الهندسة الحسابية

محاكاة محرك تجريبي

العلوم والهندسة الحاسوبية (CSE) هونظام حديث 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).

نبذة

في الكثير 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 أوالتيقد يكون فيها إجراء الاستفسارات التجريبية التقليدية باهظة الثمن. لا يجب الخلط بين CSE وعلوم 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 الكثير 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 والمحاكاة
خوارزميات لحل المشاكل المنفصلة والمستمرة
تحليل وتصور البيانات
الأسس الرياضية: الجبر الخطي العددي والتطبيقي ، مشاكل القيمة الأولية والحدودية ، تحليل فورييه ، التحسين
فهم البيانات لتطوير الطرق والخوارزميات للتعامل مع المعارف واستخراجها من البيانات الفهمية الكبيرة

فيما يتعلق بالحوسبة ، تلعب برمجة الكمبيوتر والخوارزميات والحوسبة المتوازية دورًا رئيسيًا في محرك البحث المخصص. لغة البرمجة الأكثر استخدامًا في المجتمع الفهمي هي فورتران. في الآونة الأخيرة ، ازدادت شعبية C ++ وC على FORTRAN. نظرًا لثروة الشفرة القديمة في FORTRAN وبنيتها الأبسط ، كان مجتمع الحوسبة الفهمية بطيئًا في اعتماد C ++ تمامًا باعتباره لغة مشهجرة. 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 المخطات الخارجية (مثل نمباي وSciPy وMatplotlib بعض الشعبية كبديل مجاني ورخص برمجيات حرة متساهلة إلى MATLAB.

التطبيقات

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

هندسة الفضاء والهندسة 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
فهم الأحياء والطب: محاكاة البروتين للطي (وغيرها من الجزيئات الكبيرة) ، المعلوماتية الحيوية ، فهم 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 ، والاتصالات السلكية واللاسلكية: VLSI ، الكهرومغناطيسية الحاسوبية ، نمذجة أشباه الموصلات ، محاكاة الإلكترونيات الدقيقة ، البنية التحتية للطاقة ، محاكاة RF ، الشبكات
فهم الأوبئة: انتشار الإنفلونزا
الهندسة البيئية والتنبؤ العددي بالطقس: البحوث المناخية الجيوفيزياء الحاسوبية (المعالجة الزلزالية) ، نمذجة الكوارث الطبيعية
مالية: التسعير المشتق وإدارة المخاطر
الهندسة الصناعية: وقع منفصل ومحاكاة مونت كارلو(للأنظمة اللوجستية وأنظمة التصنيع على سبيل المثال) ، شبكات الانتظار ، التحسين الرياضي
فهم 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 أوانحلال الجسيمات ، نمذجة البلازما ، المحاكاة الكونية
وسائل النقل

انظر ايضا

الرياضيات التطبيقية
التحليل العددي

المراجع

^ [https: // web .archive.org / web / 20141014001918 / http: //www.cseprograms.gatech.edu/sites/default/files/CSEHandbook-Students-v11.pdf "برنامج العلوم والهندسة الحاسوبية: مرشد الطالب للخريجين"] تحقق من قيمة |مسار أرشيف= (مساعدة) (PDF). cseprograms.gatech.edu. September 2009. مؤرشف من [http: //www.cseprograms.gatech.edu/sites/default/files/CSEHandbook- Students-v11.pdf الأصل] تحقق من قيمة |مسار= (مساعدة) (PDF) في 14 أكتوبر 2014. اطلع عليه بتاريخ 08 أبريل 2012.

روابط خارجية

Oden Institute for Computational Engineering and Sciences
Scope of Computational engineering
Society of Industrial and Applied Mathematics
International Centre for Computational Engineering (IC2E)
Georgia Institute of Technology, USA, MS/PhD Programme Computational Science & Engineering
The graduate program for the University of Tennessee at Chattanooga
Master and PhD Program in Computational Modeling at Rio de Janeiro State University
Computational Science and Engineering with Scilab
Internacional Center for Numerical Methods in Engineering (CIMNE)