Поняття комп'ютерного експерименту

Метою комп’ютерного експерименту є одержання інформації, на основі якої можна приймати рішення, робити висновки про властивості об’єкта моделювання або прогнозувати його поведінку в тій чи іншій ситуації.

Цей етап складається з таких дій:

· розробка плану проведення експерименту;

· випробування комп’ютерної моделі;

· аналіз отриманих результатів.

Сутність випробування комп’ютерної моделі полягає у багаторазових запусках програми для опрацювання визначених наборів вхідних даних. Такі набори розробляються в ході планування експерименту з метою виявлення певних залежностей чи отримання потрібних даних. Аналіз результатів експерименту може дати підставу для його завершення, якщо всі поставлені цілі досягнуто, або для продовження експерименту, корекції плану його проведення, якщо виявилася необхідність доповнення даних чи намітився новий напрям дослідження. Іноді за результатами експерименту виникає потреба в уточненні моделі або навіть у внесенні змін у постановку задачі, і тоді весь процес починається знову.

Приклад процесу розв’язування задачі за допомогою комп’ютера.

Розглянемо процес розв’язання задач на конкретному прикладі:

Тіло кинуте вертикально вгору з початковою швидкістю з деякої висоти. Визначити його місце розташування та швидкість у заданий момент часу.

На першому етапі звичайно будується описова інформаційна модель об'єкта або процесу. У нашому випадку з використанням фізичних понять створюється ідеалізована модель руху об'єкта. З умови завдання можна сформулювати наступні основні припущення:

1) тіло мало в порівнянні із Землею, тому його можна вважати матеріальною крапкою;

2) швидкість кидання тіла мала, тому:

· прискорення вільного падіння вважати постійною величиною;

· опором повітря можна зневажити.

На другому етапі створюється формалізована модель, тобто описова інформаційна модель записується за допомогою якої-небудь формальної мови.

З курсу фізики відомо, що описаний вище рух є рівноприскореним. При заданих початкової швидкості (V₀) у початковій висоті (Н₀) і прискоренні вільного падіння (g = 9,8 м/с) залежність швидкості (V) і висоти (Н) від часу (t) можна описати математичними формулами:

На третьому етапі необхідно формалізовану інформаційну модель перетворити в комп’ютерну модель, тобто виразити її на зрозумілому для комп'ютера мові.

Існують два принципово різних шляхи побудови комп'ютерної моделі:

· створення алгоритму розв’язання задачі і його кодування на одній з мов програмування;

· формування комп'ютерної моделі з використанням одного з додатків (електронних таблиць, СУБД і т.д.).

Для реалізації першого шляху необхідно побудувати алгоритм визначення координати тіла в певний момент часу та закодувати його на одній з мов програмування, наприклад мовою Visual Basic.

Другий шлях вимагає створення комп'ютерної моделі, яку можна досліджувати в електронних таблицях. Для цього варто представити математичну модель у формі таблиці функції залежності координати від часу (V = V₀ - g • t).

Четвертий етап дослідження інформаційної моделі полягає у проведенні комп'ютерного експерименту. Якщо комп'ютерна модель існує у вигляді програми на одній з мов програмування, її потрібно запустити на виконання й одержати результати.

Якщо комп'ютерна модель досліджується, наприклад, в електронних таблицях, можна провести сортування або пошук даних, побудувати діаграму або графік тощо.

На п'ятому етапі виконується аналіз отриманих результатів і при необхідності коректування досліджуваної моделі. Наприклад, у нашій моделі необхідно врахувати, що не має фізичного змісту обчислення координати тіла після його падіння на поверхню Землі.

Таким чином, технологія розв’язання задач за допомогою комп'ютера складається з наступних етапів: побудова описової моделі – формалізація – побудова комп'ютерної моделі – комп'ютерний експеримент – аналіз результатів та коректування моделі.

Питання до лекції:

1. Які етапи передбачає процес розв’язання задачі за допомогою комп’ютера?
2. Які питання застосовуються на етапі постановки задачі?
3. Які дії реалізуються на етапі побудови інформаційної моделі задачі, вибору методу її розв'язування?
4. Які заходи передбачає розробка комп’ютерної моделі?
5. У чому сутність комп’ютерного експерименту?
6. Наведіть приклади розв’язання задачі за допомогою комп’ютера.