Simulering

I vitenskapene er simulering det kontekstuelle kunstgrepet som refererer til undersøkelsen av en hypotese eller et sett med arbeidshypoteser ved bruk av modeller , en perfekt metode for undervisning og læring . Thomas T. Goldsmith Jr. og Estle Ray Mann definerer det som følger: "Simulering er en numerisk teknikk for å utføre eksperimenter på en digital datamaskin. Disse eksperimentene involverer visse typer matematiske og logiske relasjoner, som er nødvendige for å beskrive atferden og strukturen til komplekse virkelige systemer over lange perioder. [ referanse nødvendig ]

En mer formell definisjon, formulert av RE Shannon , [ 1 ] er: "Simulering er prosessen med å designe en modell av et virkelig system og utføre eksperimenter med det, med sikte på å forstå systemets oppførsel eller evaluere nye strategier - innenfor grensene som er pålagt av et bestemt kriterium eller et sett av dem - for systemets funksjon".

Simuleringselementer

Systemdefinisjon

Det består i å studere konteksten til problemet, identifisere målene for prosjektet, spesifisere måleindeksene for effektiviteten til systemet, etablere de spesifikke målene for modelleringen og definere systemet som skal modelleres i et simuleringssystem.

Formulering av modellen

Når resultatene som forventes oppnådd fra studien er definert nøyaktig, defineres og bygges modellen som de ønskede resultatene skal oppnås med. I utformingen av modellen er det nødvendig å definere alle variablene som er en del av den, deres logiske sammenhenger og flytskjemaene som fullt ut beskriver modellen.

Datainnsamling

Det er viktig at dataene som modellen vil kreve for å gi de ønskede resultatene er klart og nøyaktig definert.

Implementering av modellen på datamaskinen

Med modellen definert er neste steg å bestemme hvilket programmeringsspråk (som Fortran , Algol , Lisp , etc.) eller programvarepakke som skal brukes til å behandle modellen på datamaskinen og få de ønskede resultatene.

Bekreftelse

Verifikasjonsprosessen består i å verifisere at den simulerte modellen oppfyller designkravene den ble utviklet for. [ 2 ]​ Det handler om å evaluere at modellen oppfører seg i henhold til dens design.

Systemvalidering

Gjennom dette stadiet vurderes forskjellene mellom driften av simulatoren og det virkelige systemet som simuleres. [ 3 ]​ De vanligste måtene å validere en modell på er:

Eksperimentering

Eksperimenteringen med modellen gjennomføres etter at den er validert. Eksperimenteringen består i å sjekke de genererte dataene etter ønske og utføre en sensitivitetsanalyse av de nødvendige indeksene.

Tolkning

På dette stadiet av studien tolkes resultatene av simuleringen og på bakgrunn av dette tas en beslutning. Det er åpenbart at resultatene fra en simuleringsstudie er med på å støtte beslutninger av den semistrukturerte typen.

Dokumentasjon

Det kreves to typer dokumentasjon for å utnytte simuleringsmodellen bedre. Den første refererer til teknisk dokumentasjon og den andre refererer til brukermanualen, som letter samhandlingen og bruken av den utviklede modellen.

Simuleringsmodeller

Eksperimenteringen kan være felt- eller laboratoriearbeid. Metodemodellen som brukes for simuleringen vil være teoretisk , konseptuell eller systemisk .

Etter å ha bekreftet hypotesen kan vi allerede utforme et teorem . Til slutt, hvis dette innrømmes, kan det bli en teori eller en lov.

Teoretisk modell

Den teoretiske modellen skal inneholde elementene som kreves for simuleringen. Et eksempel med laboratoriearbeid er et datastatistikkprogram som genererer tilfeldige tall og inneholder gjennomsnittsstatistikken og deres forskjellige versjoner: kvadratisk-aritmetisk-geometrisk-harmonisk. I tillegg må den kunne bestemme normaliteten når det gjelder sannsynlighet for den genererte serien. Arbeidshypotesen er at gjennomsnittet og dets versjoner også bestemmer normaliteten til serien. Det er et eksperimentelt laboratoriearbeid. Hvis hypotesen er sann, kan vi etablere en teorem, teori eller lov. Det er hovedmodellen for all vitenskapelig forskning, takket være den kan vi definere eller konkludere hypotesen, spådommene, etc.

Konseptuell modell

Den konseptuelle modellen ønsker å etablere, gjennom et spørreskjema og med feltarbeid, betydningen av diskriminering eller avvisning i et fellesskap og å gjøre det gjennom et spørreskjema i form av en simulering med en holdningsskala. Etter å ha sett om befolkningen er representativ eller adekvat, er nå simuleringen bruken av spørreskjemaet og modellen er spørreskjemaet for å bekrefte eller avvise hypotesen om det er diskriminering i befolkningen og mot hvilken gruppe mennesker og på hvilke spørsmål. Mye av simuleringene er av denne typen med konseptuelle modeller.

Systemisk modell

Den systemiske modellen er bygget med systemdynamikk som metodikk . Det sosiale systemet er simulert i en av dets totale representasjoner. Systemanalyse er en total representasjon. En utviklingsplan i transportsegmentet med for eksempel en modell for menneskelig økologi. Vektleggingen av generell systemteori er passende i denne typen simulering. Denne metoden, som er for et komplekst system , er ekstremt abstrakt, og er ikke begrenset til beskrivelsen av systemet, men må inkludere input og output av energi og prosessene for homeostase , autopoiesis og feedback i simuleringen . [ 4 ]

Både statistikkprogrammet og holdningsskalaen og totalsystemet er perfekte simuleringer av virkeligheten og modellerer alle elementene i sine respektive arbeidshypoteser. De er også et mikroklima og miljøet eller miljøet i simulerings-/eksperimentprosessene. Andre egenskaper som simuleringene må inneholde er at de er repeterbare på ubestemt tid. At de unngår læringseffekten som oppmuntrer intervjueren til å fylle ut spørreskjemaene selv og som kan unngås med en viss kontroll, at de er fleksible eller kan forbedres og at de ikke er invasive eller endrer populasjonen i de påfølgende prøvene.

Datasimulering

Det er et forsøk på å modellere virkelige situasjoner ved hjelp av et dataprogram, som krever studier for å se hvordan systemet fungerer. Enten ved å endre variabler, kanskje spådommer gjort om oppførselen til systemet.

Datasimulering har blitt en nyttig del av modellering av mange naturlige systemer innen fysikk , kjemi og biologi , og menneskelige systemer som økonomi og samfunnsvitenskap (beregningssosiologi), [ 3 ] samt i regi for å vinne penetrasjonen (dybden) dens oppførsel vil endre hver simulering basert på settet med initiale parametere som er antatt av miljøet. Datasimuleringer betraktes ofte som mennesker utenfor en simuleringssløyfe .

Tradisjonelt har den formelle modelleringen av systemer vært gjennom en matematisk modell , som prøver å finne analytiske løsninger på problemer som tillater prediksjon av oppførselen til et system fra et sett med parametere og startbetingelser. Datasimulering brukes ofte som et supplement til, eller erstatning for, modelleringssystemer der enkle analytiske løsninger i lukket form ikke er mulig. Det finnes mange forskjellige typer datasimuleringer, fellestrekket de alle deler er forsøket på å generere et utvalg av representative scenarier for en modell der en fullstendig oppregning av alle mulige tilstander ville være uoverkommelig eller umulig. Det finnes flere programvarepakker for datamodellering, som Vensim , Stella eller Powerim, og dermed gjøres simuleringen uten store anstrengelser (for eksempel: Monte Carlo -simulering og stokastisk modellering som Risk Simulator).

Det blir mer og mer vanlig å høre om simuleringer til mange klasser utpekt som "syntetiske miljøer". Denne etiketten har blitt tatt i bruk ved å utvide definisjonen av "simulering" til å omfatte praktisk talt enhver datastyrt representasjon. [ 5 ]

Simulering i informatikk

I informatikk har simulering enda mer spesialisert betydning: Alan Turing brukte begrepet «simulering» for å referere til hva som skjer når en digital datamaskin kjører en tilstandstabell (kjører et program) som beskriver tilstandsovergangene, inngangene og utgangene til en maskin.

I programmering brukes en simulator ofte til å kjøre et program som må kjøres i visse typer datafeil eller i et strengt testkontrollmiljø. For eksempel brukes simulatorer ofte til å feilsøke et mikroprogram (mikrokode) eller noen ganger kommersielle applikasjonsprogrammer. Siden driften av datamaskiner er simulert, er all informasjon om driften av datamaskiner direkte tilgjengelig for programmereren, og hastigheten og utførelsen kan varieres etter ønske.

Simulatorer kan brukes til å tolke sikkerhetsteknikk eller VLSI- logikkdesigntesting før de bygges. I teoretisk informatikk representerer begrepet " simulering " et forhold mellom tilstandsovergangssystemer. Dette brukes i studiet av operasjonell semantikk .

På vitenskapsområdet er de til stor hjelp siden studenter relaterer abstrakte konsepter til virkelige (kollisjonen av molekyler), og det hjelper også i betydningen ressurser siden de bare trenger å ha et par datamaskiner og ikke alt. apparatet til et helt laboratorium.

Se også: Turingmaskin

Simulering under forberedelse

Simulering brukes i opplæring eller forberedelse av både sivilt og militært personell; dette skjer når det er uoverkommelig dyrt eller rett og slett for farlig å la en elev bruke ekte utstyr i den virkelige verden. I denne siste situasjonen vil de lære verdifulle leksjoner i et trygt virtuelt miljø. Bekvemmelighet er å tillate feil under opplæring for et sikkerhetskritisk system.

Simulert trening kommer vanligvis i tre kategorier:

  1. «Livet»-simulering er når virkelige mennesker bruker simulert utstyr i den virkelige verden.
  2. "Virtuell" simulering er når virkelige mennesker bruker simulert utstyr i simulerte verdener eller virtuelle miljøer.
  3. «Konstruktiv» simulering er når simulerte mennesker bruker simulert utstyr i simulerte miljøer.
Se også: flysimulator og Virtual reality .

Simulering i utdanning

Denne typen simulering ligner litt på trening eller forberedelse. De fokuserer på spesifikke oppgaver. Tidligere ble videoer brukt av lærere for å utdanne elever, lære dem å observere, løse problemer og rollespill; den har imidlertid blitt fortrengt av simulering, siden den inkluderer animerte narrative vignetter, som kan være videoer av hypotetiske tegneserier og historier basert på virkeligheten, som involverer klassen i undervisning og læring. Det brukes også til å vurdere læring, problemløsning av barns evner og disposisjoner, og tjenesten til lærere.

Simulering i utdanning lar eleven nå kunnskap gjennom utforskende arbeid, slutninger, læring ved oppdagelse og utvikling av ferdigheter involvert i etterforskning av et fenomen av fysisk eller sosial karakter, utvikle visse handlinger, ferdigheter og vaner knyttet til emne eller spesialitet og problem løse.

Simulering i utdanning består i å plassere en student i en kontekst som etterligner et eller annet aspekt av virkeligheten og etablere situasjoner i dette miljøet, problematiske eller reproduktive, som ligner på de som kan oppstå i virkeligheten. Dermed er personen som utfører simuleringene for å lære om et aspekt forberedt på når de skjer i livet hans. For eksempel: gjennomfør en simulering av hvordan du skal opptre i møte med konflikter i klasserommet, simulering av førstehjelp osv.

Simulering i naturvitenskap

Eksperimenter basert på teknikker som NMR-spektroskopi gir detaljerte data om materiens oppførsel. Men for å tolke disse eksperimentene og for å oppnå en høyere oppløsning i rom og tid, må vi ty til teoretiske modeller. Analytisk oppløsning av disse modellene er umulig for de fleste systemer av praktisk interesse. Derfor er det nødvendig å ty til den numeriske oppløsningen til disse modellene i form av simuleringer. En simulering søker å gjenskape elementene som anses som viktige i reproduksjonen av et empirisk observert fenomen. Viktige eksempler er molekylær dynamikk og beregningskjemi , som begge er mye brukt for å studere proteinfolding i biofysikk og de mekaniske egenskapene til kunstige polymerer i materialvitenskap .

Se også: molekylær modellering

Medisinsk simulering

Se også: modellorganisme og dyreforsøk .

Denne typen simulering utvikler seg stadig mer og blir i økende grad distribuert for å lære diagnostiske og terapeutiske prosedyrer , konsepter og beslutningstaking til personell i medisinske profesjoner. Simulatorer er utviklet for trening i en rekke grunnleggende prosedyrer som "blodoverføring " , "laparoskopisk" kirurgi , " traumebehandling " , hjerte- og lungeauskultasjon og andre.

Se også

Simulering og videospill

Referanser

  1. ↑ Shannon, Robert; Johannes, James D. (1976). Systemsimulering: kunst og vitenskap . IEEE-transaksjoner på systemer, mennesker og kybernetikk . 6(10). s. 723-724 . 
  2. ↑ Galán, José M.; Venstre, Luis R.; Venstre, Segismundo S.; Santos, Jose I.; del Olmo, Ricardo; Lopez-Paredes, Adolfo; Edmonds, Bruce (2009). "Feil og gjenstander i agentbasert modellering" . Journal of Artificial Societies and Social Simulation . 12(1). 1 . 
  3. ↑ a b Izquierdo, Luis R.; Galán, José M.; Santos, José I.; del Olmo, Ricardo. Modellering av komplekse systemer gjennom agentbasert simulering og systemdynamikk 16 . s. 85-112 . 
  4. ↑ Shannon, Robert; Johannes, James D. (1976). IEEE Electrical and Electronics Institute, red. "Simuleringsmodeller" . s. 723-724. doi : 10.1109/TSMC.1976.4309432 . 
  5. ↑ Evalueringsverktøy for jordskjelvytelse på nettet

Eksterne lenker