Eine kurze Einführung in die Computational Science

Mit der Erweiterung des Studienbereichs entsteht aus der Wissenschaft selbst eine neue multidisziplinäre Studie. Lernen Sie Computational Science kennen.

Informatik ITB

Lange Rede kurzer Sinn auf CS

Computational Science ist heutzutage wirklich eine große Sache. Um der Zukunft der Wissenschaft zu begegnen, müssen Forscher ihre Arbeit auf einen nicht ganz neuen Forschungstyp ausarbeiten. Warum sage ich "nicht so neu", es ist aufgrund von Recherchen, die manuell mit herkömmlichen Methoden wie der Try-and-Error-Methode durchgeführt wurden, durch Simulation und Modellierung mit einem Computer ersetzt werden können. Die rechnergestützte Methodentheorie ist in Bernard P. Zieglers Lehrbuch „Theorie der Modellierung und Simulation“ von 1976 zu finden - eine neue überarbeitete Version von 2019 finden Sie hier -, das sich hauptsächlich und spezifisch mit der Entwicklung von Modell- und Simulationsmethoden zur Lösung realer Probleme befasst Probleme. Darüber hinaus begannen 1984 Simulationen und andere Methoden von Ziegler et al. al. mit „Simulations- und modellbasierten Methoden: Eine integrative Sichtweise“. 2008 erschien die erste Ausgabe von Introduction to Computational Science: Modellierung und Simulation für die Wissenschaften von Angela B. Shiflet und George W. Shiflet mit einer komplexen Erklärung für Computational Sciences - die zweite Ausgabe erschien 2014. 2010 initiierte Prof PMA Sloot und Mitarbeiter, die erste Ausgabe des Journal of Computational Science, die auf Science Direct veröffentlicht wurde, und es ist der große Schritt für die Menschheit, zu wissen, welche Bedeutung Computational Science auch für das Lernen und den Ideenaustausch zwischen Wissenschaftlern und Forschern in den Medien hat.

Was ist Computerwissenschaft?

Computational Science hat laut Forschern und Instituten wirklich eine große und vielfältige Bedeutung.

„Eine Disziplin, die sich mit dem Entwurf, der Implementierung und der Verwendung mathematischer Modelle zur Analyse und Lösung wissenschaftlicher Probleme befasst.“ - nature.com
„Ein Bereich, der sich auf den effektiven Einsatz von Computer-Software, -Hardware und -Mathematik konzentriert, um echte Probleme zu lösen.“ - The Cornell Theory Center.

Wir können daraus schließen, dass Computational Science eine multidisziplinäre Studie ist, die aus Theorie, Methode, Experiment und Simulationen in der gesamten wissenschaftlichen Welt besteht, um ein komplexes oder einfaches reales Problem zu lösen. Ein herkömmliches mathematisches Modell wird in der Programmiersprache in Logik umgewandelt, um eine neue Art von Lösung zu entwickeln.

Was macht Computational Science (ist)?

Während wir die kurze Geschichte der Computational Science lernen und was es ist, fragen wir uns jetzt, was sie tun. Computational Scientist forscht und modelliert kontinuierlich und bereichert ihre Informationen und Kenntnisse und löst Probleme mithilfe von Computertechnologien. Prof. Lyle N. Long stellt fest, dass:

"Computational Scientist bezeichnet Wissenschaftler, Ingenieure und Mathematiker, die Hochleistungscomputertechnologien auf kreative und wesentliche Weise anwenden, um den Wissensstand auf ihren jeweiligen Gebieten zu verbessern." - Prof. Lyle N. Long, Penn State University.

Mit anderen Worten, wir könnten sagen, dass Computational Scientist Menschen sind, die nicht nur nach Theorie und Experiment forschen, sondern auch Simulationen durchführen, um ein reales Problem zu lösen. Der Wissenschaftler lernt einen neuen Weg, mit neuen Technologien wie Vernetzung und Visualisierung zu forschen, um ein spezifischeres und detaillierteres Ergebnis zu erzielen. Der Wissenschaftler lernt auch einen neuen Weg, um ein Problem mit einem Minimum an Zeit zu lösen. In diesem Fall muss der Algorithmus komplex, detailliert und kurz sein, um Zeiteffizienz und Forschungsergebnisse zu erzielen.

Das Bedürfnis nach einem Computerwissenschaftler ist daher eine große Neugier, und auch solche, die über mehr Wissen verfügen, werden es anderen mitteilen. Mit anderen Worten, ein Computerwissenschaftler muss neben der Arbeit mit Computern und Technologien mit anderen Forschern oder Wissenschaftlern zusammenarbeiten obwohl aus anderen Studien eine neue Innovation zu entwickeln, um das Weltproblem zu beantworten.

Warum braucht die Welt uns?

Eine große Frage für den Wissenschaftler, sich der Herausforderung der modernen Welt zu stellen: Warum braucht die Welt uns? Warum brauchen sie Computational Science? Warum brauchen sie Computational Scientist?

Carl Sagan hat einmal gesagt:

„Jedes Kind beginnt als Naturwissenschaftler, und dann haben wir es geschlagen. Ein paar rinnen mit ihrem Wunder und ihrer Begeisterung für die Wissenschaft durch das System. “- Carl Sagan.

Was bedeutet, dass jeder ein Wissenschaftler auf dem richtigen Weg ist, aber warum braucht die Welt Computational Scientist im Besonderen?

Das moderne Problem erfordert moderne Lösungen

Denn „Moderne Probleme erfordern moderne Lösungen“, oder? Nun, das Problem der realen Welt braucht heutzutage nicht nur Theorie und konventionelle Methoden und Experimente, um es zu lösen, da diese nicht einfach und zeitaufwendig waren. Man beachte, dass moderne Probleme durch alte Lösungen gelöst werden können und umgekehrt, aber die Welt braucht moderne Lösungen, um die modernen und alten Probleme zu lösen.

Lassen Sie mich Ihnen die Dringlichkeit einer modernen Lösung für ein altes und modernes Problem anhand einiger Beispiele erläutern.

  1. Das erste Problem ist ein uraltes Problem einer Flut.
  • Es gibt ein Dorf unterhalb eines riesigen Flusses in einem Berggebiet, das zu jeder Erntezeit über eine Überschwemmung klagt. Wie kann das Dorfleben und auch die Erntezeit gesichert werden? Wie bereits erwähnt, stellen wir ein Team aus Ingenieuren und Mathematikern zusammen, um das Problem zu lösen. Wochen später löste sich das Problem durch den Bau eines großen Staudamms, um das Wasser mit viel Geld und Ressourcen zu halten. Einige Jahre später ereignete sich unerwartet eine Überschwemmung, die dazu führte, dass der Damm brach und das Dorf im Schlamm versenkte. Die Dorfbewohner sind verängstigt und rufen bald zur Hilfe. Wir stellen ein neues Team zusammen, das aus Wissenschaftlern, Ingenieuren und Mathematikern mit einem rechnerischen Hintergrund besteht. Sie analysieren, simulieren und bauen dann einen neuen Damm, der mehr aus Wassertoren und Vorhersagen über Regen besteht. Wenn also starker Regen auftritt, sind die verschiedenen Tore offen, um das Wasser gleichmäßig zu verteilen.

2. Das zweite Problem ist das moderne Problem der Verbreitung von Dengue-Fieber in einem Land.

  • Die Bürger beschweren sich über Dengue-Fälle, die jeden Tag auftreten und sich bei Kontakten häufig verbreiten. Die Lösung besteht darin, dass wir die Daten in einem Bereich sammeln, der Dengue-Patienten enthält, und anschließend in den anderen Bereich in der Nähe des ersten Bereichs umziehen, um die Daten zu sammeln und dann die Daten zu analysieren. Ausbreitungsvorhersagen können durch Computersimulation durchgeführt werden, um zu wissen, wo das Dengue-Fieber weit verbreitet werden kann. Nachdem wir die Simulation durchgeführt haben, ist es Zeit, Maßnahmen zur Vorbeugung des nächsten Bereichs zu ergreifen, damit die Krankheit nicht weiter verbreitet wird.

Dies waren nur zwei von vielen Beispielen für Probleme in der realen Welt, da die Probleme die Welt dynamisch und dramatisch verändern. Ökonomie, Gesundheit, Soziales und umgekehrt könnten mithilfe von rechnerwissenschaftlichen Methoden in Bezug auf Vernetzung, Visualisierung und andere Tools gelöst werden. Braucht die Welt uns also nach einer langen Erklärung? Nun, es ist ein großes JA.

Dinge einpacken!

Nach einer langen Reise durch die Computational Science-Geschichte wissen wir, was Computational Science ist, es ist Scientist und warum die Welt uns braucht, fragen wir uns, sind wir bereit, ein Teil davon zu sein? Die Antwort liegt in dir. Der Schlüssel zu Computational Science ist Neugier, Zusammenarbeit und Innovation. Denken Sie daran, jeder ist ein Wissenschaftler auf seinem Weg, also lernen Sie weiter und machen Sie Fortschritte, die Welt braucht uns.

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