2.1 Комп’ютерне моделювання об’єктів і процесів. Комп’ютерний експеримент

КОМП’ЮТЕРНІ МОДЕЛІ ТА КОМП’ЮТЕРНЕ МОДЕЛЮВАННЯ 

Ви вже знаєте, що в багатьох випадках неможливо або не доцільно досліджувати безпосередньо самі об’єкти або процеси. У таких випадках досліджують моделі цих об’єктів або процесів. 

У наш час, коли одним з найпотужніших інструментів дослідження є комп’ютер, широкого розповсюдження і застосування набули комп’ютерні моделі. 

Комп’ютерна модель

Комп’ютерна модель — це інформаційна модель, що реалізована і досліджується з використанням комп’ютерних програм. 

Так, наприклад, використовуючи комп’ютерні програми, можна дослідити, скільки потрібно витратити коштів на поїздку з Києва до Запоріжжя, якщо врахувати різні можливості: летіти літаком, їхати потягом, автобусом, автомобілем, або процес розмноження бактерій залежно від умов середовища, у якому вони знаходяться, або інтенсивність тролейбусного руху на різних маршрутах та ін. 

Комп’ютерні моделі, як і всі інші моделі, поділяються на розрахункові (математичні), імітаційні та графічні 

Комп’ютерна розрахункова (математична) модель

Комп’ютерна розрахункова (математична) модель реалізується і досліджується з використанням програм, у яких виконуються розрахунки значень властивостей об’єкта, для якого побудовано цю модель, на основі формул, рівнянь, нерівностей, систем та ін. 

Так, наприклад, можна задати формули і, використовуючи табличний процесор, наприклад Excel або LibreOffice Calс, або створивши мовою програмування, наприклад Free Pascal, власну програму, дослідити, яку суму потрібно витратити на обклеювання шпалерами вашої класної кімнати залежно від виду шпалер, клею, від того, хто буде обклеювати (ви самі чи наймані робітники) та ін. 

Комп’ютерна імітаційна модель

Комп’ютерна імітаційна модель реалізується і досліджується з використанням програм, що відтворюють змінення значень властивостей моделей тих об’єктів, які змінюються випадковим чином, і тому їх не можна описати математично. 

Такими, наприклад, є програми, що досліджують змінення кількості населення у країні чи в регіоні за деякі інтервали часу, або змінення кількості опадів у даній місцевості по місяцях або роках і здійснюють певні прогнози на майбутні періоди часу, або імітують політ літака чи рух автомобіля, імітують роботу ока людини та ін. 

Комп’ютерна графічна модель

Комп’ютерна графічна модель реалізується і досліджується з використанням програм, у яких можна будувати і змінювати графічне зображення об’єкта. 

Такими програмами, наприклад, є відомі вам табличні процесори, у яких можна будувати діаграми або графіки як графічне зображення об’єктів дослідження. Такими є програми для визначення інтер’єру кімнати шляхом вибору видів меблів, їх розташування, вибору видів і кольору шпалер, штор та ін. 

Комп’ютерне моделювання

Метод розв’язування задач з використанням комп’ютерних моделей називають комп’ютерним моделюванням. 

Алгоритм створення і використання комп’ютерної моделі наведено на малюнку. 

Комп’ютерне моделювання прискорює процес створення і вивчення моделей об’єктів. Крім того, комп’ютерне моделювання використовують для вивчення об’єктів та явищ, які неможливо, дорого або небезпечно відтворювати в реальних умовах. Це дає змогу не лише економити матеріальні ресурси, а й зберігати екологічні умови існування людини, уникати можливих шкідливих або руйнівних наслідків проведення випробувань. 

Комп’ютерне моделювання є єдиним інструментом для дослідження швидкоплинних або надповільних процесів. Їх можна досліджувати на комп’ютері, розтягуючи чи стискуючи час або навіть зупиняючи його для вивчення певних фаз процесу. Моделювати й вивчати, використовуючи комп’ютерні моделі, можна й такі явища, які не відбувалися або невідомо, чи відбудуться взагалі коли-небудь у реальному житті, наприклад зустріч нашої планети з іншим небесним тілом. 

КОМП’ЮТЕРНИЙ ЕКСПЕРИМЕНТ 

Створивши комп’ютерну модель, можна змінювати вхідні дані й залежно від них отримувати різні кінцеві результати. Таким чином можна досліджувати змінення значень властивостей моделі, використовуючи для цього комп’ютер. 

Дослідження моделі об’єкта з використанням комп’ютерного моделювання називається комп’ютерним експериментом. 

Метою комп’ютерного експерименту є отримання даних, на основі яких можна приймати рішення, робити висновки про властивості об’єкта моделювання або прогнозувати його поведінку в тій чи іншій ситуації. 

Проведення комп’ютерного експерименту складається з таких етапів: 

1. Аналіз умови задачі. 

2. Створення комп’ютерної моделі. 

3. Розробка плану проведення комп’ютерного експерименту. 

4. Проведення комп’ютерного експерименту. 

5. Аналіз отриманих результатів. 

Сутність проведення комп’ютерного експерименту полягає в багаторазових запусках програми й отриманні кінцевих результатів для різних наборів вхідних даних. Такі набори розробляються в ході розробки плану експерименту, щоб виявити певні залежності чи отримати потрібні результати. Аналіз результатів експерименту може дати підставу для його завершення, якщо всі поставлені цілі досягнуто, або для продовження експерименту, корекції плану його проведення, якщо виявилася потреба доповнення даних чи намітився новий напрям дослідження. 

Іноді за результатами експерименту виникає потреба в уточненні моделі або навіть у внесенні змін в умову задачі, і тоді весь процес починається знову.

Домашнє завдання

1. 1. 1. Опрацювати матеріал §2.1