Читать онлайн «Компьютерное моделирование: Учебно-методическое пособие»

Волжский политехнический институт Клюев С. А. Основные понятия компьютерного моделирования. 2. Этапы компьютерного моделирования. 3. Компьютерные программы. 4. Примеры компьютерного моделирования. 4. 1. Атомно-молекулярные частицы и их ассоциаты. 4. 2. Кристаллические структуры. 4. 3. Поиск новых молекул. 4. 4. Визуализация данных физических экспериментов. 4. 5. Колебательное движение. 4. 6. Случайные процессы. 4. 7. Перенос электронов. 4. 8. Экосистемы. Заключение. Литература. 2  ВВЕДЕНИЕ. Моделирование, в том числе и компьютерное моделирование, как познавательный приём неотделимо от развития знания. Практически во всех науках о природе построение и использование моделей является мощным орудием познания. Реальные объекты и процессы бывают столь многогранны и сложны, что лучшим способом их изучения часто является построение модели, отображающей какую-то грань реальности и потому многократно более простой, чем эта реальность, и исследование вначале этой модели. Компьютерное моделирование в настоящее время приобрело общенаучный характер и применяется в исследованиях живой и неживой природы, в науках о человеке и обществе. В данном учебно-методическом пособии компьютерное моделирование рассматривается применительно к естествознанию. Объекты и процессы – природные (за исключением моделирования в синтезе). Учебно-методическое пособие предназначено студентам старших курсов и аспирантам химико-биологических специальностей. 3  1. Основные понятия компьютерного моделирования. Компьютерная модель - представление информации о моделируемой системе средствами компьютера. Система - совокупность взаимосвязанных элементов, обладающих свойствами, отличными от свойств отдельных элементов. Элемент - это объект, обладающий свойствами, важными для целей моделирования. В компьютерной модели свойства элемента представляются величинами - характеристиками элемента. Связь между элементами описывается с помощью величин и алгоритмов, в частности вычислительных формул. Состояние системы представляется в компьютерной модели набором характеристик элементов и связей между элементами. Структура данных, описывающих состояние, не зависит от конкретного состояния и не меняется при его смене; изменяется только значение характеристик. Если состояния системы функционально зависят от некоторого параметра, то процессом называют набор состояний, соответствующий упорядоченному изменению параметра. Параметры в системе могут меняться как непрерывно, так и дискретно. В компьютерной модели изменение параметра всегда дискретно. Непрерывные процессы можно моделировать на компьютере, выбирая дискретную серию значений параметра так, чтобы последовательные состояния незначительно отличались друг от друга, или, другими словами, минимизируя шаг по времени.