Selvittäjä: mikä on tietokonemalli?
tietokoneet käyttävät matematiikkaa, dataa ja tietokoneen ohjeita reaalimaailman tapahtumien kuvaamiseen. He voivat myös ennustaa, mitä tapahtuu — tai mitä voisi tapahtua-monimutkaisissa tilanteissa, ilmastojärjestelmistä huhujen leviämiseen ympäri kaupunkia. Ja tietokoneet voivat sylkeä tuloksiaan ilman, että ihmisten tarvitsee odottaa vuosia tai ottaa suuria riskejä.
tietokonemalleja rakentavat tiedemiehet aloittavat tärkeillä piirteillä siitä, mitä tapahtumia he toivovat edustavansa. Nuo ominaisuudet voivat olla jonkun potkaiseman jalkapallon paino. Tai se voi olla alueen vuodenaikaisilmastolle tyypillinen pilvisyyden aste. Ominaisuuksia, jotka voivat muuttua — tai vaihdella — kutsutaan muuttujiksi.
opettajat ja vanhemmat, Lunttilappuun
viikoittaiset päivitykset, joiden avulla voit käyttää Tiedeuutisia opiskelijoille oppimisympäristössä
seuraavaksi tietokonemallinnuksen tekijät tunnistavat säännöt, jotka ohjaavat näitä ominaisuuksia ja niiden suhteita. Tutkijat ilmaisevat nämä säännöt matematiikalla.
“näihin malleihin rakennettu matematiikka on melko yksinkertaista — enimmäkseen yhteen -, vähennys -, kertolasku-ja joitakin logaritmeja”, toteaa Jon Lizaso. Hän työskentelee Madridin teknillisessä yliopistossa Espanjassa. (Logaritmit ilmaisevat numerot muiden lukujen potensseina, jotta voidaan yksinkertaistaa laskutoimituksia työskenneltäessä hyvin suurten lukujen kanssa.) Silti yhdelle ihmiselle on vielä liikaa töitä. “Puhutaan varmaan tuhansista yhtälöistä”, hän selittää. (Yhtälöt ovat matemaattisia lausekkeita, joissa lukujen avulla suhteutetaan kahta yhtä suurta asiaa, kuten 2 + 4 = 6. Mutta yleensä ne näyttävät monimutkaisemmilta, kuten z = 21x-t)
jopa 2 000 yhtälön ratkaiseminen saattaa kestää kokonaisen päivän nopeudella yksi yhtälö 45 sekunnin välein. Ja yksikin virhe voi heittää vastauksesi harhaan.
vaikeampi matematiikka saattaa nostaa jokaisen yhtälön ratkaisemiseen tarvittavan ajan keskimäärin 10 minuuttiin. Sillä vauhdilla 1000 yhtälön ratkaiseminen voi viedä lähes kolme viikkoa, jos ottaa vähän aikaa syömiseen ja nukkumiseen. Yksi virhe voi sekoittaa kaiken.
sen sijaan tavalliset kannettavat tietokoneet voivat suorittaa miljardeja operaatioita sekunnissa. Ja yhdessä sekunnissa Titan supertietokone Oak Ridgen kansallisessa laboratoriossa Tennesseessä pystyy tekemään yli 20 000 biljoonaa laskutoimitusta. (Kuinka paljon on 20000 biljoonaa? Niin monta sekuntia tulisi noin 634 miljoonaa vuotta!)
tietokonemalli tarvitsee myös algoritmeja ja dataa. Algoritmit ovat joukko ohjeita. Ne kertovat tietokoneelle, miten päätöksiä tehdään ja milloin laskelmia tehdään. Tiedot ovat faktoja ja tilastoja jostakin.
tällaisilla laskelmilla tietokonemalli voi tehdä ennusteita tietystä tilanteesta. Se saattaa esimerkiksi näyttää tai simuloida tietyn jalkapalloilijan potkun tulosta.
Tietokonemalleilla voidaan käsitellä myös dynaamisia tilanteita ja muuttuvia muuttujia. Kuinka todennäköistä on esimerkiksi, että perjantaina sataa? Säämalli pyörittäisi laskelmiaan yhä uudelleen ja muuttaisi jokaista tekijää yksi kerrallaan ja sitten erilaisina yhdistelminä. Sen jälkeen se vertailisi kaikkien juoksujen tuloksia.
korjattuaan kunkin tekijän todennäköisyyden se antaisi ennusteensa. Malli myös toisi laskelmansa uusiksi perjantain lähestyessä.
mittatakseen mallin luotettavuutta tutkijat saattoivat laittaa tietokoneen suorittamaan sen laskelmia tuhansia tai jopa miljoonia kertoja. Tutkijat voisivat myös verrata mallin ennusteita jo tietämiinsä vastauksiin. Jos ennusteet vastaavat tarkasti noita vastauksia, se on hyvä merkki. Jos näin ei ole, tutkijoiden on tehtävä enemmän töitä selvittääkseen, mistä he jäivät paitsi. Voi olla, että ne eivät sisältäneet tarpeeksi muuttujia tai luottivat liikaa vääriin.
tietokonemallinnus ei ole kertarysäys. Tutkijat oppivat koko ajan enemmän reaalimaailman kokeista ja tapahtumista. Tutkijat käyttävät tätä tietoa tietokonemallien parantamiseen. Mitä parempia tietokonemallit ovat, sitä hyödyllisempiä niistä voi tulla.
