Комп'ютерний експеримент і комп'ютерне моделювання

На закінчення глави розглянемо питання: куди відносити комп'ютерний експеримент і комп'ютерне моделювання (computer simulations)!

Спочатку комп'ютерне моделювання з'являється в метеорології та ядерної фізики, але сьогодні спектр його застосування в науці і техніці надзвичайно широкий. Дуже показовим у цьому відношенні приклад "глобального моделювання", де світ розглядається як сукупність взаємодіючих між собою підсистем: населення, соціум, економіка, виробництво продовольства, інноваційний комплекс, природні ресурси, середовище проживання, країни і регіони світу (першим прикладом є опублікований в 1972 р доповідь Римському клубу "Межі зростання"). Розвиток і взаємодія цих підсистем визначають світову динаміку.

Очевидно, що ми маємо тут справу з надскладною системою з масою нелінійних взаємодій, для якої не вдається побудувати ВІО-тип моделі. Тому тут поступають таким чином. Збирається полідисциплінарну група, що складається з фахівців, що відносяться до різних підсистем. Ця група, виходячи з наявних у її членів знань, становить блок-схему з великої множини елементів і зв'язків. Ця блок-схема перетвориться в математичну комп'ютерну модель, що репрезентує моделируемую систему. Після чого проводяться чисельні експерименти з комп'ютерною моделлю, тобто комп'ютерні експерименти, які з боку створення моделей об'єктів і процесів, налагодження та виконання нагадують реальний складний експеримент.

Між мисленням і комп'ютерним експериментами є певна аналогія. У разі комп'ютерного експерименту відпрацьовуються в ході нього комп'ютерна модель є аналогом ВІО-моделі в уявному ВІО-експерименті. В обох випадках експериментальне дослідження є елементом пошуку адекватної теоретичної моделі. У ході цього пошуку в першому випадку підбираються ПІО і взаємодії між ними (і їх величина), а в другому - елементи та зв'язку (і їх величина). З цього зіставлення очевидно, що результатом такої експериментальної діяльності в обох випадках можлива поява нового знання. Тобто комп'ютерні моделі відповідають теоретичним ВІО-моделям явища, а комп'ютерний експеримент є засобом для їх побудови. При цьому експериментування відбувається з моделлю, а не явищем (на той же згідно роботі [29] вказується і в роботах [19; 13]).

У фізиці та інших природничих науках у випадку "лабораторних" явищ реальний експеримент може щось міняти в самому явищі ("ставити йому запитання"). Якщо цього виявляється достатньо, щоб створити ВІО-модель, і залишається питання лише про уточнення її параметрів, то в цьому випадку комп'ютерна модель має більш тривіальне, ніж описано вище, застосування - рішення складних рівнянь, що описують фізичну або технічну систему, і підбір параметрів для систем, для яких ВІО-модель вже задана. Цей випадок часто називають "чисельним експериментом".

Однак у фізиці розглядаються і явища, які потрібно якісно вивчити до приміщення їх в лабораторію, наприклад виділення ядерної енергії або народження елементарних частинок. Подібна ситуація може виникнути: 1) у перерахованих для уявного експерименту випадках економічної або технічної складності реального експерименту, 2) у разі відсутності ВІО-моделі, тобто відсутності теорії явища (як у випадку турбулентних течій). У ядерній фізиці і фізиці елементарних частинок маємо перший, якщо нс обидва випадки. Тут ми маємо ситуацію, аналогічну "глобальному моделювання", і починаємо експериментувати з теоретичними моделями шляхом комп'ютерного моделювання. Тому недивно, що комп'ютерне моделювання з'явилося в ядерній фізиці дуже рано.

Отже, комп'ютерний експеримент і комп'ютерні моделі в нетривіальною випадку, як у прикладі з "глобальним моделюванням", відповідають, відповідно, уявному ВІО-експерименту і теоретичним ВІО- моделям явища.

Експеримент - це форма зв'язку між двома сторонами - явищем і теоретичною моделлю. В принципі, звідси випливає можливість маніпулювання з двома сторонами [1]. У разі реального експерименту експериментування відбувається з явищем, а в разі уявного і комп'ютерного експерименту, який можна розглядати як аналог уявного, - з моделлю. Але в обох випадках метою є отримання нового знання у вигляді адекватної теоретичної моделі.[1]

  • [1] Це включає і зауваження E. Winsberg: "Невірно, що реальний експеримент завжди маніпулює тільки з об'єктом, що цікавить. Фактично і в реальному експерименті, і в симуляції має місце складне ставлення між тим, з чим маніпулюють в дослідженні, з одного боку, і системами реального світу, які є метою дослідження - з іншого ... Мендель, наприклад, маніпулював з горохом, а цікавився вивченням феномена загальної спадковості "[29].
 
< Попер   ЗМІСТ   Наст >