|
1. Применение ЭВМ в научных исследованиях
|
|
В настоящее время для повышения эффективности научных исследований важное значение приобретает их автоматизация, позволяющая осуществлять моделирование исследуемых объектов, явлений и процессов, изучение которых традиционными способами затруднено или невозможно. Решению этой задачи призваны служить автоматизированные системы научных исследований (АСНИ). ЭВМ в АСНИ могут использоваться для решения следующих основных задач: 1) управление экспериментом; 2) подготовка отчетов и документации; 3) поддержание базы экспериментальных данных; 4) построение информационных и экспертных систем. Эффективность применения ЭВМ в автоматизации научных исследований заключается в следующем: • в несколько раз сокращается цикл исследования за счет ускорения подготовки и проведения эксперимента, уменьшения времени обработки и систематизации данных, уменьшения числа ошибок при измерении и обработке; • увеличивается точность результатов и их достоверность; • повышается качество и информативность эксперимента за счет числа контролируемых параметров и более тщательной обработки данных; • в ходе интерактивного взаимодействия с АСНИ достигается усиление контроля за ходом эксперимента и возможность его оптимизации; • сокращается штат участников эксперимента. Еще одно направление использования ЭВМ связано с решением задач моделирования, часто встречающихся в практической деятельности исследователей. Модель – система, обеспечивающая требуемую имитацию определенного процесса. Информационная модель – набор параметров, содержащий всю необходимую информацию об исследуемых объектах и процессах. Здесь допустимо не только математическое моделирование какого-либо процесса или явления, но и визуально-натурное моделирование, которое обеспечивается за счет виртуального отображения этих процессов и явлений средствами машинной графики (а не табличными данными или графиками, как это принято) в реальном масштабе времени. Рассмотрение различных имитационных вариантов позволяет исследователю выбрать оптимальный. На высших уровнях иерархии в АСНИ находятся информационная и экспертная системы. Информационная система – автоматизированная система для хранения большого объема информации, быстрого поиска требуемой информации и вывода ее в удобном для человека виде. Информационная система предназначена для хранения и просмотра базы экспериментальных и других данных. Большие объемы информации часто встречаются при цифровой обработке изображений, например в аэрокосмической съемке, астрофизике, ядерной физике и других подобных областях. Особое место в АСНИ отводится экспертной системе, которая представляет собой мостик между теорией и практикой. Так, методы анализа данных, берущие свое начало в математической статистике, все усложняются и включают логические структуры, которые обеспечивают более высокий уровень обобщения информации. АСНИ выпускаются в виде как специализированных компьютерных систем, так и прикладных пакетов общего назначения. Большой популярностью среди научных работников пользуются интегрированные пакеты АСНИ. Примером такого пакета является система MathCAD фирмы MathSoft, которая позволяет в интерактивном режиме создавать, редактировать и отображать на экране монитора широкий класс функций, решать уравнения, заданные в аналитической или графической форме. Система MathCAD имеет встроенные тригонометрические и гиперболические функции, позволяет оперировать как действительными, так и комплексными числами, использовать различные системы единиц. Кроме того, встроенный синтаксический анализатор выполняет проверку синтаксической правильности вводимых формул. Пакет STATISTICA фирмы StatSoft – один из самых мощных пакетов по математической статистике. Он включает очень широкий набор возможностей, в том числе и таких сложных, как кластерный анализ, непараметрическая статистика, нелинейная регрессия, корреляционный анализ. Система имеет удобный интерфейс, управление которым основано на полиэкранных меню. |