Explainer: co to jest model komputera?

komputery używają matematyki, danych i instrukcji komputerowych do tworzenia reprezentacji rzeczywistych wydarzeń. Mogą również przewidzieć, co się dzieje — lub co może się zdarzyć — w złożonych sytuacjach, od systemów klimatycznych po rozprzestrzenianie się plotek w całym mieście. A komputery mogą wypluć swoje wyniki bez konieczności czekania latami lub podejmowania dużego ryzyka.

naukowcy, którzy budują modele komputerowe, zaczynają od ważnych cech wydarzeń, które mają nadzieję reprezentować. Te cechy mogą być ciężarem piłki nożnej, którą ktoś kopnie. Może to być stopień zachmurzenia typowy dla sezonowego klimatu regionu. Funkcje, które mogą się zmieniać, nazywane są zmiennymi.

następnie modelarze komputerowi identyfikują reguły, które kontrolują te funkcje i ich relacje. Naukowcy wyrażają te zasady za pomocą matematyki.

“matematyka wbudowana w te modele jest dość prosta — głównie dodawanie, odejmowanie, mnożenie i niektóre logarytmy”, zauważa Jon Lizaso. Pracuje na Uniwersytecie Technicznym w Madrycie w Hiszpanii. (Logarytmy wyrażają liczby jako potęgi innych liczb, aby uprościć obliczenia podczas pracy z bardzo dużymi liczbami.) Mimo to, wciąż jest za dużo pracy dla jednej osoby do zrobienia. “Mówimy o prawdopodobnie tysiącach równań”, wyjaśnia. (Równania są wyrażeniami matematycznymi, które używają liczb do odniesienia dwóch równych rzeczy, takich jak 2 + 4 = 6. Z = 21x-t)

rozwiązanie nawet 2000 równań może zająć cały dzień w tempie jednego równania co 45 sekund. A jeden błąd może odrzucić Twoją odpowiedź.

trudniejsza matematyka może wydłużyć czas potrzebny na rozwiązanie każdego równania do średnio 10 minut. W takim tempie rozwiązanie 1000 równań może zająć prawie trzy tygodnie, jeśli poświęcisz trochę czasu na jedzenie i sen. I znowu, jeden błąd może wszystko odrzucić.

natomiast zwykłe laptopy mogą wykonywać miliardy operacji na sekundę. W ciągu jednej sekundy superkomputer Titan w Oak Ridge National Laboratory w Tennessee może wykonać ponad 20 000 bilionów obliczeń. (Ile to jest 20,000 bilionów? Tyle sekund zajmie około 634 milionów lat!)

model komputerowy również potrzebuje algorytmów i danych. Algorytmy są zestawami instrukcji. Mówią komputerowi, jak podejmować decyzje i kiedy wykonywać obliczenia. Dane są faktami i statystykami na jakiś temat.

dzięki takim obliczeniom model komputerowy może przewidywać określoną sytuację. Na przykład może pokazać lub symulować wynik kopnięcia konkretnego piłkarza.

modele komputerowe mogą również radzić sobie z dynamicznymi sytuacjami i zmiennymi zmiennymi. Na przykład, jak prawdopodobne jest, że w piątek będzie padać? Model pogodowy przeprowadzał swoje obliczenia w kółko, zmieniając każdy czynnik jeden po drugim, a następnie w różnych kombinacjach. Następnie porównywano wyniki wszystkich biegów.

po dostosowaniu się do prawdopodobieństwa każdego czynnika, wyda swoją prognozę. Model miał również ponownie uruchomić swoje obliczenia, gdy piątek się zbliżył.

aby zmierzyć niezawodność modelu, naukowcy mogą zlecić komputerowi przeprowadzenie jego obliczeń tysiące, a nawet miliony razy. Naukowcy mogli również porównać przewidywania modelu z odpowiedziami, które już znają. Jeśli prognozy dokładnie pasują do tych Odpowiedzi, to dobry znak. Jeśli nie, naukowcy muszą zrobić więcej pracy, aby dowiedzieć się, co przeoczyli. Być może nie zawierały wystarczającej ilości zmiennych lub polegały zbytnio na niewłaściwych.

modelowanie komputerowe to nie jest jednorazowa sprawa. Naukowcy zawsze uczą się więcej z eksperymentów i wydarzeń w prawdziwym świecie. Naukowcy wykorzystują tę wiedzę do ulepszania modeli komputerowych. Im lepsze są modele komputerowe, tym bardziej mogą się przydać.