Pomoc - Algorytmika i Modelowanie
Spis paragrafów >>
Modelowanie i symulacja
<< Powrót
<< Poprzedni Następny >>
85. Modelowanie i symulacja
Modele są odzwierciedleniem fragmentu otaczającej nas rzeczywistości. Model daje nam odpowiedź na pytanie „Jak to działa?”. W życiu codziennym potrzebujemy efektywnych modeli, by w ogóle skutecznie działać.
Na lekcji geografii oglądasz model poziomicowy pagórka lub komputerową symulację wypiętrzania się gór. Podczas lekcji fizyki wykorzystujesz model tłumaczący zjawisko mieszania się cieczy oraz budowę cząsteczkową materii. Na lekcjach chemii, aby lepiej zrozumieć budowę cząsteczek, oglądasz ich przestrzenne modele.
Modele większości samochodów jeżdżących po naszych drogach zostały stworzone na ekranie komputera. Prototyp sprawdzono następnie podczas różnego rodzaju symulacji, np. symulacji zderzeń. W jego wnętrzu siedział wtedy manekin z dużą liczbą czujników, które przenosiły informację na zewnątrz układu symulacyjnego, do rejestratorów, a potem do komputerów przeliczających różne parametry. Celem takiego testu było uzyskanie informacji o wytrzymałości całej konstrukcji i o bezpieczeństwie samochodu.
Architekci wykorzystują komputer nie tylko do stworzenia rysunku projektowanej budowli, lecz także do symulacji komputerowej zachowania się budynku podczas anomalii pogodowych lub trzęsień ziemi. Rozważany jest wpływ wytrzymałości użytych materiałów, a także kształtu samego budynku na stabilność konstrukcji. Przykładowo, wiatr wiejący u podstawy budynku z prędkością 10 km/h, na wysokości kilkuset metrów osiąga już 200 km/h. Wywołuje to potężne siły powodujące odchylanie się konstrukcji czasami o kilka metrów od pionu. Najnowszy, planowany jako najwyższy na świecie wieżowiec ma mieć w związku z tym konstrukcję o wysmukłej sylwetce stożka. Wyboru takiego właśnie kształtu dokonano po wielu próbach na modelach o kształcie prostopadłościanu i walca.
Nieoceniona jest przydatność modeli w medycynie. Szczególne osiągnięcia techniki i materiałoznawstwa, lata obliczeń i symulacji na podstawie modelu komputerowego pozwalają na konstruowanie coraz doskonalszych protez dla osób, które utraciły swobodę poruszania się, np. protez stawu kolanowego czy biodrowego.
Planując budżet kraju, przewiduje się, co może się wydarzyć w kolejnym roku, w jaki sposób będą spłacane kredyty i należności, jakie będą wpływy do kasy państwa i jakie wydatki na poszczególne dziedziny życia. To bardzo odpowiedzialna praca, czasem sięga się więc do doświadczeń z poprzednich lat, podobnych sytuacji finansowych innych państw, a nawet do prognoz pogody, od której zależy np. wysokość zbiorów.
Przyjrzyjmy się jeszcze grom komputerowym. Kiedyś symulator lotu był pierwszym etapem nauki latania, teraz każdy nastolatek może doświadczać podobnych wrażeń przed ekranem swojego komputera. W grach strategicznych, w których zadaniem uczestnika jest budowanie miast, przemieszczanie ludzi, tworzenie im miejsc pracy i odpoczynku, a także określanie ich statusu finansowego, oprócz sprawności manualnych trzeba wykazać się także zdolnością przewidywania i analizowania różnych sytuacji. Gry takie są wzorowane na sprawdzonych naukowo modelach zachowań ludzi, rynków czy innych modelach ekonomicznych.
Obecnie większość działań związanych z budowaniem realnego świata opiera się na modelowaniu, czyli tworzeniu i badaniu modeli różnych układów, zjawisk i procesów, np. za pomocą wysoce wydajnych komputerów lub wielkich ośrodków obliczeniowych. Najpierw buduje się modele teoretyczne, oparte jedynie na przypuszczeniach i łączy się w nich najważniejsze cechy. Następnym etapem jest budowa modelu realnego, a więc takiego, na którym można już sprawdzić teorię lub jej fragment, aby później odnieść się do całości.
Tak dzieje się wszędzie tam, gdzie koszty analizy mogłyby przekraczać zakładaną wartość przedsięwzięcia, gdzie życie ludzkie może być zagrożone, gdzie proces trwa tak długo, że jego obserwację należałoby prowadzić setki lat.
Socjologowie, urbaniści, konstruktorzy, ekonomiści, lekarze – wszyscy budują modele ułatwiające zrozumienie teorii, redukujące straty, a także pokazujące jak należy z niej korzystać. Każdy z nas, czasami bezwiednie, sam buduje modele. Tworzymy je po to, by skuteczniej realizować nasze nawet najprostsze działania.
Proste modele możemy tworzyć, np. wykorzystując poznany już wcześniej arkusz kalkulacyjny.
<< Powrót [Do góry]