الهندسة الحسابية

☰ جدول المحتويات

نبذة تمهيدية
نبذة
الطرق
التطبيقات
انظر ايضا
المراجع
روابط خارجية

محاكاة محرك تجريبي

العلوم والهندسة الحاسوبية (CSE) هو نظام جديد نسبيًا يتعامل مع تطوير وتطبيق النموذج الحسابي والمحاكاة ، وغالبًا ما يقترن بـ عالي الأداء الحوسبة ، لحل المشاكل المادية المعقدة الناشئة في التحليل الهندسي والتصميم (الهندسة الحاسوبية) وكذلك الظواهر الطبيعية (العلوم الحاسوبية). تم وصف محرك البحث المخصص على أنه "الوضع الثالث للاكتشاف" (بجوار النظرية والتجريب). ^[1]

نبذة

في العديد من المجالات ، تعتبر المحاكاة الحاسوبية جزءًا لا يتجزأ ، وبالتالي فهي ضرورية للأعمال والبحوث. توفر المحاكاة الحاسوبية القدرة على دخول الحقول التي لا يمكن الوصول إليها للتجربة التقليدية أو التي يكون فيها إجراء الاستفسارات التجريبية التقليدية باهظة الثمن. لا يجب الخلط بين CSE و علوم الكمبيوتر ولا مع هندسة الكمبيوتر ، على الرغم من استخدام مجال واسع في السابق في CSE (على سبيل المثال ، خوارزميات معينة ، هياكل البيانات ، برمجة متوازية ، حوسبة عالية الأداء) ويمكن نمذجة بعض المشكلات في هذا الأخير وحلها باستخدام طرق CSE (كمجال تطبيق).

عادةً ما يتم تقديمه كبرنامج الماجستير أو دكتوراه في العديد من المؤسسات.

الطرق

تتضمن طرق وأطر العلوم والهندسة الحاسوبية ما يلي:

الحوسبة عالية الأداء وتقنيات لاكتساب الكفاءة (من خلال التغيير في بنية الكمبيوتر والخوارزميات المتوازية وما إلى ذلك)
النمذجة و المحاكاة
خوارزميات لحل المشاكل المنفصلة والمستمرة
تحليل وتصور البيانات
الأسس الرياضية: الجبر الخطي العددي والتطبيقي ، مشاكل القيمة الأولية والحدودية ، تحليل فورييه ، التحسين
علم البيانات لتطوير الطرق والخوارزميات للتعامل مع المعارف واستخراجها من البيانات العلمية الكبيرة

فيما يتعلق بالحوسبة ، تلعب برمجة الكمبيوتر والخوارزميات والحوسبة المتوازية دورًا رئيسيًا في محرك البحث المخصص. لغة البرمجة الأكثر استخدامًا في المجتمع العلمي هي فورتران. في الآونة الأخيرة ، ازدادت شعبية C ++ و C على FORTRAN. نظرًا لثروة الشفرة القديمة في FORTRAN وبنيتها الأبسط ، كان مجتمع الحوسبة العلمية بطيئًا في اعتماد C ++ تمامًا باعتباره لغة مشتركة. نظرًا لطريقتها الطبيعية جدًا في التعبير عن الحسابات الرياضية وقدراتها التصورية المدمجة ، يتم أيضًا استخدام اللغة / البيئة الخاصة ماتلاب على نطاق واسع ، خاصةً للتطوير السريع للتطبيق والتحقق من النموذج. اكتسب Python جنبًا إلى جنب مع المكتبات الخارجية (مثل نمباي و SciPy و Matplotlib بعض الشعبية كبديل مجاني و رخص برمجيات حرة متساهلة إلى MATLAB.

التطبيقات

يجد العلوم والهندسة الحاسوبية تطبيقات متنوعة ، بما في ذلك في:

هندسة الفضاء و الهندسة الميكانيكية: [[نماذج الاحتراق لمحاكاة الاحتراق CFD |] ، الديناميات الهيكلية ، ديناميكا الموائع الحسابية ، الديناميكا الحرارية الحسابية ، الحسابية الميكانيكا الصلبة ، محاكاة اصطدام المركبات ، الميكانيكا الحيوية ، حساب مسار الأقمار الصناعية
النظم الفيزيائية الفلكية
معركة المحاكاة الميدانية والألعاب العسكرية ، الأمن الداخلي ، الاستجابة للطوارئ
علم الأحياء و الطب: محاكاة البروتين للطي (وغيرها من الجزيئات الكبيرة) ، المعلوماتية الحيوية ، علم الجينوم ، النمذجة العصبية الحسابية ، نمذجة النظم البيولوجية (مثل الأنظمة البيئية) ، الموجات فوق الصوتية ثلاثية الأبعاد ، التصوير بالرنين المغناطيسي ، الشبكات الحيوية الجزيئية والسرطان والسيطرة على النوبات
كيمياء: حساب هياكل وخصائص المركبات الكيميائية / الجزيئات والمواد الصلبة ، الكيمياء الحاسوبية / المعلومات الدقيقة ، محاكاة الميكانيكا الجزيئية ، الطرق الكيميائية الحسابية في فيزياء الحالة الصلبة ، نقل التلوث الكيميائي
الهندسة المدنية: تحليل العناصر المحدودة ، الهياكل ذات الأحمال العشوائية ، هندسة البناء ، أنظمة إمدادات المياه ، النقل / نمذجة المركبات
هندسة الكمبيوتر ، الهندسة الكهربائية ، و الاتصالات السلكية واللاسلكية: VLSI ، الكهرومغناطيسية الحاسوبية ، نمذجة أشباه الموصلات ، محاكاة الإلكترونيات الدقيقة ، البنية التحتية للطاقة ، محاكاة RF ، الشبكات
علم الأوبئة: انتشار الإنفلونزا
الهندسة البيئية و التنبؤ العددي بالطقس: البحوث المناخية الجيوفيزياء الحاسوبية (المعالجة الزلزالية) ، نمذجة الكوارث الطبيعية
مالية: التسعير المشتق وإدارة المخاطر
الهندسة الصناعية: حدث منفصل ومحاكاة مونت كارلو (للأنظمة اللوجستية وأنظمة التصنيع على سبيل المثال) ، شبكات الانتظار ، التحسين الرياضي
علم المواد: صناعة الزجاج والبوليمرات والبلورات
الهندسة النووية: نمذجة المفاعلات النووية ، محاكاة الحماية من الإشعاع ، محاكاة الاندماج
هندسة البترول: نمذجة مكامن البترول والتنقيب عن النفط والغاز
الفيزياء: فيزياء الجسيمات الحسابية ، الحساب التلقائي لتفاعل أو انحلال الجسيمات ، نمذجة البلازما ، المحاكاة الكونية
وسائل النقل

انظر ايضا

المراجع

[https: // web .archive.org / web / 20141014001918 / http: //www.cseprograms.gatech.edu/sites/default/files/CSEHandbook-Students-v11.pdf "برنامج العلوم والهندسة الحاسوبية: دليل الطالب للخريجين"] ( كتاب إلكتروني PDF ). cseprograms.gatech.edu. September 2009. مؤرشف من [http: //www.cseprograms.gatech.edu/sites/default/files/CSEHandbook- Students-v11.pdf الأصل] ( كتاب إلكتروني PDF ) في 14 أكتوبر 201408 أبريل 2012.