symulacje komputerowe
DESCRIPTION
Symulacje Komputerowe. Adam Lipowski. Zak ład Fizyki Kwantowej (p.205 G-III) Tel: 8295062 e-mail: [email protected] http:// www .amu.edu.pl/~lipowski/ java/java.html. Superkomputer w ręku dziecka…. 1985. Cray X-MP: 1.2 Gflop Cost:$8,000,000 60,000 watts of power No Built in Graphics - PowerPoint PPT PresentationTRANSCRIPT
![Page 1: Symulacje Komputerowe](https://reader035.vdocuments.site/reader035/viewer/2022062801/568143db550346895db067a7/html5/thumbnails/1.jpg)
Symulacje Komputerowe
Adam Lipowski
Zakład Fizyki Kwantowej (p.205 G-III)Tel: 8295062e-mail: [email protected]://www.amu.edu.pl/~lipowski/java/java.html
![Page 2: Symulacje Komputerowe](https://reader035.vdocuments.site/reader035/viewer/2022062801/568143db550346895db067a7/html5/thumbnails/2.jpg)
Superkomputer w ręku dziecka…
1985 Cray X-MP: 1.2 Gflop
Cost:$8,000,000
60,000 watts of power
No Built in Graphics
56 kbps NSFnet Backbone
2005 X-Box: ~5 Gflop peak
Cost: $140
~100 watts of power
3D Graphics (125M P/S)
(100 Mbps etherNet)
![Page 3: Symulacje Komputerowe](https://reader035.vdocuments.site/reader035/viewer/2022062801/568143db550346895db067a7/html5/thumbnails/3.jpg)
Symulacje to metoda aktywnego badania i nauczania, w której naśladuje się rzeczywistość w celu zdobycia doświadczeń zbliżonych do tych, jakie realizujemy w świecie realnym.
Symulacja [łac. simulatio] – udawanie, stwarzanie fałszywych pozorów
Wirtualne eksperymenty - lampa wyładowcza
![Page 4: Symulacje Komputerowe](https://reader035.vdocuments.site/reader035/viewer/2022062801/568143db550346895db067a7/html5/thumbnails/4.jpg)
Simulation - an imitation of some real thing, state of affairs, or process. The act of simulating something generally entails representing certain key characteristics or behaviors of a selected physical or abstract system.
A computer simulation is an attempt to model a real-life situation on a computer so that it can be studied to see how the system works. By changing variables, predictions may be made about the behaviour of the system.
Wikipedia (2006)
![Page 5: Symulacje Komputerowe](https://reader035.vdocuments.site/reader035/viewer/2022062801/568143db550346895db067a7/html5/thumbnails/5.jpg)
Komputery w nauce:
- analiza numeryczna (np. obliczenie całki metodą trapezów)- obliczenia symboliczne (Mathematica, Maple)- zbieranie i analiza danych- zdalne eksperymenty- wizualizacja- symulacje
![Page 6: Symulacje Komputerowe](https://reader035.vdocuments.site/reader035/viewer/2022062801/568143db550346895db067a7/html5/thumbnails/6.jpg)
Symulacje:
Problem jest dobrze sformułowany (znane są np. równania go opisują-ce), jednak jest on zbyt trudny do ścisłej analizy matematycznej.Powodem trudności może być np., zbyt duża liczba zmiennych, nieli- niowość, przypadkowe zaburzenia (szum) itp.
Przykłady nierozwiązywalnych problemów:
- problem trzech ciał (mechanika klasyczna, równania Newtona)- atom helu (mechanika kwantowa, równanie Schrödingera )- układy o wielu stopniach swobody: gaz, ciało stałe, ciecz, polimery, makromolekuły,..., - społeczeństwo, transport, ekosystem, sztuczna inteligencja,...
Ale czy znamy reguły ewolucji np. ekosystemu?
![Page 7: Symulacje Komputerowe](https://reader035.vdocuments.site/reader035/viewer/2022062801/568143db550346895db067a7/html5/thumbnails/7.jpg)
Cząstki elementarne
Atomy
Ciała makroskopowe
Planety
Układy planetarne
Galaktyki
Metagalaktyki
Komórki
Tkanki
Organizmy
Społeczności
Makromolekuły
Tranzystor
Komputer
WWWWie
lkoś
ć, z
łożo
ność
‘Nauka o złożoności’ – proste reguły mogą prowadzić do skomplikowanych zachowań, struktur
Interdyscyplinarność
![Page 8: Symulacje Komputerowe](https://reader035.vdocuments.site/reader035/viewer/2022062801/568143db550346895db067a7/html5/thumbnails/8.jpg)
Problemy obliczeniowe złożone
Komiwojażer, zagadnienie plecakowe, problem spełnialności, planowanie obciążenia dla maszyn wieloprocesorowych,...
Rynki finansowe, ekosystemy, struktura białek, szkła spinowe,…
Symulowane wyżarzanie, algorytmy genetyczne, algorytmy mrówkowe , przeszukiwanie tabu,...
Przejścia fazowe: zagadnienie łatwe – zagadnienie trudne
![Page 9: Symulacje Komputerowe](https://reader035.vdocuments.site/reader035/viewer/2022062801/568143db550346895db067a7/html5/thumbnails/9.jpg)
Symulacje układów atomowych
- Dynamika Molekularna
- Monte Carlo
![Page 10: Symulacje Komputerowe](https://reader035.vdocuments.site/reader035/viewer/2022062801/568143db550346895db067a7/html5/thumbnails/10.jpg)
Symulacje układów atomowychDynamika molekularna – numeryczne rozwiązywanie równań dynamiki Newtona
Symulacja układu hydrofobowego
![Page 11: Symulacje Komputerowe](https://reader035.vdocuments.site/reader035/viewer/2022062801/568143db550346895db067a7/html5/thumbnails/11.jpg)
Cząsteczka C60 (fulleren) zaadsorbowana na krzemie
Lokalizacja atomów wyznaczona za pomocą Dynamiki Molekularnej
![Page 12: Symulacje Komputerowe](https://reader035.vdocuments.site/reader035/viewer/2022062801/568143db550346895db067a7/html5/thumbnails/12.jpg)
Struktura C60
![Page 13: Symulacje Komputerowe](https://reader035.vdocuments.site/reader035/viewer/2022062801/568143db550346895db067a7/html5/thumbnails/13.jpg)
Chemia – wieloskalowe modelowanie molekularne
![Page 14: Symulacje Komputerowe](https://reader035.vdocuments.site/reader035/viewer/2022062801/568143db550346895db067a7/html5/thumbnails/14.jpg)
Makromolekuły
![Page 15: Symulacje Komputerowe](https://reader035.vdocuments.site/reader035/viewer/2022062801/568143db550346895db067a7/html5/thumbnails/15.jpg)
Kompleks białko-DNA
http://www.ccd.bnl.gov/visualization/gallery/pdb/pdb.html
Kompleks AchE-FAS
![Page 16: Symulacje Komputerowe](https://reader035.vdocuments.site/reader035/viewer/2022062801/568143db550346895db067a7/html5/thumbnails/16.jpg)
Turnieje zwijania białek
![Page 17: Symulacje Komputerowe](https://reader035.vdocuments.site/reader035/viewer/2022062801/568143db550346895db067a7/html5/thumbnails/17.jpg)
Model sieci metabolicznej bakterii Escherichia coli
![Page 18: Symulacje Komputerowe](https://reader035.vdocuments.site/reader035/viewer/2022062801/568143db550346895db067a7/html5/thumbnails/18.jpg)
Życie – piramidalna złożoność
![Page 19: Symulacje Komputerowe](https://reader035.vdocuments.site/reader035/viewer/2022062801/568143db550346895db067a7/html5/thumbnails/19.jpg)
Bioinformatyka
Struktura połączeń Internetowych
a Internet
![Page 20: Symulacje Komputerowe](https://reader035.vdocuments.site/reader035/viewer/2022062801/568143db550346895db067a7/html5/thumbnails/20.jpg)
Odporność na zaburzenia
Nieodporna na losowe usunięcie wiązań
Odporna na atak celowy
Odporna na losowe usunięcie wiązań
Nieodporna na atak celowy
Jak przeprowadzić kosztowne szczepienia ochronne?
![Page 21: Symulacje Komputerowe](https://reader035.vdocuments.site/reader035/viewer/2022062801/568143db550346895db067a7/html5/thumbnails/21.jpg)
Scale-free networks - przykłady
![Page 22: Symulacje Komputerowe](https://reader035.vdocuments.site/reader035/viewer/2022062801/568143db550346895db067a7/html5/thumbnails/22.jpg)
Łańcuchy pokarmowe
![Page 23: Symulacje Komputerowe](https://reader035.vdocuments.site/reader035/viewer/2022062801/568143db550346895db067a7/html5/thumbnails/23.jpg)
Modelowanie Sieci
-Grafy losowe- sieci rzeczywiste mają inne rozkłady statystyczne (to nie są grafy losowe!)-scale-free networks (niezmiennicze ze względu na zmianę skali długości)
Jak powstają sieci?wzrost restrukturyzacja
Geometria niestandardowa...
![Page 24: Symulacje Komputerowe](https://reader035.vdocuments.site/reader035/viewer/2022062801/568143db550346895db067a7/html5/thumbnails/24.jpg)
Sieci syntaktyczne
![Page 25: Symulacje Komputerowe](https://reader035.vdocuments.site/reader035/viewer/2022062801/568143db550346895db067a7/html5/thumbnails/25.jpg)
Modelowanie ewolucji języka
Uniwersalia lingwistyczne: fonemy, słowa, zdania, gramatyka, sieci syntaktyczne,…
Pochodzenie języka (czy powstał w jednym miejscu), wymieranie języków
Sztuczne (samoorganizujace się) języki np. w systemach autonomicznych robotów
Cele
![Page 26: Symulacje Komputerowe](https://reader035.vdocuments.site/reader035/viewer/2022062801/568143db550346895db067a7/html5/thumbnails/26.jpg)
Czy altruizm może się opłacać?
Dylemat więźnia, teoria gier,…
![Page 27: Symulacje Komputerowe](https://reader035.vdocuments.site/reader035/viewer/2022062801/568143db550346895db067a7/html5/thumbnails/27.jpg)
Journal of Artificial Societies and Social Simulation
Nauki społeczne
Modelowanie tłumu - panika
![Page 28: Symulacje Komputerowe](https://reader035.vdocuments.site/reader035/viewer/2022062801/568143db550346895db067a7/html5/thumbnails/28.jpg)
Literatura
-P. Coveney, R. Highfield Granice złożoności (Prószyński i S-ka, 1997)
- D. Stauffer, H. E. Stanley Od Newtona do Mandelbrota - wstęp do fizyki teoretycznej (WNT, 1997)
- E. Ott Chaos w układach dynamicznych (W.N.T., 1997)
- T. Pang Metody obliczeniowe w fizyce. Fizyka i komputery (PWN, 2001)
- D. W. Heermann Podstawy symulacji komputerowych w fizyce (WNT, 1997)
![Page 29: Symulacje Komputerowe](https://reader035.vdocuments.site/reader035/viewer/2022062801/568143db550346895db067a7/html5/thumbnails/29.jpg)
Linki
http://www.soms.ethz.ch/ (sociodynamika, modelowanie tłumu, paniki)
http://www.ica1.uni-stuttgart.de/Research/ (kolekcja filmów symulacyjnych)
http://complex.upf.es/~ricard/
http://www.nd.edu/~networks/} Grupy badacze – modelowanie układów złożonych
![Page 30: Symulacje Komputerowe](https://reader035.vdocuments.site/reader035/viewer/2022062801/568143db550346895db067a7/html5/thumbnails/30.jpg)
Fizyka na komputerze