علم بر مدل سازی کامپیوتر - بنابراین چه اتفاقی می افتد وقتی که آن اشتباه می رود؟

علم بر مدل سازی کامپیوتر - بنابراین چه اتفاقی می افتد وقتی که آن اشتباه می رود؟

از کشف تبدیل پنی سیلین به نظریه های نسبیت و مکانیک کوانتومی، علم با سرعت ذهنی حتی قبل از اینکه رایانه وجود داشت، پیشرفت کرد. بخش عمده ای از این موضوع به پایداری روش علمی بستگی دارد: نتایج علمی با تکرار و گسترش سایر دانشمندان است.

اما شیوه ای که ما انجام می دهیم، علم تغییر می کند - ما اکنون به مدل های کامپیوتری پیچیده برای فهم طبیعت به طور فزاینده ای پایبندیم. و معلوم می شود که این مدل ها تقریبا غیرممکن است که بتوانند تکثیر کنند - به این معنی که سنگ معدن سنگین علم به چالش کشیده می شود. بنابراین پیامدهای این تغییرات در دنیای واقعی چیست و در مورد آن چه می توانیم انجام دهیم؟

علم پیش مدرن - شناخته شده به عنوان "فلسفه طبیعی" - تجربی بود. علم تجربی از مشاهدات گذشته برای پیش بینی آینده استفاده می کند، که پس از آن می تواند مورد آزمایش قرار گیرد. تیکو بره، یک دانشمند دانمارکی قرن 16th، موفق شد مشاهدات دقیق و جامع از آسمان را به این طریق انجام دهد.

علم مدرن، با این حال، نظری است. علم نظری نیز پیش بینی می کند، اما آنها را از مدل های ریاضی به جای مشاهدات قبلی به دست می آورد. فکر می کنم قوانین حرکت ایساک نیوتن، مانند قانون مربع معکوس گرانش.

به عنوان مثال، یک معادله توصیف مدار زمین در اطراف خورشید وجود دارد. این معادله را می توان برای ساخت یک مدل کامپیوتری که فقط می توانید متغیرهای خاصی را وصل کنید و ببینید که چگونه راه حل تغییر می کند. شما فقط می توانید تاریخ آینده را پلاگین کنید و موقعیت زمین را در آن تاریخ بخوانید. شما همچنین می توانید از همان برنامه برای مدل سازی سیستم های سیاره ای دیگر استفاده کنید - این همه مبتنی بر همان ریاضیات است. همه چیزهایی که باید انجام دهید این است که جرم های مختلف و ویژگی های مختلف دیگر بدن را درگیر کنید.

چنین معادلات ریاضی زمانی عالی است که آنها در دسترس هستند - اما اغلب آنها نیستند. به عنوان مثال، ما می دانیم که معادله ساده ای نیست که به اصطلاح "مشکل سه بدن"، که سه ذره را در اطراف حرکت می کند و با نیروهای گرانشی مانند ماه، زمین و خورشید بر یکدیگر تاثیر می گذارد.

بسیاری از علم کنونی با سیستم های پیچیده تر حتی با مشکل مواجه می شوند و به همین ترتیب راه حل های دقیق نیز وجود دارد. چنین مدل هایی باید "محاسباتی" باشند - توصیف اینکه چگونه یک سیستم از یک لحظه به بعد تغییر می کند. اما هیچ راهی برای تعیین دقیق وضعیت در برخی از زمان ها در آینده وجود دارد، به غیر از "شبیه سازی" تکامل آن در این راه. پیش بینی آب و هوا نمونه ای آشنا است؛ تا زمان ظهور رایانه های 1950s، پیش بینی آب و هوای آینده سریع تر از آن چیزی بود که واقعا اتفاق افتاد.

علم کنونی معمولا شامل طراحی یک مدل ریاضی است که یک سیستم پیچیده را توصیف می کند، سپس این را به یک شبیه سازی محاسباتی تبدیل می کند و شبیه سازی را اجرا می کند تا پیش بینی ها را برای اعتبارسنجی مدل انجام دهد.

وقتی مدلسازی نتواند انجام شود

مدل سازی در حوزه های علمی کاربرد دارد - از ایزو فیزیک و پیش بینی آب و هوا به بیوانفورماتیک و اقتصاد. ولی اینجا هست بحث در حال افزایش است در مورد این واقعیت که این علم دشوار است به اعتبار از طریق تولید مثل.

به نظر می رسد که به سادگی توصیف روش های تجربی در کلمات کافی نیست. بخشی از آن به این دلیل است که زبانهای طبیعی مانند انگلیسی، دقیقا برای توصیف محاسبات، بسیار مبهم هستند. پس از همه، یک دلیل برای اینکه برنامه نویسان از زبان های برنامه نویسی استفاده می کنند وجود دارد. یکی از بزرگترین چالش ها در توسعه نرم افزار این است که نیازهای مبهم را به مشخصات دقیق رفتار تبدیل کند.

انسانها - حتی دانشمندان - بعد از همه از بین می روند. تبدیل هر گونه اطلاعات به یک برنامه، تقریبا همیشه یک خطا را در طول مسیر نشان می دهد. به عنوان مثال، بسیاری از دانشمندان به ابزارهای تجزیه و تحلیل اطلاعات مانند صفحات گسترده وابسته هستند که برای سهولت استفاده و نه برای استحکام طراحی شده اند. به راحتی می توان به خلاصه محدوده غلط سلول ها در یک صفحه گسترده، بدون هشدار دادن، بسیار آسان است. این یکی از این بود معایب روش شناسی در یک مقاله که حزب جمهوریخواه ایالات متحده به سیاست های ریاضت اقتصادی خود پایبند بود.

به طور مشابه یک مطالعه اخیر در صفحات گسترده 15,770 که در طی تحقیقات در مورد شرکت آمریکایی Enron ساخته شده نشان داد که٪ 24٪ از صفحات گسترده حاوی حداقل یک فرمول دارای اشکالات واضح، مانند اضافه کردن سلول های خالی است.

در علوم طبیعی، ناظر مریخ آب و هوا، یک پروب فضایی که در 1998 راه اندازی شد برای مطالعه آب و هوا بر روی مریخ، یک سال بعد از آن از بین رفته بود، زیرا یک بخش از نرم افزار کنترل به اشتباه به جای واحدهای متریک استفاده می شد. مطالعه دیگری از نه پیاده سازی مستقل از یک آزمایش زمین شناسی همان - با استفاده از همان مجموعه داده، الگوریتم ها، و زبان برنامه نویسی - در نتایج به دست آمده بسیار توافق نشان داد.

حتی اگر خواننده مقاله تحقیق بتواند معنای دقيق نويسنده را تفسير کند و سپس بدون آنکه آن را به يک برنامه ترجمه کند، هنوز در اجرای آن مشکل وجود دارد. یک مسئله خاص از مشکلاتی که از کامپیوترها به عنوان اعداد به دست می آید مطرح می شود: هرچند که اعداد صحیح مانند 42 و -17 با دقت کامل دستکاری می شوند، تکنیک های استاندارد برای دستکاری اعداد واقعی مانند π≈3.14 و √2≈1.414 اجازه دقت تقریبی را می دهند. این تقریبها به این معنی است که روشهای معادل روش محاسبه همان مقدار میتواند باشد نتایج مختلفی تولید می کند.

پس چه می توان انجام داد؟ اگر حتی توسعه دهندگان متخصص نرم افزار نمیتوانند به طور قابل اعتماد نرم افزار درست تولید کنند، امید است که برای برنامه نویسان آماتور مانند دانشمندان وجود داشته باشد؟

یک خط از کار این است که ابزارهایی برای طراحی زبانهای برنامهنویسی «دامنه» اختصاص داده شود که هر کدام به یک کلاس خاصی از مسئله، مانند رفتار عوامل در بازارهای اقتصادی و یا انتشار مواد مخدر در سلولها، اختصاص داده شده است. این هدف، برای متخصصان برای توصیف محاسبات به طور مستقیم در شرایط آشنا، به جای آن که به طور غیرمستقیم در یک زبان برنامه نویسی عمومی مورد استفاده قرار دهند، بسیار ساده تر می شود.

یک رویکرد دوم به دنبال طراحی سیستم های نوعی بیانگر، اما هنوز کاربر پسند برای برنامه ها است. این باعث می شود که اشتباهات "احمقانه" مانند سلول های خالی در صفحات گسترده، یا مخلوط کردن مقادیر در واحد های مختلف، آسان تر شود. هرچند که نمیتواند خطاهای منطقی را رد کند. خط سوم این است که برای ایجاد کتابخانه های قابل استفاده از کد برای ریاضی دقیق، اجتناب از مشکلات تقریبی.

هر فرصتی وجود دارد که این رویکردها بتوانند مشکل را پیش ببرند یا حداقل برخی از خطر را از بین ببرند. پس از همه، جهان به علم نیاز دارد و دانشمندان به کامپیوتر نیاز دارند - به احتمال زیاد به زودی تغییر نخواهد کرد.

درباره نویسنده

جرمی گیبونز، استاد حسابداری، دانشگاه آکسفورد. رئیس موضوع تحقیق زبان برنامه نویسی.

این مقاله در ابتدا در گفتگو ظاهر شد

کتاب های مرتبط:

بازار داخلی

آمازون

enafarzh-CNzh-TWdanltlfifrdeiwhihuiditjakomsnofaplptruesswsvthtrukurvi

به دنبال InnerSelf در

آیکون فیس بوکنماد توییترآیکون یوتیوبنماد اینستاگرامنماد pintrestآیکون rss

 دریافت آخرین با ایمیل

مجله هفتگی الهام روزانه

شواهد و مدارک

آب آبی احاطه شده با چمن سفید مرده
نقشه 30 سال ذوب برف شدید در سراسر ایالات متحده را ردیابی می کند
by میکایلا میس-آریزونا
نقشه جدیدی از رویدادهای شدید ذوب برف در 30 سال گذشته فرآیندهایی را که باعث ذوب سریع می شوند ، روشن می کند.
یخ دریای سفید در آب آبی با غروب خورشید در آب منعکس شده است
مناطق یخ زده زمین سالانه 33 هزار مایل مربع در حال کوچک شدن هستند
by تگزاس A & M دانشگاه
کریوسفر کره زمین سالانه 33,000 مایل مربع (87,000 کیلومتر مربع) در حال کوچک شدن است.
توربین های بادی
یک کتاب جنجالی ایالات متحده در حال تغذیه انکار آب و هوا در استرالیا است. ادعای اصلی آن درست است ، اما بی ربط است
by ایان لو ، استاد برجسته ، دانشکده علوم ، دانشگاه گریفیت
هفته گذشته قلبم غرق شد تا ببینم آلن جونز ، مفسر محافظه کار استرالیایی ، در حال دفاع از یک کتاب جنجالی درباره
تصویر
فهرست داغ دانشمندان اقلیم رویترز از نظر جغرافیایی کج است: چرا این مهم است
by نینا هانتر ، محقق فوق دکترا ، دانشگاه کوازولو-ناتال
فهرست داغ رویترز از "برترین دانشمندان آب و هوا در جهان" باعث ایجاد هیاهویی در جامعه تغییر اقلیم می شود. رویترز
شخصی پوسته ای را در آب خود نگه داشته است
پوسته های باستانی حاکی از آن است که سطح بالای CO2 می تواند بازگردد
by Leslie Lee-Texas A&M
با استفاده از دو روش برای تجزیه و تحلیل موجودات کوچک موجود در هسته های رسوبی از کف عمیق دریا ، محققان تخمین زده اند…
تصویر
مت کانوانا پیشنهاد کرد که ضربه سریع به این معنی است که گرم شدن کره زمین واقعی نیست. ما این افسانه و 2 افسانه آب و هوایی دیگر را شکست می دهیم
by نریلی آبرام ، استاد ؛ همکار آینده ARC ؛ محقق ارشد مرکز تعالی ARC برای افراط در اوضاع. معاون مدیر مرکز تعالی استرالیا در علوم قطب جنوب ، دانشگاه ملی استرالیا
سناتور مت کاناوان دیروز هنگامی که عکس هایی از صحنه های برفی در منطقه جنوب جنوبی را توییت کرد ، کره چشمهای زیادی را چرخاند ...
نگهبانان اکوسیستم زنگ خطر برای اقیانوس ها است
by تیم رادفورد
پرندگان دریایی به عنوان نگهبانان اکوسیستم شناخته می شوند که هشدار از بین رفتن دریا را می دهند. با کاهش تعداد آنها ، ثروت the
چرا سمورهای دریایی جنگجویان آب و هوایی هستند
چرا سمورهای دریایی جنگجویان آب و هوایی هستند
by زک اسمیت
سمور دریایی علاوه بر اینکه یکی از حیوانات خوشمزه روی کره زمین است ، به حفظ ماهی سالم ، جذب کننده کربن نیز کمک می کند ...

آخرین فیلم ها

مهاجرت بزرگ آب و هوایی آغاز شده است
مهاجرت بزرگ آب و هوایی آغاز شده است
by کاربر فوق العاده
بحران آب و هوایی هزاران نفر را در سراسر جهان مجبور به فرار می کند زیرا خانه های آنها به طور فزاینده ای غیر قابل سکونت می شوند.
آخرین عصر یخبندان به ما می گوید که چرا ما باید در مورد تغییر 2 درجه دما دقت کنیم
آخرین عصر یخبندان به ما می گوید که چرا ما باید در مورد تغییر 2 درجه دما دقت کنیم
by آلن ن ویلیامز ، و همکاران
آخرین گزارش هیئت بین دولتی در مورد تغییر آب و هوا (IPCC) بیان می کند که بدون کاهش قابل توجهی ...
زمین میلیاردها سال قابل سکونت بوده است - دقیقاً چقدر خوش شانس بودیم؟
زمین میلیاردها سال قابل سکونت بوده است - دقیقاً چقدر خوش شانس بودیم؟
by توبی تیرل
تولید Homo sapiens 3 یا 4 میلیارد سال طول کشید. اگر فقط یک بار آب و هوا کاملاً خراب شده بود
چگونه نقشه برداری از 12,000 سال قبل می تواند به پیش بینی تغییرات آب و هوایی آینده کمک کند
چگونه نقشه برداری از 12,000 سال قبل می تواند به پیش بینی تغییرات آب و هوایی آینده کمک کند
by بریس ریا
پایان آخرین عصر یخبندان ، حدود 12,000 سال پیش ، با یک مرحله سرد نهایی به نام Dryas Youngas مشخص شد.
در این قرن قرار است دریای خزر 9 متر یا بیشتر سقوط کند
در این قرن قرار است دریای خزر 9 متر یا بیشتر سقوط کند
by فرانک وسلینگ و ماتئو لاتوادا
تصور کنید در ساحل هستید و به دریا نگاه می کنید. در مقابل شما 100 متر شن و ماسه بی ثمر نهفته است که به نظر می رسد a
زهره یک بار دیگر مانند زمین بود ، اما تغییرات آب و هوایی آن را غیرقابل سکونت کرد
زهره یک بار دیگر مانند زمین بود ، اما تغییرات آب و هوایی آن را غیرقابل سکونت کرد
by ریچارد ارنست
ما می توانیم از ونوس ، سیاره خواهرمان چیزهای زیادی در مورد تغییر اقلیم یاد بگیریم. ونوس در حال حاضر دمای سطح…
پنج ناباوری از آب و هوا: یک دوره سقوط در اطلاعات نادرست آب و هوا
پنج ناباوری آب و هوا: یک دوره سقوط در اطلاعات نادرست آب و هوا
by جان کوک
این ویدئو یک دوره سقوط در اطلاعات نادرست آب و هوایی است ، خلاصه ای از استدلال های اصلی مورد استفاده برای ایجاد تردید در واقعیت ...
قطب شمال 3 میلیون سال است که این گرم نیست و این به معنای تغییرات بزرگ سیاره است
قطب شمال 3 میلیون سال است که این گرم نیست و این به معنای تغییرات بزرگ سیاره است
by جولی بریگام-گرت و استیو پتچ
هر سال ، پوشش یخ دریا در اقیانوس منجمد شمالی در اواسط سپتامبر به یک نقطه کم تبدیل می شود. این سال فقط 1.44 measures اندازه دارد

آخرین مقالات

انرژی سبز 2 3
چهار فرصت هیدروژن سبز برای غرب میانه
by کریستین تائه
برای جلوگیری از بحران آب و هوایی، غرب میانه، مانند بقیه کشور، باید اقتصاد خود را به طور کامل کربن زدایی کند.
ug83qrfw
مانع اصلی پاسخگویی به تقاضا باید پایان یابد
by جان مور، روی زمین
اگر تنظیم‌کننده‌های فدرال کار درست را انجام دهند، مشتریان برق در سراسر غرب میانه ممکن است به زودی بتوانند درآمد کسب کنند در حالی که…
درختان برای کاشت برای آب و هوا2
برای بهبود زندگی شهر، این درختان را بکارید
by مایک ویلیامز رایس
یک مطالعه جدید بلوط های زنده و چنار آمریکایی را به عنوان قهرمان در میان 17 "درخت فوق العاده" معرفی می کند که به ساخت شهرها کمک می کند…
بستر دریای شمال
چرا باید زمین شناسی بستر دریا را برای مهار بادها درک کنیم؟
by ناتاشا بارلو، دانشیار تغییرات محیطی کواترنری، دانشگاه لیدز
برای هر کشوری که دسترسی آسان به دریای کم عمق و بادخیز شمال داشته باشد، بادهای فراساحلی کلید دیدار شبکه خواهد بود…
3 درس آتش سوزی برای شهرهای جنگلی در حالی که Dixie Fire تاریخی Greenville ، کالیفرنیا را نابود می کند
3 درس آتش سوزی برای شهرهای جنگلی در حالی که Dixie Fire تاریخی Greenville ، کالیفرنیا را نابود می کند
by بارت جانسون ، استاد معماری منظر ، دانشگاه اورگان
آتش سوزی در جنگل کوهستانی گرم و خشک در 4 آگوست شهر گلدن راش گرین ویل ، کالیفرنیا را فرا گرفت ...
چین می تواند به اهداف انرژی و آب و هوایی برسد که به زغال سنگ محدود می شود
چین می تواند به اهداف انرژی و آب و هوایی برسد که به زغال سنگ محدود می شود
by آلوین لین
در اجلاس آب و هوا رهبر در ماه آوریل ، شی جین پینگ متعهد شد که چین "به شدت قدرت زغال سنگ را کنترل خواهد کرد ...
آب آبی احاطه شده با چمن سفید مرده
نقشه 30 سال ذوب برف شدید در سراسر ایالات متحده را ردیابی می کند
by میکایلا میس-آریزونا
نقشه جدیدی از رویدادهای شدید ذوب برف در 30 سال گذشته فرآیندهایی را که باعث ذوب سریع می شوند ، روشن می کند.
در حالی که آتش نشانان در کنار جاده ای پارک کرده اند به آسمان نارنجی نگاه می کنند ، یک هواپیما ضد آتش قرمز را روی آتش می اندازد
مدل پیش بینی آتش سوزی 10 ساله و سپس کاهش تدریجی را پیش بینی می کند
by هانا هیکی-یو واشنگتن
نگاهی به آینده آتش سوزی درازمدت پیش بینی می کند که یک آتش سوزی در حدود یک دهه آغاز شود ،…

 دریافت آخرین با ایمیل

مجله هفتگی الهام روزانه

نگرش جدید - امکانات جدید

InnerSelf.comClimateImpactNews.com | InnerPower.net
MightyNatural.com | WholisticPolitics.com | بازار داخلی
کپی رایت © 1985 - 2021 InnerSelf انتشارات. همه حقوق محفوظ است.