Magyarázat: Mi az a számítógépes modell?

a számítógépek matematikai, adat-és számítógépes utasításokat használnak a valós események ábrázolásához. Azt is meg tudják jósolni, hogy mi történik — vagy mi történhet — összetett helyzetekben, az éghajlati rendszerektől kezdve a pletykák terjedéséig az egész városban. A számítógépek pedig ki tudják köpni az eredményeiket anélkül, hogy az embereknek éveket kellene várniuk vagy nagy kockázatokat kellene vállalniuk.

azok a tudósok, akik számítógépes modelleket építenek, minden olyan esemény fontos jellemzőivel kezdik, amelyet remélnek képviselni. Ezek a tulajdonságok lehetnek egy futball súlya, amelyet valaki rúgni fog. Vagy ez lehet a régió szezonális éghajlatára jellemző felhőtakaró mértéke. A változó — vagy változó-funkciókat változóknak nevezzük.

ezután a számítógép modellezők azonosítani szabályokat, amelyek ellenőrzik ezeket a funkciókat és a kapcsolatok. A kutatók ezeket a szabályokat matematikával fejezik ki.

“a modellekbe épített matematika meglehetősen egyszerű — többnyire összeadás, kivonás, szorzás és néhány logaritmus” – jegyzi meg Jon Lizaso. A madridi Műszaki Egyetemen dolgozik Spanyolországban. (A logaritmusok a számokat más számok hatványaként fejezik ki, hogy megkönnyítsék a számításokat, amikor nagyon nagy számokkal dolgoznak. Ennek ellenére még mindig túl sok munka van egy ember számára. “Valószínűleg több ezer egyenletről beszélünk” – magyarázza. (Az egyenletek olyan matematikai kifejezések, amelyek számokat használnak két egyenlő dolog összekapcsolására, például 2 + 4 = 6. De általában bonyolultabbnak tűnnek, például z = 21x – t)

akár 2000 egyenlet megoldása akár egy egész napot is igénybe vehet 45 másodpercenként egy egyenlet sebességgel. És egyetlen hiba is eldobhatja a választ.

a nehezebb matematika átlagosan 10 percre növelheti az egyes egyenletek megoldásához szükséges időt. Ilyen tempóban 1000 egyenlet megoldása közel három hétig is eltarthat, ha egy kis időt vesz igénybe enni és aludni. És még egyszer, egy hiba mindent eldobhat.

ezzel szemben a közönséges laptop számítógépek másodpercenként több milliárd műveletet képesek végrehajtani. És egy másodperc alatt a Tennessee-i Oak Ridge Nemzeti Laboratórium titán szuperszámítógépe több mint 20 000 billió számítást képes elvégezni. (Mennyi az a 20 000 billió? Ez a sok másodperc körülbelül 634 millió évre szólna!)

a számítógépes modellnek algoritmusokra és adatokra is szüksége van. Az algoritmusok utasítások halmazai. Megmondják a számítógépnek, hogyan hozzon döntéseket és mikor végezzen számításokat. Az adatok tények és statisztikák valamiről.

ilyen számításokkal a számítógépes modell előrejelzéseket tehet egy adott helyzetről. Például megmutathatja vagy szimulálhatja egy adott futballista rúgásának eredményét.

a számítógépes modellek dinamikus helyzeteket és változó változókat is képesek kezelni. Mennyire valószínű, hogy pénteken esik az eső? Egy időjárási modell újra és újra futtatná a számításait, minden tényezőt egyenként, majd különböző kombinációkban változtatva. Ezt követően összehasonlítaná az összes futás eredményeit.

miután kiigazította az egyes tényezők valószínűségét, kiadja előrejelzését. A modell a péntek közeledtével újrafuttatja számításait is.

egy modell megbízhatóságának mérésére a tudósok számítógépével több ezer vagy akár milliószor is futtathatják a számításokat. A kutatók összehasonlíthatják a modell előrejelzéseit a már ismert válaszokkal is. Ha az előrejelzések szorosan megegyeznek ezekkel a válaszokkal, ez jó jel. Ha nem, a kutatóknak több munkát kell végezniük, hogy megtudják, mi hiányzott. Lehet, hogy nem tartalmaztak elegendő változót, vagy túl sokat támaszkodtak a rossz változókra.

a számítógépes modellezés nem egy egyszeri alkalom. A tudósok mindig többet tanulnak a valós világ kísérleteiből és eseményeiből. A kutatók ezt a tudást használják a számítógépes modellek fejlesztésére. Minél jobbak a számítógépes modellek, annál hasznosabbak lehetnek.