Explainer: Che cosa è un modello di computer?
I computer utilizzano la matematica, i dati e le istruzioni del computer per creare rappresentazioni di eventi del mondo reale. Possono anche prevedere cosa sta succedendo — o cosa potrebbe accadere-in situazioni complesse, dai sistemi climatici alla diffusione di voci in tutta una città. E i computer possono sputare i loro risultati senza che le persone debbano aspettare anni o correre grossi rischi.
Gli scienziati che costruiscono modelli di computer iniziano con caratteristiche importanti di qualsiasi evento che sperano di rappresentare. Queste caratteristiche possono essere il peso di un calcio che qualcuno calcierà. Oppure potrebbe essere il grado di copertura nuvolosa tipico del clima stagionale di una regione. Le caratteristiche che possono cambiare — o variare-sono note come variabili.
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Successivamente, i modellatori di computer identificano le regole che controllano tali caratteristiche e le loro relazioni. I ricercatori esprimono queste regole con la matematica.
“La matematica incorporata in questi modelli è piuttosto semplice — per lo più addizione, sottrazione, moltiplicazione e alcuni logaritmi”, osserva Jon Lizaso. Lavora presso l’Università Tecnica di Madrid in Spagna. (I logaritmi esprimono i numeri come potenze di altri numeri per semplificare i calcoli quando si lavora con numeri molto grandi.) Anche così, c’è ancora troppo lavoro da fare per una persona. “Stiamo parlando probabilmente di migliaia di equazioni”, spiega. (Le equazioni sono espressioni matematiche che usano i numeri per mettere in relazione due cose uguali, come 2 + 4 = 6. Ma di solito sembrano più complicati, come z = 21x-t)
Risolvere anche 2.000 equazioni potrebbe richiedere un giorno intero al ritmo di un’equazione ogni 45 secondi. E un singolo errore potrebbe buttare via la tua risposta.
Matematica più difficile potrebbe aumentare il tempo necessario per risolvere ogni equazione a una media di 10 minuti. A quel ritmo, risolvere 1.000 equazioni potrebbe richiedere quasi tre settimane, se si è tolto un po ‘ di tempo per mangiare e dormire. E ancora, un errore potrebbe buttare via tutto.
Al contrario, i comuni computer portatili possono eseguire miliardi di operazioni al secondo. E in un solo secondo, il supercomputer Titan presso Oak Ridge National Laboratory nel Tennessee può fare più di 20.000 trilioni di calcoli. (Quanto costa 20.000 trilioni? Che molti secondi sarebbe venuto a circa 634 milioni di anni!)
Un modello di computer ha bisogno anche di algoritmi e dati. Gli algoritmi sono insiemi di istruzioni. Dicono al computer come prendere decisioni e quando fare calcoli. I dati sono fatti e statistiche su qualcosa.
Con tali calcoli, un modello di computer può fare previsioni su una situazione specifica. Ad esempio, potrebbe mostrare o simulare il risultato del calcio di un particolare giocatore di calcio.
I modelli di computer possono anche gestire situazioni dinamiche e variabili variabili. Ad esempio, quanto è probabile che piova venerdì? Un modello meteorologico eseguirebbe i suoi calcoli più e più volte, cambiando ogni fattore uno per uno e poi in varie combinazioni. Dopo di che, sarebbe confrontare i risultati di tutte le corse.
Dopo aver regolato per quanto probabilmente ogni fattore era, avrebbe emesso la sua previsione. Il modello avrebbe anche rieseguito i suoi calcoli mentre venerdì si avvicinava.
Per misurare l’affidabilità di un modello, gli scienziati potrebbero far eseguire a un computer i suoi calcoli migliaia o addirittura milioni di volte. I ricercatori potrebbero anche confrontare le previsioni di un modello con le risposte che già conoscono. Se le previsioni corrispondono strettamente a quelle risposte, questo è un buon segno. In caso contrario, i ricercatori devono fare più lavoro per scoprire cosa hanno perso. Potrebbe essere che non includessero abbastanza variabili o che si basassero troppo su quelle sbagliate.
La modellazione al computer non è un affare one-shot. Gli scienziati imparano sempre di più dagli esperimenti e dagli eventi nel mondo reale. I ricercatori usano questa conoscenza per migliorare i modelli di computer. I modelli di computer migliori sono, più utili possono diventare.
