzecznictwie i wielu innych obszarach wiedzy.

Symulacja komputerowa jest szeroko stosowana w szkoleniach, szkoleniach i przekwalifikowaniu specjalistów:

W celu wizualnej prezentacji modeli zjawisk Microrld i świat z rozmiarami astronomicznymi;

Naśladować procesy występujące w świecie żywych i nieożywionych natury

Aby symulować prawdziwe sytuacje zarządzania kompleksowymi systemami, w tym sytuacjami kryzysowymi;

W przypadku prac laboratoryjnych, gdy nie ma żadnych niezbędnych urządzeń i urządzeń;

Aby rozwiązać problemy, jeśli wymagane jest stosowanie złożonych metod matematycznych i obliczeń intensywnych pracy.

Ważne jest, aby pamiętać, że na komputerze nie ma obiektywnej rzeczywistości, ale nasze teoretyczne pomysły na ten temat. Obiekt modelowania komputerowego są matematyczne i inne modele naukowe, a nie prawdziwe obiekty, procesy, zjawiska.

Eksperymenty komputerowe.- jest to narzędzie do badania modeli, nie zjawisk naturalnych ani społecznych.

Kryterium lojalności wobec któregokolwiek z wyników symulacji komputerowej był również naprężeniem (fizycznym, chemicznym, społecznym) eksperymentem. W badaniach naukowych i praktycznych eksperyment komputerowy może towarzyszyć badaniu,

ich wyniki mogą ocenić jakość modelu, głębokość naszych pomysłów na temat istoty zjawisk przyrody.

Ważne jest, aby pamiętać, że fizyka, biologia, astronomia, gospodarka, informatyka to nauka o prawdziwym świecie, a nie o
Wirtualna rzeczywistość.

Ćwiczenie 1.

List napisany w edytorze tekstu i e-mailem wysłanym pocztą elektroniczną, prawie nikt wywołuje model komputerowy.

Redaktorzy tekstu często pozwalają na tworzenie nie tylko regularnych dokumentów (liter, stylów, raportów), ale także szablony dokumentów, w których istnieją trwałe informacje, których użytkownik nie może się zmienić, istnieją pola danych, które są wypełnione przez użytkownika i tam są polami, w których są one automatycznie wytwarzane obliczenia na podstawie wprowadzonych danych. Czy można rozważyć taki szablon jako model komputera? Jeśli tak, jaki jest przedmiot modelowania w tym przypadku i jaki jest cel stworzenia podobnego modelu?

Zadanie 2.

Wiesz, że przed utworzeniem bazy danych musisz najpierw zbudować model danych. Wiesz również, że algorytm jest modelem działalności.

A modele i algorytmy danych są najczęściej rozwijane na podstawie implementacji komputerowej. Czy można powiedzieć, że w pewnym momencie stają się modelem komputerowym, a jeśli tak, kiedy się dzieje?

Uwaga.Sprawdź swoją odpowiedź na definicję koncepcji "modelu komputerowego".

Zadanie 3.

Opisz etapy budowania modelu komputerowego na przykładzie rozwoju programu, który naśladujący niektóre zjawisko fizyczne.

Zadanie 4.

Podaj przykłady, gdy symulacja komputerowa przyniosła prawdziwe korzyści i gdy doprowadziło do niepożądanych konsekwencji. Przygotuj raport na ten temat.

Eksperyment komputerowy z modelem systemu podczas jego badania i projektowania jest przeprowadzany w celu uzyskania informacji o cechach funkcjonowania rozważanego obiektu. Głównym zadaniem planowania eksperymentów komputerowych jest uzyskanie niezbędnych informacji o systemie w ramach badań w trakcie ograniczeń dotyczących zasobów (koszty czasu maszyn, pamięci itp.). Komponatywane zadania rozwiązane podczas planowania eksperymentów komputerowych obejmują zadania redukcji kosztów czasu maszyn do modelowania, zwiększając dokładność i niezawodność wyników modelowania, adekwatność testów itp.

Efektywność eksperymentów komputerowych z modeli istotnie zależy od wyboru planu eksperymentalnego, ponieważ jest to plan, który określa wielkość i procedurę prowadzenia komputerów na komputerze, odbieranie akumulacji i statystycznego przetwarzania wyników modelowania systemu . Dlatego głównym zadaniem planowania eksperymentów komputerowych z modelem jest formułowany w następujący sposób: konieczne jest uzyskanie informacji o obiektach modelowania określonych w postaci algorytmu (programu), przy minimalnych lub ograniczonych kosztach zasobów maszyn do wdrożenia modelowania proces.

Zaletą eksperymentów komputerowych przed domem jest możliwość w pełni rozmnażania warunków eksperymentalnych z systemem badanym systemem. . Zasadniczą przewagą nad dziedziną jest prostota przerywania i wznawiania eksperymentów komputerowych, co pozwala na wykorzystanie kolejnych i heurystycznych technik planowania, które mogą być niezrealizowane w eksperymentach z rzeczywistymi przedmiotami. Podczas pracy z modelem komputerowym eksperyment jest zawsze możliwy na czas wymagany do analizy wyników i podejmowania decyzji o dalszym postępie (na przykład potrzebie zmiany wartości cech modelu).

Wadą eksperymentów komputerowych jest to, że wyniki niektórych obserwacji zależą od wyników jednego lub więcej poprzednich, a zatem zawierają mniej informacji niż w niezależnych obserwacjach.

W odniesieniu do bazy danych eksperyment komputerowy oznacza manipulację danych zgodnie z celem za pomocą narzędzi DBMS. Celem eksperymentu można utworzyć na podstawie ogólnego celu modelowania i z uwzględnieniem wymogów określonego użytkownika. Na przykład istnieje baza danych "Deanat". Ogólnym celem tworzenia tego modelu jest zarządzanie procesem edukacyjnym. Jeśli chcesz uzyskać informacje o wydajności uczniów, możesz poprosić, tj. Wdrożenie eksperymentu do pobierania próbek żądanych informacji.

DBMS Environment Toolbox umożliwia wykonanie następujących operacji danych:

1) Sortowanie - usprawnienie danych zgodnie z dowolnym znakiem;

2) Wyszukiwanie (filtrowanie) - wybór danych spełniających określony stan;

3) Tworzenie obliczonych pól - transformacja danych do innego widoku na podstawie formuł.

Zarządzanie modelami jest nierozerwalnie związane z rozwojem różnych kryteriów wyszukiwania i sortowania danych. W przeciwieństwie do plików papierowych, w których sortowanie jest możliwe na jednym lub dwóch kryteriach, a wyszukiwanie jest generalnie przeprowadzane ręcznie - Brute Force Cards, komputerowe bazy danych pozwalają ustawić dowolne formularze sortowania na różnych dziedzinach i różnych kryteriów wyszukiwania. Komputer bez czasu wydawania w danym kryterium sortuje lub wybierz niezbędne informacje.

Aby skutecznie współpracować z modelem informacyjnym, środowisko oprogramowania bazy danych umożliwiają tworzenie obliczonych pól, w których początkowe informacje są konwertowane na inne gatunki. Na przykład, zgodnie z semestrem, przy pomocy specjalnej funkcji wbudowanej, można obliczyć średni wynik ucznia. Takie obliczone pola są wykorzystywane jako dodatkowe informacje lub jako kryterium wyszukiwania i sortowania.

Eksperyment komputerowy obejmuje dwa etapy: testowanie (weryfikacja wykonania operacji) i prowadzenie eksperymentu z prawdziwymi danymi.

Po sporządzaniu formuł dla obliczonych pól i filtrów należy upewnić się, że są one poprawne. Aby to zrobić, możesz wprowadzić rekordy testowe, dla których wynik operacji jest znany z góry.

Eksperyment komputerowy jest zakończony wydawaniem wyników w wygodnej analizie i podejmowaniu decyzji. Jedną z zalet modeli informacji komputerowych jest możliwość tworzenia różnych form prezentacji informacji wyjściowych zwanych raportów. Każdy raport zawiera informacje, które spełniają cele konkretnego eksperymentu. Wygoda raportów komputerowych polega na tym, że pozwalają im grupować informacje na temat określonych funkcji, wprowadź podsumowanie pól zliczania zapisów w grupach i ogólnie w całej bazie danych i dalsze wykorzystanie tych informacji do podjęcia decyzji.

Środowisko umożliwia tworzenie i przechowywanie wielu typowych, często używanych formularzy raportów. Zgodnie z wynikami niektórych eksperymentów można utworzyć raport tymczasowy, który zostanie usunięty po skopiowaniu go do dokumentu tekstowego lub wydruku. Niektóre eksperymenty wcale nie wymagają raportowania. Na przykład konieczne jest wybranie najbardziej udanego ucznia do przypisywania wysokich stypendiów. Aby to zrobić, wystarczy posortować średni wynik semestru. Wymagane informacje będą zawierać pierwszy wpis na liście studentów.

Aby dać życie nowym rozwojem projektu, wprowadzić nowe rozwiązania techniczne do produkcji lub sprawdzić nowe pomysły, potrzebujesz eksperymentu. W pobliskiej przeszłości, taki eksperyment może być przeprowadzony albo w warunkach laboratoryjnych na instalacjach specjalnie utworzonych dla niego, lub na naturze, tj., Na obecnej próbce produktu, wystawiając go do wszelkiego rodzaju testowania. W przypadku badania, na przykład, właściwości operacyjne dowolnej jednostki lub węzła zostały umieszczone w termostatu, były one zamrożone w specjalnych komór, potrząsali na wibrujących stawkach i tak dalej. Cóż, jeśli jest to nowy zegarek lub odkurzacz ~ jest niewielka ze stratą podczas niszczenia. A jeśli samolot lub rakieta?

Eksperymenty laboratoryjne i polowe wymagają dużych materiałów i czasu, ale ich znaczenie jest jednak bardzo duże.

Mówiło się już, że przy pierwszym etapie, przedmioty podstawowe są wykrywane podczas analizy obiektu źródłowego, który w procesie symulacji powinno być poddawane różnym eksperymentom. Jeśli wrócisz na przykład z samolotem, a następnie do eksperymentów z węzłami i systemami, jak mówią, wszystkie środki są dobre. Aerodynamiczna rurka i modele polowe skrzydeł i kadłuba stosowane do testowania usprawiedliwienia obudowy, a różne modele imitacji są możliwe do badania systemów bezproblemowej zasilania i bezpieczeństwa pożarowego, nie jest możliwe, aby zrobić bez specjalnego stoiska.

Wraz z rozwojem technologii obliczeniowej pojawiła się nowa unikalna metoda badawcza - eksperyment komputerowy. Aby pomóc, a czasem na zastępowaniu próbek eksperymentalnych i stoisk testowych w wielu przypadkach przyszły komputerowe badania modeli. Obliczony eksperyment eksperymentalny obejmuje dwa etapy: sporządzenie planu symulacji i technologii modelowania.

Plan symulacji Musi wyraźnie odzwierciedlać sekwencję pracy z modelem.

Często plan jest wyświetlany jako sekwencja numerowanych elementów z opisem działań, które należy przeprowadzić przez badacza z modelem komputerowym. Tutaj nie należy określić, czego korzystać z oprogramowania. Szczegółowy plan jest rodzajem odbicia strategii eksperymentu komputerowego.

Pierwszym punktem takiego planu jest zawsze rozwój testu, a następnie testowanie modelu.

Testowanie to proces weryfikacji właściwego modelu.

Test - zestaw danych źródłowych, dla których wynik jest znany z wyprzedzeniem.

Aby być pewnym poprawnością wynikowych wyników modelowania, konieczne jest przedprowadzenie eksperymentu komputerowego na modelu dla skomponowanego ciasta. Jednocześnie musisz pamiętać:

Po pierwsze, test musi zawsze koncentrować się na sprawdzaniu opracowanego algorytmu do funkcjonowania modelu komputera. Test nie odzwierciedla jego treści semantycznej. Jednak wyniki uzyskane podczas procesu testowania mogą wcisnąć Cię na pomysł zmiany oryginalnej informacji lub modelu, gdzie położone jest przede wszystkim zawartość semantyczna zadania.

Po drugie, dane źródłowe w teście mogą nie odzwierciedlać całkowicie rzeczywistej sytuacji. Może to być dowolna kombinacja najprostszych liczb lub symboli. Ważne jest, aby można było poznać oczekiwane wynik z wyprzedzeniem określoną opcją danych źródłowych. Na przykład model jest przedstawiony w postaci złożonych relacji matematycznych. Musi być testowany. Wybierasz kilka opcji dla najprostszych wartości danych źródłowych i obliczyć ostateczną odpowiedź z góry, to znaczy, znasz oczekiwany wynik. Następnie spędzasz eksperyment komputerowy z tych danych źródłowych i porównuj wynik z oczekiwanymi. Muszą się pokrywać. Jeśli nie pokrywisz się, musisz wyszukać i wyeliminować przyczynę.

Po testowaniu, gdy masz zaufanie do prawidłowego funkcjonowania modelu, przejdziesz bezpośrednio do technologia modelowania.

Technologia modelowania jest zestawem ukierunkowanych działań użytkownika na modelu komputera.

Każdy eksperyment musi towarzyszyć zrozumienie wyników, które będą podstawą do analizy wyników modelowania.

L. V. Pigalityn,
, Www.levpi.narod.ru, Mou Sosh No. 2, Dezerzhinsk, Nizhny Novgorod Region.

Eksperyment fizyczny komputerowy

4. Obliczanie eksperymentu komputerowego

Włącza się eksperyment obliczeniowy
w niezależnym obszarze nauki.
R.g. Efremov, DF-M.N.

Eksperyment komputera obliczeniowego jest w dużej mierze podobny do zwykłego (tosty). Są one planowanie eksperymentalne oraz tworzenie instalacji eksperymentalnej oraz wykonanie testów kontroli oraz prowadzenie serii eksperymentów oraz przetwarzanie danych eksperymentalnych, ich interpretacji itp. Jednak nie jest wykonywane powyżej prawdziwego obiektu, ale nad swoim modelem matematycznym rolą odtwarzania instalacji eksperymentalnej wyposażonej w specjalny program komputerowy.

Eksperyment obliczeniowy staje się coraz bardziej popularny. Są one zaangażowani w wielu instytutach i uniwersytetach, na przykład na Uniwersytecie Państwowym Moskwy. M.V. Lomonosov, IFSU, Instytut Cytologii i Genetyki, SB RAS, Instytut Biologii Molekularnej Rosyjskiej Akademii Nauk itp. Naukowcy mogą już otrzymać ważne wyniki naukowe bez prawdziwego, "mokrego" eksperymentu. W tym celu istnieją tylko moc komputera, ale także niezbędne algorytmy, a co najważniejsze - zrozumienie. Jeśli jest kiedyś podzielony - in vivo, in vitro- Następnie dodał więcej w Silico.. W rzeczywistości eksperyment obliczeniowy staje się niezależnym obszarem nauki.

Zalety takiego eksperymentu są oczywiste. Zwykle jest tańszy do intensywnego. Może być łatwo i bezpiecznie przeszkadzać. Może być powtarzany i przerywany w dowolnym momencie. Podczas tego eksperymentu można symulować warunki, których nie można utworzyć w laboratorium. Ważne jest jednak, aby pamiętać, że eksperyment obliczeniowy nie może całkowicie zastąpić naturyc, a przyszłość dotyczy ich uzasadnionej kombinacji. Eksperyment komputera komputerowego służy jako most między modeli eksperymentu i teoretycznych modeli. Punktem wyjścia do modelowania numerycznego jest rozwój wyidealizowanego modelu rozważanego systemu fizycznego.

Rozważ kilka przykładów obliczeniowego eksperymentu fizycznego.

Moment bezwładności. W "Otwartej Fizyce" (2.6 część 1) Istnieje interesujący eksperyment obliczeniowy, aby znaleźć moment bezwładności ciała stałego na przykładzie systemu składającego się z czterech piłek zawartych na jednej igle. Możesz zmienić pozycję tych kulek na igłę, a także wybrać położenie osi obrotowej, prowadząc ją zarówno przez środek dziewiarskich, jak i na jego końce. Dla każdej lokalizacji piłek, uczniowie są obliczane przy użyciu twierdzenia Steinera na równoległym przenoszeniu wartości osi obrotu momentu bezwładności. Dane dotyczące obliczenia raportu nauczyciela. Po obliczeniu momentu bezwładności dane zostaną wprowadzone do programu, a wyniki uzyskane przez uczniów są sprawdzane.

"Czarna skrzynka". Aby wdrożyć eksperyment obliczeniowy, stworzyliśmy kilka programów do badania zawartości elektrycznej "czarnej skrzynki". Może zawierać rezystory, żarówki, diody, kondensatory, cewki itp.

Okazuje się, że w niektórych przypadkach jest możliwe, bez otwierania "czarnej skrzynki", dowiedzieć się jej zawartość, łącząc różne urządzenia do wejścia i wyjścia. Oczywiście na poziomie szkolnym można to zrobić za proste trzy lub cztery-biegunowe. Takie zadania rozwijają wyobraźnię studentów, przestrzennych myślenia i zdolności twórczych, nie wspominając o tym, że ich rozwiązanie jest konieczne, aby mieć głęboką i silną wiedzę. Dlatego nie jest przypadkiem, że przy wielu zjednoczonych i międzynarodowych olimpiadach w fizyce, ponieważ zadania eksperymentalne proponuje badanie "czarnych skrzynek" na mechanikach, ciepła, energii elektrycznej i optyce.

W kursach prędkości spędzam trzy prawdziwe prace laboratoryjne, gdy w "Black Box":

- tylko rezystory;

- rezystory, żarowe lampy i diody;

- Rezystory, skraplacze, cewki, transformatory i kontury oscylacyjne.

Strukturalnie "czarne pudełka" są wykonane w pustych pudełkach meczowych. Wewnątrz pudełka znajduje się obwód elektryczny, a pudełka są pośpieszne ze szkocką. Badania są przeprowadzane przy użyciu instrumentów - autometry, generatorów, oscyloskopów itp., Ponieważ W tym celu musisz zbudować Wah i Ahh. Uczniowie Uczniowie Uczniowie są wprowadzane do komputera przetwarzające wyniki i buduje VAC i AHH. Pozwala to uczniom dowiedzieć się, jakie dane znajdują się w "Czarne pudełko" i określ ich parametry.

Podczas prowadzenia pracy laboratorium przednia z "czarnymi skrzynkami" pojawiają się trudności związane z brakiem instrumentów i sprzętu laboratoryjnego. Rzeczywiście, ponieważ na badania konieczne jest posiadanie, powiedzmy, 15 oscyloskopów, 15 generatorów dźwięku itp., I.e. 15 zestawów drogich sprzętu, które większość szkół nie ma. I tutaj wirtualne "czarne skrzynki" przychodzi do ratunków - odpowiednie programy komputerowe.

Zaletą tych programów jest to, że badania mogą być przeprowadzane jednocześnie przez całą klasę. Jako przykład uważamy program, który realizuje za pomocą generatora liczb losowych "czarnych skrzynek" zawierających tylko rezystory. Po lewej stronie pulpitu znajduje się "czarna skrzynka". Ma obwód elektryczny, składający się tylko z rezystorów, które mogą znajdować się pomiędzy punktami. A, b, z i RE..

Do dyspozycji studenta znajdują się trzy instrumenty: źródło zasilania (jego wewnętrzna odporność na uproszczenie obliczeń jest pobierana równa zero, a EMF jest generowany przez program losowy); woltomierz (odporność wewnętrzna równa nieskończoności); Ampmetr (odporność wewnętrzna wynosi zero).

Po uruchomieniu programu wewnątrz "czarnej skrzynki", obwód elektryczny zawierający od 1 do 4 rezystorów jest losowo wygenerowany. Student może wykonać cztery próby. Po naciśnięciu dowolnego klawisza proponuje się łączyć się z zaciskami "Czarnego Box" dowolnego z proponowanych urządzeń w dowolnej sekwencji. Na przykład podłączony do terminali Au. Aktualne źródło EDC \u003d 3 V (wartość EDC jest generowana przez program losowo, w tym przypadku okazało się 3 V). Do terminali Płyta CD Podłączyłem woltomierz, a jego świadectwo wynosiło 2,5 V. Od tego należy stwierdzić, że jest co najmniej dzielnik napięcia w "czarnym pudełku". Aby kontynuować eksperyment, amperomierz może być podłączony zamiast woltomierza i wyjmij odczyty. Te dane są wyraźnie wystarczające dla tajemnicy. Dlatego możesz spędzić dwa kolejne eksperymenty: bieżące źródło łączy się z terminalami Płyta CDi woltomierz i amperomierz - do terminali Au.. Dane uzyskane w tym nie będą wystarczające, aby rozwiązać zawartość "czarnej skrzynki". Student na papierze rysuje schemat, oblicza parametry rezystorów i pokazuje wyniki nauczyciela.

Nauczyciel, sprawdzanie pracy, wchodzi do odpowiedniego kodu do programu, a na pulpicie znajduje się schemat na pulpicie w tym "czarnym pudełku" i parametrach rezystorów.

Program jest napisany przez moich uczniów w Baysiku. Uruchomić to Windows XP. lub w. Windows Vista. Możesz użyć programu Emulator Dos., np. DOSBOX.. Możesz go pobrać z mojej strony www.physics-computer.by.ru.

Jeśli wewnątrz "Black Box" znajdują się nieliniowe elementy (żarowe lampy, diody itp.), Następnie oprócz natychmiastowych pomiarów będzie musiał usunąć WAH. W tym celu konieczne jest posiadanie aktualnego źródła, napięcia, na wyjściach, z których napięcie można zmienić od 0 do pewnej wartości.

Aby studiować induktorów i pojemników, konieczne jest usunięcie odpowiedzi częstotliwości, przy użyciu wirtualnego generatora dźwięku i oscyloskopu.

Selektor prędkości. Rozważmy inny program z "Otwórz fizyki" (2.6, część 2), co pozwala na eksperyment obliczeniowy z przełącznikiem prędkości w spektrometrze masowej. Aby określić masę cząstki za pomocą spektrometru masowego, konieczne jest przeprowadzenie wstępnego wyboru naładowanych cząstek w prędkościach. Ten cel i służyć tak zwanym selekcjonerów prędkości.

W najprostszym wyborze prędkości ładowane cząstki poruszają się w skrzyżowanych jednorodnych polach elektrycznych i magnetycznych. Pole elektryczne powstaje między płytami płaskiego kondensatora, magnetycznego - w luzu elektromagnesa. prędkość startowa υ Naładowane cząstki mające na celu prostopadłe do wektorów MI. i W .

Na naładowanej cząstce znajdują się dwie siły: moc elektryczna p. MI. i moc magnetyczna Lorentz p. υ × B. . W pewnych warunkach siły te mogą dokładnie równoważyć się nawzajem. W tym przypadku naładowana cząstka porusza się równomiernie i prosta. Latanie przez skraplacz, cząstka przejdzie przez mały otwór na ekranie.

Stan prostej trajektorii cząstki nie zależy od ładunku i masy cząstki i zależy tylko o prędkości: qE \u003d QυB.→ υ \u003d e / b.

W modelu komputera można zmienić wartości napięcia pola elektrycznego E, indukcję pola magnetycznego B. i początkową prędkość cząstek υ . Doświadczenie w wyborach prędkości mogą być wykonywane dla elektronów, protonów, cząstek α \u200b\u200bi całkowicie zjonizowanego atomów uranu-235 i uranu-238. Eksperyment obliczeniowy w tym modelu komputerowym odbywa się w następujący sposób: Studenci informują, na których naładowana cząstka leci do selektora prędkości, wytrzymałość pola elektrycznego i początkową prędkość cząstki. Studenci obliczają indukcję pola magnetycznego zgodnie z powyższymi formułami. Następnie dane zostaną wprowadzone do programu i obserwuj cząstki latające. Jeśli cząstka leci wewnątrz selektora prędkości poziomo, wówczas obliczenia są prawdziwe.

Bardziej złożone eksperymenty obliczeniowe można wydać, stosując bezpłatny pakiet. "Model Vision for Windows". Pakiet ModelvisionStudium (MVS) Jest to zintegrowana powłoka graficzna szybkiego tworzenia interaktywnych wizualnych modeli złożonych dynamicznych systemów i przeprowadzania eksperymentów obliczeniowych z nimi. Pakiet został opracowany przez eksperymentalną grupę badawczą technologii obiektowej w Departamencie Obliczenia Rozproszone i Sieci Komputerowe Wydział Cybernetyki Technicznej Petersburg Uniwersytetu Politechniki Państwowej. Bezpłatny pakiet za darmo. MVS. 3.0 jest dostępny na stronie www.exponenta.ru. Technologia modelowania w środowisku MVS. Na podstawie koncepcji stojaka laboratorium wirtualnego. Na stojaku użytkownik jest umieszczony wirtualne bloki symulowanego systemu. Bloki wirtualne dla modelu są wybierane z biblioteki, lub ponownie są tworzone przez użytkownika. Pakiet MVS. Zaprojektowany, aby zautomatyzować główne etapy eksperymentu obliczeniowego: Konstruowanie modelu matematycznego obiektu w ramach badań, generując wdrażanie oprogramowania modelu, badania właściwości modelu i reprezentujące wyniki w formie wygodnej do analizy. W ramach badania obiektu może odnosić się do klasy ciągłych, dyskretnych lub hybrydowych systemów. Pakiet jest najlepiej dostosowany do badania złożonych systemów fizycznych i technicznych.

Jako przykład Rozważmy dość popularne zadanie. Pozwól, aby punkt materialny rzucił pod kątem do poziomej płaszczyzny i absolutnie elastycznie konstruować z tym samolotem. Ten model stał się niemal obowiązkowy w zestawie demonstracji przykładów pakietów modelujących. Rzeczywiście, jest to typowy system hybrydowy z ciągłym zachowaniem (lot w polu) i zdarzenia dyskretne (odbija). Ten przykład ilustruje również podejście zorientowane obiektem do modelowania: piłka latające w atmosferze jest potomkiem piłki lecącej w przestrzeni powietrznej, a automatycznie dziedziczy wszystkie wspólne cechy, dodając własne cechy.

Ten ostatni, ostateczny, z punktu widzenia użytkownika, etap modelowania jest etapem opisywania formy reprezentacji wyników eksperymentu komputerowego. Mogą to być tabele, wykresy, powierzchnie, a nawet animacja ilustrując wyniki w czasie rzeczywistym. W ten sposób użytkownik naprawdę obserwuje dynamikę systemu. Możesz przesunąć kropki w przestrzeni fazy narysowanej przez elementy użytkownika projektu, gama kolorów może się różnić, a użytkownik może śledzić na ekranie, na przykład za procesami ogrzewania lub chłodzenia. W modelach utworzonych pakietów oprogramowania można dostarczyć specjalne okna, które umożliwiają zmianę wartości parametrów w trakcie eksperymentu obliczeniowego i natychmiast patrz efekty zmian.

Dużo pracy nad wizualnym modelowaniem procesów fizycznych MVS. Jest prowadzony w IGSU. Istnieje wiele wirtualnych prac w trakcie fizyki ogólnej, co może być związane z prawdziwymi ustawieniami eksperymentalnymi, co umożliwia jednocześnie przestrzeganie zmian parametrów jako rzeczywisty proces fizyczny i parametry jego modelu, wyraźnie wykazując jego adekwatność . Przykładem dajemy siedem prac laboratoryjnych na mechanicy z warsztatu laboratoryjnego portalu internetowego otwartej edukacji, która spełnia istniejące standardy edukacyjne w specjalności "Nauczyciel fizyki": badanie linii prostej z pomocą maszyna atrud; Pomiar prędkości pocisku; Dodanie oscylacji harmonicznych; Pomiar chwili bezwładności koła rowerowego; badanie ruchu obrotowego ciała stałego; określenie przyspieszenia wolnego spadku przy użyciu fizycznego wahadła; Badanie wolnych wahań w fizycznym wahadła.

Pierwsze sześć jest wirtualne i są modelowane na komputerach ModelvisionStudiumFree.A ten ostatni ma zarówno wirtualną opcję, jak i dwie prawdziwe. W jednym, przeznaczonym do nauczania na odległość student musi samodzielnie dokonać wahadła z dużych klipów papeterii i gumki i wiszące go pod wałem myszy komputerowej bez piłki, zdobądź wahadło, którego kąt odchylenia jest odczytywany przez specjalny program i powinien być używane przez uczniów podczas przetwarzania wyników eksperymentu. Takie podejście pozwala częściom umiejętności niezbędnych do pracy eksperymentalnej, wypracować tylko na komputerze, a reszta części - podczas pracy z dostępnymi urządzeniami i zdalnym dostępem do sprzętu. W innym przykładzie wykonania, przeznaczony do przygotowywania domu studentów w pełnym wymiarze czasu wykonywanie prac laboratoryjnych w warsztacie Departamentu Ogólnego i Eksperymentalnego Fizyki Fizycznego Wydziału MPGU, student ćwiczy umiejętności pracy z eksperymentalną instalacją na wirtualnym modelu, A w laboratorium prowadzi eksperyment w tym samym czasie na konkretnej rzeczywistej instalacji i jego wirtualnym modelu. Jednocześnie wykorzystuje zarówno tradycyjne środki pomiarowe w postaci skali optycznej, jak i stopera, a także bardziej dokładny i szybki sposób - czujnik przemieszczeń opartych na myszy optycznej i komputera. Jednoczesne porównanie wszystkich trzech przedstawicielstw (tradycyjne, określone przy użyciu czujników elektronicznych związanych z komputerem i modelu) tego samego zjawiska pozwala nam zakończyć o ograniczenia adekwatności modelu, gdy dane symulacji komputerowej zaczyna się po chwili coraz więcej i więcej różni się od odczytów, usuniętych na prawdziwej instalacji.

Te nie są wyczerpane, możliwości korzystania z komputera w fizycznym eksperymencie obliczeniowym nie są wyczerpane. Tak więc, dla kreatywnego nauczyciela pracy i jego uczniów zawsze będzie nieużywane możliwości w dziedzinie wirtualnego i prawdziwego eksperymentu fizycznego.

Jeśli masz komentarze i sugestie dotyczące różnych rodzajów eksperymentu fizycznego komputera, napisz do mnie na:

W poniższej definicji termin "eksperyment" ma podwójne znaczenie. Z jednej strony, w eksperymencie komputerowym, a także w relej, reakcje systemowe są badane do pewnych zmian parametrów lub na wpływy zewnętrzne. Parametry często używają temperatury, gęstości, kompozycji. A ekspozycja jest najczęściej realizowana przez pola mechaniczne, elektryczne lub magnetyczne. Różnica polega tylko na tym, że eksperymentator ma radzenie sobie z prawdziwym systemem, podczas gdy w eksperymencie komputerowym jest rozpatrywany zachowanie modelu matematycznego rzeczywistego obiektu. Z drugiej strony, zdolność do uzyskania surowych wyników dla dobrze zdefiniowanych modeli umożliwia korzystanie z eksperymentu komputerowego jako niezależnego źródła informacji do przetestowania przewidywania teorii analitycznych, a zatem w tej pojemności wyniki symulacji odgrywają rolę tego samego odniesienia, co doświadczone dane.

Wydaje się, że wydaje się, że wydaje się, że istnieje możliwość dwóch bardzo różnych podejść do preparatu eksperymentu komputerowego, który jest spowodowany naturą rozwiązanego zadania, a tym samym określa wybór opisu modelu.

Po pierwsze, obliczenia metod MD lub MK mogą prowadzić wyłącznie czysto wykorzystujące cele związane z przewidywaniem właściwości określonego systemu rzeczywistego i ich porównania z eksperymentem fizycznym. W tym przypadku można podejmować ciekawe prognozy i prowadzić badania w ekstremalnych warunkach, na przykład, z ultra-wysokim ciśnieniem lub temperaturami, gdy prawdziwy eksperyment, z różnych powodów, nierealistycznych lub wymaga zbyt dużych kosztów materiałowych. Modelowanie na komputerze jest często jedynym sposobem na uzyskanie najbardziej szczegółowych ("mikroskopijnych" informacji na temat zachowania złożonego układu cząsteczkowego. Jest to szczególnie wyraźnie pokazane przez eksperymenty numeryczne typu dynamicznego z różnymi biosystemami: białka kulistne w stanie rodzimym, fragmenty DNA i RNA , Membrany lipidowe. W wielu przypadkach uzyskane dane zostały zmuszone do zmiany lub znacząco zmienić poprzednie pomysły na temat struktury i funkcjonowania tych obiektów. Należy pamiętać, że ponieważ w takich obliczeniach stosuje się różne rodzaje wartości valence i nie znaczących potencjałów, które przybliżają tylko prawdziwe interakcje atomów, ta okoliczność ostatecznie określa miarę zgodności między modelem a rzeczywistością. Początkowo problem odwrotny jest przeprowadzany, gdy potencjał są skalibrowane zgodnie z istniejącymi danymi doświadczalnymi, a tylko wówczas potencjały te są już używane do uzyskania bardziej szczegółowych informacji o systemie. Czasami parametry interatomicznych interakcji można znaleźć w zasadzie z kwantowych obliczeń chemicznych wykonanych dla prostszych połączeń modelowych. Podczas modelowania MD lub MK MK cząsteczka nie jest traktowana jako zestaw elektronów i jąder, z zastrzeżeniem praw mechaniki kwantowej, ale jako system powiązanych cząstek klasycznych - atomy. Ten model jest nazywany model maszyny cząsteczki .

Celem innego podejścia do preparatu eksperymentu komputerowego może być zrozumieniem wspólnego (uniwersalnego lub wzorcowego) wzorców zachowań badanych, czyli takie wzorce, które są zdefiniowane tylko przez najbardziej typowe cechy tej klasy obiektów, ale nie szczegóły struktury chemicznej oddzielnego związku. W takim przypadku eksperyment komputerowy ma na celu ustanowienie obligacji funkcjonalnych, a nie obliczanie parametrów numerycznych. Ta ideologia w najbardziej odrębnej formie jest obecna w skaling teorii polimerów. Z punktu widzenia tego podejścia symulacja komputerowa działa jako narzędzie teoretyczne, które przede wszystkim pozwala sprawdzić wnioski o istniejących metod analitycznych teorii lub uzupełnienia ich prognoz. Takie interakcja między teorią analityczną a eksperymentem komputera jest bardzo owocna, gdy identyczne modele mogą korzystać w obu podejściach. Najbardziej uderzający przykład tego rodzaju uogólnionych modeli cząsteczek polimerowych może służyć jako tzw model kratowy . Opiera się na różnych konstrukcjach teoretycznych, w szczególności tych związanych z roztworem klasycznym, a w pewnym sensie głównym problemem polimerów fizykochemicznych na temat wpływu interakcji objętościowych do konformacji, a odpowiednio, na właściwości elastycznego polimeru łańcuch. Zgodnie z interakcjami zbiorczych, odpychające nośniki krótkiego zasięgu są zazwyczaj sugerowane między linkami usuniętymi wzdłuż łańcucha, gdy zbliżają się do przestrzeni ze względu na losowe zakręty makrocecule. W modelu kratowym, realny obwód jest uważany za złamaną trajektorię, która przechodzi przez węzły prawidłowej sieci danego typu: sześcienne, tetraheedralne itp. Wiązane węzły kratowe odpowiadają linki polimerowe (monomery) i łączenia Segmenty - wiązania chemiczne w szkielecie MacroCule. Zakaz pocięciach trajektorii (lub innymi słowy, niezdolność do jednoczesnego wprowadzania dwóch lub więcej monomerów do jednego węzła kratowego) modele interakcje objętościowe (rys. 1). To znaczy, jeśli na przykład, jeśli metoda MK jest używana i, gdy przesunąłeś losowo wybrany link, wchodzi do już zajęty węzeł, wówczas tak nowa konformacja zostanie odrzucona i nie jest już brana pod uwagę przy obliczaniu parametrów systemu. Różne lokalizacje łańcucha na kradzieni odpowiadają zgodne z łańcuchem polimerowym. Występuje uśrednianie wymaganych cech, na przykład odległość między końcami R.

Badanie takiego modelu umożliwia zrozumienie, w jaki sposób interakcje wolumetryczne wpływają na zależność wartości średniej kwadratowej. Z liczby linków w łańcuchu n . Oczywiście wartość , Określając średni rozmiar kulki polimerowej, odgrywa główną rolę w różnych konstrukcjach teoretycznych i można go zmierzyć na doświadczeniu; Jednak nadal nie ma dokładnej formuły analitycznej do obliczenia zależności z N w obecności interakcji zbiorczych. Możesz także wprowadzić dodatkową energię przyciągania między tymi parami linków, które uderzyły w sąsiednie węzły kratowe. Wymaganie tej energii w eksperymencie komputerowym, w szczególności możliwe jest zbadanie ciekawego zjawiska, zwanego przejściem "plątaniny - globule", gdy ze względu na siły intramolekularnej atrakcji, wdrożony polimerowy plątanina jest skompresowana i zamienia Kompaktowa struktura - globus przypominający ciekły spadek mikroskopowy. Zrozumienie szczegółów takiego przejścia jest ważne dla rozwoju najbardziej ogólnych pomysłów dotyczących postępu ewolucji biologicznej, która doprowadziła do pojawienia się białek kulistnych.

Istnieją różne modyfikacje modeli kratowych, na przykład, na przykład, w których długości łączy między linkami nie mają stałych wartości, ale są zdolne do zmiany w określonym przedziale, co gwarantuje tylko zakaz na przecięciach samoznesmujących łańcuch jako powszechny model z "wahaniowymi połączeniami". Jednak wszystkie modele kratowe łączą to, czym są oddzielny Oznacza to, że liczba możliwych konformacji takiego systemu jest zawsze oczywiście (choć może być wartością astronomiczną, nawet przy stosunkowo niewielkiej liczbie linków w łańcuchu). Wszystkie modele dyskretne mają bardzo wysoką wydajność obliczeniową, ale z reguły można zbadać tylko przez Monte Carlo.

Dla wielu przypadków stosuje się nieustanny Uogólnione modele polimerów, które są w stanie zmienić konformację w sposób ciągły. Najprostszym przykładem jest łańcuch złożony z danej liczby. N. Solidne kulki, konsekwentnie połączone sztywnymi lub elastycznych połączeń. Takie systemy mogą być badane zarówno metodą Monte Carlo, jak i metodą dynamiki molekularnej.