Explainer: Vad är en datormodell?
datorer använder matematik, data och datorinstruktioner för att skapa representationer av verkliga händelser. De kan också förutsäga vad som händer — eller vad som kan hända-i komplexa situationer, från klimatsystem till spridning av rykten i hela en stad. Och datorer kan spotta ut sina resultat utan att människor behöver vänta år eller ta stora risker.
forskarna som bygger datormodeller börjar med viktiga funktioner i vilka händelser de hoppas kunna representera. Dessa funktioner kan vara vikten av en fotboll som någon kommer att sparka. Eller det kan vara graden av Molntäcke som är typisk för en regions säsongsbetonade klimat. Funktioner som kan förändras — eller variera — kallas variabler.
lärare och föräldrar, registrera dig för Fusklappen
Veckovisa uppdateringar som hjälper dig att använda vetenskapliga nyheter för studenter i inlärningsmiljön
därefter identifierar datormodellerna regler som styr dessa funktioner och deras relationer. Forskarna uttrycker dessa regler med matematik.
“matematiken inbyggd i dessa modeller är ganska enkel — mestadels addition, subtraktion, multiplikation och vissa logaritmer”, konstaterar Jon Lizaso. Han arbetar vid Tekniska Universitetet i Madrid i Spanien. (Logaritmer uttrycker siffror som befogenheter för andra nummer för att förenkla beräkningarna när man arbetar med mycket stora siffror.) Ändå finns det fortfarande för mycket arbete för en person att göra. “Vi pratar om förmodligen tusentals ekvationer,” förklarar han. (Ekvationer är matematiska uttryck som använder siffror för att relatera två saker som är lika, till exempel 2 + 4 = 6. Men de ser vanligtvis mer komplicerade ut, till exempel z = 21x – t)
att lösa till och med 2000 ekvationer kan ta en hel dag med en ekvation var 45: e sekund. Och ett enda misstag kan kasta ditt svar långt ifrån.
svårare matematik kan stöta upp den tid som behövs för att lösa varje ekvation till i genomsnitt 10 minuter. I den hastigheten kan det ta nästan tre veckor att lösa 1000 ekvationer om du tog lite tid att äta och sova. Och igen, ett misstag kan kasta bort allt.
däremot kan vanliga bärbara datorer utföra miljarder operationer per sekund. Och på bara en sekund kan Titan-superdatorn vid Oak Ridge National Laboratory i Tennessee göra mer än 20 000 biljoner beräkningar. (Hur mycket är 20 000 biljoner? Att många sekunder skulle komma till cirka 634 miljoner år!)
en datormodell behöver också algoritmer och data. Algoritmer är uppsättningar instruktioner. De berättar för datorn hur man fattar beslut och när man ska göra beräkningar. Data är fakta och statistik om något.
med sådana beräkningar kan en datormodell göra förutsägelser om en specifik situation. Det kan till exempel visa eller simulera resultatet av en viss fotbollsspelares spark.
datormodeller kan också hantera dynamiska situationer och ändra variabler. Till exempel, hur troligt är det att det regnar på fredag? En vädermodell skulle köra sina beräkningar om och om igen, ändra varje faktor en efter en och sedan i olika kombinationer. Därefter skulle det jämföra resultaten från alla körningar.
efter justering för hur sannolikt varje faktor var, skulle den utfärda sin förutsägelse. Modellen skulle också köra om sina beräkningar när fredagen kom närmare.
för att mäta modellens tillförlitlighet kan forskare ha en dator som kör sina beräkningar tusentals eller till och med miljoner gånger. Forskare kan också jämföra en modell förutsägelser med svar de redan vet. Om förutsägelserna matchar dessa svar är det ett gott tecken. Om inte, måste forskare göra mer arbete för att ta reda på vad de saknade. Det kan vara att de inte innehöll tillräckligt med variabler, eller förlitade sig för mycket på de felaktiga.
datormodellering är inte en one-shot-affär. Forskare lär sig alltid mer av experiment och händelser i den verkliga världen. Forskare använder den kunskapen för att förbättra datormodeller. Ju bättre datormodeller är desto mer användbara kan de bli.
