Компьютерная модель это компьютерная программа работающая

Компьютерная модель или численная модель — компьютерная программа, работающая на отдельном компьютере, суперкомпьютере или множестве взаимодействующих компьютеров (вычислительном кластере), реализующая абстрактную модель реальной системы.

Согласно другому определению, компьютерная модель — это отдельная программа либо программный комплекс, которые позволяют при помощи вычислений и графического отображения результатов воспроизводить реальные объекты и процессы при воздействии на них различных факторов.

• 1 Описание
• 2 Виды компьютерных моделей
• 3 См. также
• 4 Примечания
• 5 Литература
• 6 Ссылки

Описание

Компьютерные модели используются для получения новых знаний о моделируемом объекте или для приближенной оценки поведения систем, слишком сложных для аналитического исследования [1] . Такие модели представляют собой записанные на соответствующих носителях алгоритмы переработки входной информации в выходную, называемые моделирующими. Входной информацией являются параметры модели и её начальные состояния, а выходной — траектории этой модели. Компьютерные модели делятся на алгоритмические (пример — конечный автомат, заданный с помощью одношаговой функции перехода) и математические — модели на базе алгебро-дифференциальных уравнений. Данная модель преобразуется в алгоритмическую путем использования численного метода интегрирования, основанного на разностных схемах.

Какие программы учить инженеру Самые востребованные CAD системы в России

Компьютерные модели стали обычным инструментом компьютерного и математического моделирования, и применяются в физике, астрофизике, механике, химии, биологии, экономике, социологии, метеорологии, других науках и прикладных задачах в различных областях радиоэлектроники, машиностроения, автомобилестроения и проч. Компьютерные модели используются для получения новых знаний об объекте или для приближенной оценки поведения систем, слишком сложных для аналитического исследования.

Построение компьютерной модели базируется на абстрагировании от конкретной природы явлений или изучаемого объекта-оригинала и состоит из двух этапов — сначала создание качественной, а затем и количественной модели. Чем больше значимых свойств будет выявлено и перенесено на компьютерную модель — тем более приближённой она окажется к реальной модели, тем большими возможностями сможет обладать система, использующая данную модель. Компьютерное же моделирование заключается в проведении серии вычислительных экспериментов на компьютере, целью которых является анализ, интерпретация и сопоставление результатов моделирования с реальным поведением изучаемого объекта и, при необходимости, последующее уточнение модели и так далее.

Виды компьютерных моделей

Компьютерные модели можно разделить на:

1. Дескриптивные модели, описывающие исследуемый объект и факторы, влияющие на изменения в его поведении.
2. Оптимизационные модели помогают определить наиболее подходящий способ взаимодействия со сложной системой, управления ею.
3. Прогностические модели предсказывают состояние объекта в конкретные моменты в будущем.
4. Учебные модели, используемые для наглядного обучения обучающихся, их тестирования.
5. Игровые модели создают несуществующие ситуации, имитирующие реальность, играют в логические игры.

См. также

• Компьютерное моделирование
• Система компьютерного моделирования
• Метод компонентных цепей

Примечания

1. ↑Майер Р. В.Компьютерное моделирование: моделирование как метод научного познания. Компьютерные модели и их виды // Научный электронный архив.

Литература

1. Дмитриев В. М. Многоуровневая компьютерная модель для определения параметров регулятора методом Циглера-Никольса / В. М. Дмитриев, Т. В. Ганджа, С. А. Панов // Научная сессия ТУСУР-2017: материалы Международной научно-технической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых, посвященной 55-летию ТУСУРа, Томск, 10-12 мая 2017 г.: в 8 частях. — Томск: В-Спектр, 2017 — Ч. 4. — С. 107—110.
2. Ганджа Т. В. Интеграция компьютерной модели эколого-экономической системы с экологической геоинформационной системой для целей её параметризации и повышения адекватности / Т. В. Ганджа, О. С. Затик, С. А. Панов // Природные и интеллектуальные ресурсы Сибири (СИБ-РЕСУРС-21-2015): Доклады (материалы конференции) 21-й Международной научно-практической конференции, Томск, 17-18 ноября 2015 г. — Томск: САН ВШ; В-Спектр, 2015. — С. 85-88.
3. Панов С. А. Компьютерная модель документа в системе многоуровневого компьютерного моделирования SCADA-систем / С. А. Панов, Т. В. Ганджа // Научная дискуссия: вопросы технических наук: Сборник трудов XII международной заочной научно-практической конференции, Москва, 25 июля 2013 г. — Москва: Изд. «Международный центр науки и образования», 2013. — С. 12-17.

Ссылки

• Классификация компьютерных моделей на сайте ДВФУ
• Описание термина «Компьютерная модель» в психологической энциклопедии
• ГОСТ Р 57700.22-2020 «Компьютерные модели и моделирование» в электронном фонде правовых и нормативно-технических документов

Данная статья имеет статус «готовой». Это не говорит о качестве статьи, однако в ней уже в достаточной степени раскрыта основная тема. Если вы хотите улучшить статью — правьте смело!

Эти нейросети сделают из тебя СУПЕР человека

• Все статьи
• Компьютерное моделирование

Источник: znanierussia.ru

ТЕХНОЛОГИИ, ИНЖИНИРИНГ, ИННОВАЦИИ

Измеритель диаметра, измеритель эксцентриситета, автоматизация, ГИС, моделирование, разработка программного обеспечения и электроники, БИМ

Компьютерное моделирование – эффективный инструмент разработчика, позволяющий экономить время и деньги

Опубликовано 29.05.2016 автором kornelik

Компьютерная модель, или численная модель — это компьютерная программа, построенная на основе физических уравнений, описывающих моделируемый процесс и работающая на отдельном компьютере, суперкомпьютере или целом множестве взаимодействующих компьютеров, реализующая представление объекта, системы или понятия в форме, отличной от реальной, но приближенной к алгоритмическому описанию, включающей и набор данных, характеризующих свойства системы и динамику их изменения со временем.

О компьютерном моделировании

Компьютерные модели стали обычным инструментом математического моделирования и применяются в физике, астрофизике, механике, химии, биологии, экономике, социологии, метеорологии, других науках и прикладных задачах в различных областях радиоэлектроники, машиностроения, автомобилестроения и проч. Компьютерные модели используются для получения новых знаний о моделируемом объекте или для приближенной оценки поведения систем, слишком сложных для аналитического исследования.

Компьютерное моделирование является одним из эффективных методов изучения сложных систем. Компьютерные модели проще и удобнее исследовать в силу их возможности проводить т. н. вычислительные эксперименты, в тех случаях когда реальные эксперименты затруднены из-за финансовых или физических препятствий или могут дать непредсказуемый результат. Логичность и формализованность компьютерных моделей позволяет определить основные факторы, определяющие свойства изучаемого объекта-оригинала (или целого класса объектов), в частности, исследовать отклик моделируемой физической системы на изменения её параметров и начальных условий.

Построение компьютерной модели базируется на абстрагировании от конкретной природы явлений или изучаемого объекта-оригинала и состоит из двух этапов — сначала создание качественной, а затем и количественной модели. Чем больше значимых свойств будет выявлено и перенесено на компьютерную модель — тем более приближенной она окажется к реальной модели, тем большими возможностями сможет обладать система, использующая данную модель. Компьютерное же моделирование заключается в проведении серии вычислительных экспериментов на компьютере, целью которых является анализ, интерпретация и сопоставление результатов моделирования с реальным поведением изучаемого объекта и, при необходимости, последующее уточнение модели и т. д.

Различают аналитическое и имитационное моделирование. При аналитическом моделировании изучаются математические (абстрактные) модели реального объекта в виде алгебраических, дифференциальных и других уравнений, а также предусматривающих осуществление однозначной вычислительной процедуры, приводящей к их точному решению. При имитационном моделировании исследуются математические модели в виде алгоритма(ов), воспроизводящего функционирование исследуемой системы путём последовательного выполнения большого количества элементарных операций.

Преимущества компьютерного моделирования

Компьютерное моделирование дает возможность:

• расширить круг исследовательских объектов – становится возможным изучать не повторяющиеся явления,явления прошлого и будущего,объекты,которые не воспроизводятся в реальных условиях;
• визуализировать объекты любой природы,в том числе и абстрактные;
• исследовать явления и процессы в динамике их развертывания;
• управлять временем(ускорять,замедлять и т.д);
• совершать многоразовые испытания модели,каждый раз возвращая её в первичное состояние;
• получать разные характеристики объекта в числовом или графическом виде;
• находить оптимальную конструкцию объекта, не изготовляя его пробных экземпляров;
• проводить эксперименты без риска негативных последствий для здоровья человека или окружающей среды.

Основные этапы компьютерного моделирования

Название этапа Исполнение действий

1. Постановка задачи и её анализ	1.1. Выяснить, с какой целью создается модель.1.2. Уточнить, какие исходные результаты и в каком виде следует их получить.

5.3. Проанализировать полученные результаты.

В процессы проведения эксперимента может выясниться, что нужно:

• скорректировать план исследования;
• выбрать другой метод решения задачи;
• усовершенствовать алгоритм получения результатов;
• уточнить информационную модель;
• внести изменения в постановку задачи.

В таком случае происходит возвращение к соответствующему этапу и процесс начинается снова.

Практическое применение

Компьютерное моделирование применяют для широкого круга задач, таких как:

• анализ распространения загрязняющих веществ в атмосфере;
• проектирование шумовых барьеров для борьбы с шумовым загрязнением;
• конструирование транспортных средств;
• полетные имитаторы для тренировки пилотов;
• прогнозирование погоды;
• эмуляция работы других электронных устройств;
• прогнозирование цен на финансовых рынках;
• исследование поведения зданий, конструкций и деталей под механической нагрузкой;
• прогнозирование прочности конструкций и механизмов их разрушения;
• проектирование производственных процессов, например химических;
• стратегическое управление организацией;
• исследование поведения гидравлических систем: нефтепроводов, водопровода;
• моделирование роботов и автоматических манипуляторов;
• моделирование сценарных вариантов развития городов;
• моделирование транспортных систем;
• конечно-элементное моделирование краш-тестов;
• моделирование результатов пластических операций;

Различные сферы применения компьютерных моделей предъявляют разные требования к надежности получаемых с их помощью результатов. Для моделирования зданий и деталей самолетов требуется высокая точность и степень достоверности, тогда как модели эволюции городов и социально-экономических систем используются для получения приближенных или качественных результатов.

Алгоритмы компьютерного моделирования

• Метод конечных элементов
• Метод конечных разностей
• Метод конечных объёмов
• Метод подвижных клеточных автоматов
• Метод классической молекулярной динамики
• Метод компонентных цепей
• Метод узловых потенциалов

Также читайте:

1. Инвестиционный меморандум – первый шаг к получению инвестиций
2. Esri CIS: выпуск финального релиза Drone2Map for ArcGIS состоится в июне
3. Trimble Quantm System – система предпроектного анализа и выбора вариантов транспортных магистралей
4. Медицинская информационная система MEDWORK для решения комплекса лечебных и управленческих задач

Запись опубликована автором kornelik в рубрике Инжиниринг, Новости. Добавьте в закладки постоянную ссылку.

Источник: integral-russia.ru

Основные этапы разработки и исследования моделей на компьютере

XXI – это век информационных технологий. И естественно компьютер используется для разработки и исследования моделей. Компьютерное исполнение информационных моделей является удобным, так как становится возможным проведение вычислительного эксперимента и осуществление прогнозирования. На этом уроке учащиеся узнают, что понимают под компьютерным моделированием; каковы основные этапы компьютерного моделирования; а также рассмотрят пример построения компьютерной модели.

В данный момент вы не можете посмотреть или раздать видеоурок ученикам

Чтобы получить доступ к этому и другим видеоурокам комплекта, вам нужно добавить его в личный кабинет.

Получите невероятные возможности

1. Откройте доступ ко всем видеоурокам комплекта.

2. Раздавайте видеоуроки в личные кабинеты ученикам.

3. Смотрите статистику просмотра видеоуроков учениками.
Получить доступ

Конспект урока «Основные этапы разработки и исследования моделей на компьютере»

· основные этапы компьютерного моделирования;

· построение компьютерной модели.

XXI век – это век информационных технологий. И естественно компьютер используется для разработки и исследования моделей. Компьютерное исполнение информационных моделей, очень удобно, так как становится возможным проведение вычислительного эксперимента и осуществление прогнозирования.

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

На сегодняшний день компьютерные модели стали обычным инструментом математического моделирования и применяются в физике, астрофизике, механике, химии, биологии, экономике, социологии, метеорологии, других науках и прикладных задачах в различных областях радиоэлектроники, машиностроения, автомобилестроения и прочих.

Компьютерные модели используются для получения новых знаний о моделируемом объекте или для приближенной оценки поведения систем, слишком сложных для аналитического исследования.

Компьютерное моделирование незаменимо:

1. когда реальные объекты очень сложные. Число факторов, которые относятся к решаемой проблеме, выходит за пределы человеческих возможностей.

2. необходимость проведения экспериментов. На практике встречается много ситуаций, когда экспериментальное исследование объектов ограничено высокой стоимостью или вовсе невозможно (опасно или вредно).

3. необходимость прогнозирования. Важное достоинство моделей состоит в том, что они позволяют «заглянуть в будущее», дать прогноз развития ситуации и определить возможные последствия принимаемых решений.

Компьютерное моделирование состоит из двух этапов.

1. для исследования объекта или процесса, составляется описательная информационная модель. Что это значит? Здесь необходимо определить цель исследования. И в зависимости от цели, выделить главные (существенные) свойства модели, необходимые для данного исследования.

2. создаётся формализованная модель. Разберёмся что это значит.

Формализованная модель – это перевод описательной информационной модели на формальный язык. Формальный значит специальный, то есть язык формул, уравнений, неравенств. Здесь мы устанавливаем формальные взаимосвязи между начальными и конечными значениями свойств объектов, а также задаём некоторые ограничения на допустимые значения этих свойств.

То есть чем больше значимых свойств будет выявлено и перенесено на компьютерную модель – тем более приближенной она окажется к реальной модели, тем большими возможностями сможет обладать система, использующая данную модель.

Компьютерное же моделирование заключается в проведении серии вычислительных экспериментов на компьютере, целью которых является анализ, истолкование и сопоставление результатов моделирования с реальным поведением изучаемого объекта и, при необходимости, последующее уточнение модели.

Выделим основные преимущества компьютерного моделирования.

Компьютерное моделирование даёт возможность:

· расширить круг исследовательских объектов — становится возможным изучать не повторяющиеся явления, явления прошлого и будущего, объекты, которые не воспроизводятся в реальных условиях;

· визуализировать объекты любой природы, в том числе и абстрактные;

· исследовать явления и процессы в динамике их развёртывания;

· управлять временем (ускорять или замедлять);

· совершать многоразовые испытания модели, каждый раз возвращая её в первичное состояние;

· получать разные характеристики объекта в числовом или графическом виде;

· находить оптимальную конструкцию объекта, не изготовляя его пробных экземпляров;

· проводить эксперименты без риска негативных последствий для здоровья человека или окружающей среды.

Современные компьютеры позволяют строить весьма сложные модели, достаточно полно отражающие реальные объекты или процессы.

Рассмотрим основные этапы компьютерного моделирования

1. Постановка задачи: описание объекта и определение цели моделирования.

На этом этапе необходимо выяснить, с какой целью создаётся модель. Определить, какие исходные данные нужны для создания модели и что ожидается получить в результате.

2. Построение информационной модели.

Здесь необходимо определить параметры модели и выявить взаимосвязь между ними. Оценить, какие из параметров важны для данной задачи, а какими можно пренебрегать. А также математически описать зависимость между параметрами модели.

3. Разработка метода и алгоритма реализации компьютерной модели.

То есть нужно выбрать или разработать метод получения исходных результатов. Составить алгоритм получения результатов по избранным методам. И проверить правильность алгоритма.

4. Разработка компьютерной модели.

Здесь выбираются средства программной реализации алгоритма на компьютере. Разрабатывается компьютерная модель. Проверяется правильность созданной компьютерной модели.

5. Проведение эксперимента.

На этом этапе разрабатывается план исследования. Проводится эксперимент на базе созданной компьютерной модели. Анализируются полученные результаты. И в конце делают выводы.

Рассмотрим основные этапы компьютерного моделирования на примере.

Лесной участок оценивается в 200000 кубометров древесины. Ежегодно этот объём увеличивается на 7% за счёт естественного прироста. Начиная с четвёртого года на хозяйственные нужды вырубается 20 000 кубометров ежегодно.

· наступит ли уменьшение объёма древесины на участке до 100 000 кубометров и на каком году.

· что произойдёт, если, начиная с седьмого года естественный прирост уменьшится до 6%.

· какой может быть максимально вырубка леса, чтобы объём древесины на участке не сокращался.

Итак, первый этап. Постановка задачи: описание объекта и определение цели моделирования.

Для нашей задачи объектом моделирования является лесной участок. Наша цель – сделать прогноз, на каком году наступит уменьшение объёма древесины на участке до ста тысяч.

Второй этап. Построение информационной модели.

Построим математическую модель.

Пусть V0 – это начальный объём древесины на участке. P – процент естественного прироста леса. Ri – это объём вырубки леса в i-том году. Vi – объём древесины в i-том году.

В нашей задаче мы будем учитывать естественный прирост древесины и пренебрегать остальными свойствами объекта, например, влияние погодных условий.

Третий этап. Разработка метода и алгоритма реализации компьютерной модели.

Аналогично будем поступать далее, пока не ответим на поставленные вопросы.

Четвёртый этап. Разработка компьютерной модели

Решим эту задачу с помощью электронных таблиц, например, Microsoft Excel.

Назовём нашу модель: Вырубка леса. Заполним исходные данные.

Теперь приступим к разработке компьютерной модели. То есть нам нужно заполнить Расчётную таблицу.

В столбец «Год» введём числа от 0 до 30. Мы увеличим количество лет, если это понадобится при решении задачи.

Начнём заполнять столбец «Объём древесины в начале года». В ячейку B9 необходимо ввести начальный объём древесины, то есть: =A3. Далее нам известно, что на следующий год объём древесины увеличится на 7% за счёт естественного прироста. Значит, в ячейку B10 вводим формулу: =B9+$A$4*B9-C10.

Заполним столбец «Вырубка». Мы знаем, что, начиная с четвёртого года на хозяйственные нужды вырубается двадцать тысяч кубометров древесины ежегодно, значит первых три года вырубка не производилась, ставим нули, а далее заполняем столбец до конца значением двадцать тысяч.

То есть в ячейку C13 запишем формулу: =$A$5.

Теперь скопируем её в диапазон ячеек C14; C39.

Вернёмся к столбцу «Объём древесины в начале года». Скопируем формулу в диапазон ячеек B11; B39.

Теперь проверим правильность скопированных данных. Проверим данные для второго года. Объём древесины в начале второго года равен значению в ячейке B10. То есть формула записана правильно.

Проверим правильность созданной компьютерной модели.