Комп’ютерне моделювання в молекулярній фізиці та термодинаміці

Тип: Реферат.
Наука: Фізика.
Формат: doc.
К-сть сторінок: 23.
Короткий опис:

Зміст
Вступ
Моделювання в молекулярній фізиці
Комп ‘ютерне моделювання у термодинаміці
Література

Вступ

Моделювання за декілька останніх дисятиліть перетворилось із інструменту багатьох рішень різних рівнянь в потужній апарат дослідження народногосподарських проблем. Метод моделювання з успіхом приміняється в таких областях, як економіка, автоматизація проектування, організація роботи обчислювальних комплексів, транспорту, сфера обслуговування, системний аналіз різних сторін діяльності людини, автоматизацій не управління виробничими і іншими процесами.

Появлення потужніх обчислювальних систем і їх швидкий розвиток дозволили різко збільшити складність моделей. Інакше говорячи, появилась можливість будувати моделі, які враховують значне різноманіття діючих факторів, а не підганяючи моделі під існуючі математичні методи і засоби.

В широкому змісті, моделювання виступає в якості одного із основних способів вивчення навколишньої реальності. Якщо говорити про науки, то найбільш розповсюдженнями є фізичне і математичне моделювання.

Процес фізичного моделювання основується, як правило, на теорії подібності. Фізична модель представляє собою практично деякий макет і потребує, щоб і математична модель складної системи структурно і динамічно відповідала б реальній системі.

Але і це ще не все. Для того, щоб комп’ютер розумів і обробляв математичну модель, її перетворюють в машинну модель – програму.

Машинні програми для імітації динаміки моделі можуть будуватися із використанням різних програмних засобів. Найбільш використовуваними на сьогоднішній день є мови програмування і мови моделювання.

Використання мов програмування зводиться до того, що співвідношення, що описують динаміку моделі, програмуються на одному із таких мов. Подібний підхід породжує ряд проблем. Одним і з головних є трудоємкість і в зв’язку з цим недостатня гнучкість.

Мови моделювання формально не використовують математичну модель системи, а оперують із її змістовним описом. Однак, фактична модель присутня як би всередині мови -мовний опис переводиться в модель описаного вище класу. Наявність тут математичної моделі відображається в наявності ряду обмежень, що повідомляються користувачу, наприклад, в переліку тих характеристик, які вони можуть получити виступає алгоритм, записаний у вигляді відповідної програми, або, як його називають, моделюючий алгоритм.

Моделюючий алгоритм проявляється в результаті перетворення машинної моделі в форму, придатну для наступного рахунку на ЕОМ і описує послідовність елементарних подій, які проходять в системі і визначають їх динаміку.

Однак зрозуміло, що зміни моделюючого алгоритму при варіації показників роботи системи – річ нереальна; як дослідні системи, так і моделюючі алгоритми звичайно досить складні. Тому при моделюванні складних систем, як правило, ідуть по іншому шляху, який можна назвати імітаційним. Причому прагнуть до того, щоб моделюючий алгоритм і його структура залежали б не від вибору а вказівників роботи системи, а лиш від самої математичної моделі. Звичайно, цього добиваються тим, що окремі операції моделюючого алгоритму відповідають “елементарним явищам, які проходять в системі, а послідовність виконання цих операцій – взаємодій вказаних явищ або структурі системи”. А по скільки моделюючий алгоритм виконує роботу математичної моделі, то “імітаційний підхід” вивчаючої системи з збереженням природи цієї системи.

Однак, фізичний тип моделі має граничну сферу доповнення не для всякого явища і об’єкта можуть бути побудовані “зменшені” фізичні аналоги, а іноді це роблять простіше не цілеспрямовано.

В цьому випадку приходять до математичного моделюванні. Математичне моделювання базується на різних вивчаючих явищах і можуть мати однакове математичне описання. Добре відомим прикладом являється описання одним і тими ж рівняннями, наприклад, електричного коливального контуру. Математична модель складної системи представляє собою нерівну конструкцію із взаємодіючих елементів і її формальне описання складається із схеми напруження (описання адресації сигналів в системі) і елементів (представляючи собою динамічні системи в широкому змісті).

Свідомість складних систем підчиняється таким основним принципам:
1) формулювання вимоги до системи і застосування технічного завдання на проектування.
2) розробка ескізного зразка.
3) створення досвідченого зразка.
4) випробовування досвідченого зразка і його можлива доопрацювання.
5) виготовлення і ввід в експлуатацію готового зразка системи.
6) досвідчена експлуатація і доопрацювання головних зразків.
7) організація випуску, монтаж, наладка і ввід в експлуатацію серійних зразків.
8) експлуатація і моделювання системи.

При цьому для кожної моделі задачі досліджування розбиваються на два класи: задачі аналізу і синтезу. Рішення задачі аналізу означає отримання інформації про властивість системи і її параметрів і структури системи. Задача синтезу в відомому змісті обернена задачі системи і містить в надходженні визначених параметрів або структури системи по набору потребуючих засобів. Переважно ці задачі рішаються разом, оскільки найчастіше задачі синтезу і більш складні рішаються з використанням задач аналізу.

Говорячи про проблеми машинного моделювання, необхідно перш за все вияснити, що ж собою представляє машинна модель, Оскільки мова іде про моделі, реалізовані на ЕОМ, а остання розуміє лиш мову машинних програм, то, як відмічалось, а ролі машинної моделі.

Слід відмітити, що перераховані вище мови добре пристосовані для опису системи типу систем масового обслуговування, вивчаючих в теорії надійності, управлінні запасами і т.д. Практичний вибір тієї або іншої мови найчистіше диктується відповідних трансляторів і підготовки програмістів, ніж їх порівняльними якостями.

Завантажити  Завантажити