Explainer: co je počítačový model?
počítače používají matematické, datové a počítačové pokyny k vytváření reprezentací událostí v reálném světě. Mohou také předvídat, co se děje-nebo co by se mohlo stát – ve složitých situacích, od klimatických systémů po šíření pověstí po celém městě. A počítače mohou vyplivnout své výsledky, aniž by lidé museli čekat roky nebo riskovat.
vědci, kteří vytvářejí počítačové modely, začínají důležitými rysy událostí, které doufají, že reprezentují. Tyto funkce mohou být tíhou fotbalu, který někdo kopne. Nebo to může být stupeň oblačnosti typický pro sezónní klima regionu. Funkce, které se mohou měnit-nebo měnit – jsou známé jako proměnné.
Pedagogové a Rodiče, zaregistrujte Se Na tahák
Týdenní aktualizace, které vám pomohou používat Science News pro Studenty v učení prostředí
Next, počítače, modeláři identifikovat pravidla, která řídí tyto funkce a jejich vztahy. Vědci tato pravidla vyjadřují matematikou.
“matematika integrována do těchto modelů je poměrně jednoduché — většinou sčítání, odčítání, násobení a nějaké logaritmy,” konstatuje Jon Lizaso. Pracuje na Technické univerzitě v Madridu ve Španělsku. (Logaritmy vyjadřují čísla jako síly jiných čísel, které pomáhají zjednodušit výpočty při práci s velmi velkými čísly. I tak je ale pro jednoho člověka stále příliš mnoho práce. “Mluvíme asi o tisících rovnic,” vysvětluje. (Rovnice jsou matematické výrazy, které používají čísla k propojení dvou věcí, které jsou stejné, například 2 + 4 = 6. Ale oni obvykle vypadají složitější, jako z = 21x – t)
Řešení i 2,000 rovnice může trvat celý den ve výši jedné rovnice každých 45 sekund. A jediná chyba může vaši odpověď odhodit.
obtížnější matematika může narazit na čas potřebný k vyřešení každé rovnice v průměru o 10 minut. Při této rychlosti by řešení 1000 rovnic mohlo trvat téměř tři týdny, pokud byste si vzali nějaký čas na jídlo a spánek. A opět jedna chyba může všechno zahodit.
naproti tomu běžné přenosné počítače mohou provádět miliardy operací za sekundu. A během jedné sekundy dokáže superpočítač Titan V Národní laboratoři Oak Ridge v Tennessee provést více než 20 000 bilionů výpočtů. (Kolik je 20 000 bilionů? Tolik sekund by přišlo na asi 634 milionů let!)
počítačový model také potřebuje algoritmy a data. Algoritmy jsou sady instrukcí. Říkají počítači, jak se má rozhodovat a kdy provádět výpočty. Data jsou fakta a statistiky o něčem.
s takovými výpočty může počítačový model předpovídat konkrétní situaci. Například, může to ukázat, nebo simulovat, výsledek kopu konkrétního fotbalového hráče.
počítačové modely se také mohou vypořádat s dynamickými situacemi a měnícími se proměnnými. Jak je například pravděpodobné, že v pátek bude pršet? Model počasí by prováděl své výpočty znovu a znovu, měnil každý faktor jeden po druhém a poté v různých kombinacích. Poté by porovnal nálezy ze všech běhů.
po úpravě pravděpodobnosti každého faktoru vydá svou předpověď. Model by také zopakoval své výpočty, jak se pátek přiblížil.
Chcete-li měřit spolehlivost modelu, vědci mohou mít počítač spustit své výpočty tisíckrát nebo dokonce milionkrát. Vědci také mohli porovnat předpovědi modelu s odpověďmi, které již znají. Pokud předpovědi přesně odpovídají těmto odpovědím, je to dobré znamení. Pokud ne, musí vědci udělat více práce, aby zjistili, co jim chybělo. Je možné, že nezahrnují dostatek proměnných, nebo se příliš spoléhali na ty špatné.
počítačové modelování není jednorázová dohoda. Vědci se vždy učí více z experimentů a událostí v reálném světě. Vědci používají tyto znalosti ke zlepšení počítačových modelů. Čím lepší jsou počítačové modely, tím užitečnější se mohou stát.
