Výpočetní inženýrství - Computational engineering
 | Téma tohoto článku nemusí splňovat požadavky Wikipedie obecný pokyn k notabilitě. (Květen 2020) (Zjistěte, jak a kdy odstranit tuto zprávu šablony) |
Výpočetní věda a technika (CSE) je relativně nová disciplína, která se zabývá vývojem a aplikací výpočetní modely a simulace, často spojené s vysoce výkonné výpočty, řešit složité fyzikální problémy vznikající v inženýrské analýze a konstrukci (výpočetní inženýrství) i v přírodních jevech (výpočetní věda ). CSE byl popsán jako „třetí způsob objevování“ (vedle teorie a experimentování).[1]
V mnoha oblastech je počítačová simulace nezbytná pro podnikání a výzkum. Počítačová simulace poskytuje možnost zadávat pole, která jsou tradičním experimentům nepřístupná nebo kde je provádění tradičních empirických dotazů neúnosně nákladné. CSE by neměl být zaměňován s čistým počítačová věda, ani s počítačové inženýrství, i když se v CSE používá široká doména v první z nich (např. určité algoritmy, datové struktury, paralelní programování, vysoce výkonné výpočty) a některé problémy v této oblasti lze modelovat a řešit pomocí metod CSE (jako aplikační oblast).
Obvykle se nabízí jako mistři nebo doktorát program.[2]
Metody
Metody a rámce výpočetní vědy a inženýrství zahrnují:
- Vysoce výkonná výpočetní technika a techniky pro zvýšení efektivity (změnou architektury počítače, paralelními algoritmy atd.)
- Modelování a simulace
- Algoritmy pro řešení diskrétních a spojitých problémů
- Analýza a vizualizace dat
- Matematické základy: Numerická a aplikovaná lineární algebra, počáteční a okrajové hodnoty, Fourierova analýza, optimalizace
- Data Science pro vývoj metod a algoritmů pro zpracování a extrakci znalostí z velkých vědeckých dat
Pokud jde o výpočetní techniku, hraje v CSE hlavní roli počítačové programování, algoritmy a paralelní výpočty. Nejpoužívanějším programovacím jazykem ve vědecké komunitě je FORTRAN.[3] Nedávno, C ++ a C vzrostly v popularitě oproti FORTRANU. Kvůli bohatství staršího kódu ve FORTRANU a jeho jednodušší syntaxi byla vědecká výpočetní komunita pomalá v úplném přijetí C ++ jako lingua franca. Díky svému velmi přirozenému způsobu vyjadřování matematických výpočtů a integrovaným vizualizačním schopnostem vlastní jazyk / prostředí MATLAB je také široce používán, zejména pro rychlý vývoj aplikací a ověření modelu. Krajta spolu s externími knihovnami (např NumPy, SciPy, Matplotlib ) získal určitou popularitu jako bezplatný a Copycentrum alternativa k MATLABu.
Aplikace
Výpočetní věda a inženýrství nacházejí různé aplikace, mimo jiné v:
- Letecké inženýrství a Strojírenství: simulace spalování, strukturální dynamika, výpočetní dynamika tekutin, výpočetní termodynamika, výpočetní mechanika pevných látek, simulace srážek vozidel, biomechanika, výpočet trajektorie satelitů
- Astrofyzikální systémy
- Bojiště simulace a vojenské hry, vnitřní bezpečnost, řešení nouzových událostí
- Biologie a Lék: simulace skládání proteinů (a dalších makromolekul), bioinformatika, genomika, výpočetní neurologické modelování, modelování biologických systémů (např. ekologické systémy), 3D CT ultrazvuk, MRI zobrazování, molekulární bionetworks, kontrola rakoviny a záchvatů
- Chemie: výpočet struktur a vlastností chemických sloučenin / molekul a pevných látek, výpočetní chemie / cheminformatika, simulace molekulární mechaniky, výpočetní chemické metody ve fyzice pevných látek, transport chemického znečištění
- Stavební inženýrství: analýza konečných prvků, konstrukce s náhodným zatížením, stavební inženýrství, vodovody, doprava / modelování vozidel
- Počítačové inženýrství, Elektrotechnika, a Telekomunikace: VLSI, výpočetní elektromagnetika, polovodičové modelování, simulace mikroelektroniky, energetická infrastruktura, RF simulace, sítě
- Epidemiologie: chřipková pomazánka
- Environmentální inženýrství a Numerická předpověď počasí: výzkum klimatu, Výpočetní geofyzika (seismické zpracování), modelování přírodních katastrof
- Finance: ceny derivátů, řízení rizik
- Průmyslové inženýrství: diskrétní události a simulace Monte-Carlo (například pro logistické a výrobní systémy), fronty sítí, matematická optimalizace
- Věda o materiálech: výroba skla, polymery a krystaly
- Jaderné inženýrství: modelování jaderných reaktorů, simulace stínění záření, simulace fúze
- Ropné inženýrství: modelování ropné nádrže, průzkum ropy a zemního plynu
- Fyzika: Výpočetní fyzika částic, automatický výpočet interakce nebo rozpadu částic, modelování plazmy, kosmologické simulace
- Přeprava
Viz také
- Aplikovaná matematika
- Výpočetní věda
- Výpočetní matematika
- Výpočetní dynamika tekutin
- Výpočetní elektromagnetika
- Vysoce výkonná výpočetní technika
- Inženýrská matematika
- Velké výzvy
- Numerická analýza
- Multifyzika
Reference
- ^ „Výpočetní program vědy a techniky: Příručka pro postgraduální studenty“ (PDF). cseprograms.gatech.edu. Září 2009. Archivovány od originál (PDF) dne 2014-10-14. Citováno 2012-04-08.
- ^ „Postgraduální a vysokoškolské programy ve výpočetní vědě“. SIAM. Citováno 2020-05-23.
- ^ „Proč je Fortran široce používán ve vědeckých počítačích a ne v jiném jazyce?“. ResearchGate. Citováno 2020-05-23.
externí odkazy
- Odenův institut pro výpočetní techniku a vědy
- Rozsah výpočetního inženýrství
- Společnost průmyslové a aplikované matematiky
- Mezinárodní centrum pro výpočetní inženýrství (IC2E)
- Georgia Institute of Technology, USA, MS / PhD Program Výpočetní Science & Engineering
- Program absolventa na University of Tennessee v Chattanoogě
- Magisterský a PhD program ve výpočetním modelování na Rio de Janeiro State University
- Výpočetní věda a inženýrství se Scilabem
- Mezinárodní centrum pro numerické metody ve strojírenství (CIMNE)