Science Relies On Modeling Komputer - Jadi Apa Yang Terjadi Apabila Ia Pergi Salah?

Science Relies On Modeling Komputer - Jadi Apa Yang Terjadi Apabila Ia Pergi Salah?

Dari penemuan penisilin yang berubah-ubah kepada teori-teori relativiti dan mekanik kuantum, sains berkembang dengan kelajuan minda yang membosankan sebelum ada komputer. Kebanyakan dari ini adalah untuk kekukuhan kaedah saintifik: keputusan saintifik disahkan dengan direplikasi dan dilanjutkan oleh saintis lain.

Tetapi cara kita melakukan sains berubah - kini kita semakin bergantung pada model komputer yang kompleks untuk memahami alam semula jadi. Dan ternyata bahawa model-model ini hampir tidak mungkin untuk menghasilkan semula - yang bermaksud batu ujian penting sains ditantang. Jadi apakah kesan-kesan dunia nyata perubahan ini dan apa yang boleh kita lakukan?

Sains pra-moden - yang dikenali sebagai "falsafah semula jadi" - adalah empirikal. Sains empirikal menggunakan pemerhatian lepas untuk membuat ramalan tentang masa depan, yang kemudiannya dapat diuji. Tycho Brahe, ahli astronomi Denmark abad 16, berjaya membuat pemerhatian yang tepat dan komprehensif di langit dengan cara ini.

Walau bagaimanapun sains moden adalah teori. Sains teori juga membuat ramalan, tetapi ia menghasilkannya daripada model matematik dan bukannya dari pemerhatian sebelumnya. Fikirkan undang-undang gerakan Isaac Newton, seperti undang-undang graviti persegi songsang.

Contohnya, terdapat persamaan yang menggambarkan orbit bumi mengelilingi matahari. Persamaan ini boleh digunakan untuk membina model komputer di mana anda boleh memasangkan pembolehubah tertentu dan melihat bagaimana penyelesaiannya berubah. Anda hanya boleh memasang tarikh yang akan datang dan membuang kedudukan Bumi pada tarikh tersebut. Anda juga boleh menggunakan program yang sama untuk memodelkan sistem planet lain - semuanya berdasarkan matematik yang sama. Apa yang perlu anda lakukan adalah pasangkan kepada orang ramai yang berlainan dan pelbagai lagi sifat badan yang terlibat.

Persamaan matematik sedemikian besar apabila ia boleh didapati - tetapi selalunya ia tidak. Sebagai contoh, kita tahu bahawa tidak ada persamaan mudah yang menyelesaikan apa yang dipanggil "masalah tiga badan"Yang menggambarkan tiga badan yang mengorbit dan mempengaruhi satu sama lain oleh daya graviti - seperti bulan, Bumi dan matahari.

Banyak sains semasa menangani sistem yang lebih rumit, dan sama sekali tidak mempunyai penyelesaian yang tepat. Model sedemikian perlu "dikompilasi" - menerangkan bagaimana sistem berubah dari satu masa ke masa berikutnya. Tetapi tidak ada cara untuk menentukan keadaan yang tepat pada suatu masa di masa depan selain dengan "mensimulasikan" evolusinya dengan cara ini. Ramalan cuaca adalah contoh biasa; sehingga kedatangan komputer di 1950s, adalah mustahil untuk meramalkan cuaca masa depan lebih cepat daripada yang sebenarnya terjadi.

Sains semasa biasanya terdiri daripada model matematik yang menggambarkan sistem rumit, kemudian mengubahnya menjadi simulasi pengiraan, dan menjalankan simulasi untuk membuat ramalan untuk mengesahkan model.

Apabila pemodelan gagal

Pemodelan digunakan di seluruh bidang saintifik - dari astrofizik dan ramalan cuaca kepada bioinformatik dan ekonomi. Tetapi ada meningkatkan perdebatan mengenai hakikat bahawa sains ini sukar untuk mengesahkan melalui pembiakan.

Ternyata hanya menggambarkan kaedah eksperimen dalam kata-kata tidak mencukupi. Itu sebahagiannya kerana bahasa semulajadi seperti bahasa Inggeris tidak begitu jelas untuk menerangkan perhitungan dengan tepat. Terdapat, bagaimanapun, satu sebab mengapa pengaturcara menggunakan bahasa pengaturcaraan. Salah satu cabaran terbesar dalam pembangunan perisian adalah untuk menukar keperluan samar-samar ke spesifikasi tingkah laku yang tepat.


 Dapatkan Yang Terbaru Dengan E-mel

Majalah Mingguan Inspirasi harian

Manusia - walaupun saintis - adalah selepas semua tidak dapat dimengerti. Mengubah apa-apa maklumat ke dalam program hampir selalu memperkenalkan pepijat di sepanjang jalan. Sebagai contoh, banyak saintis bergantung kepada alat penerokaan data seperti spreadsheet, yang direka untuk kemudahan penggunaan dan bukan untuk kekukuhan. Ia sangat mudah hanya untuk meringkaskan pelbagai sel yang salah dalam hamparan, tanpa mendapat sebarang amaran. Ini adalah salah satu daripada kecacatan metodologi dalam sebuah kertas bahawa Parti Republikan AS digunakan untuk mendasarkan dasar pro-penjimatan mereka.

Begitu juga a kajian baru-baru pada hamparan 15,770 yang dibuat umum semasa siasatan ke syarikat AS Enron menunjukkan bahawa 24% daripada spreadsheet yang mengandungi sekurang-kurangnya satu formula mempunyai bug nyata, seperti menambah sel kosong.

Dalam sains semulajadi, yang Pemerhati Iklim Marikh, satu siasatan angkasa yang dilancarkan di 1998 untuk mengkaji iklim di Marikh, telah hilang satu tahun kemudian kerana satu bahagian perisian kawalan secara keliru menggunakan empayar dan bukan unit metrik. Satu lagi kajian daripada sembilan pelaksanaan bebas eksperimen geosains yang sama - menggunakan dataset yang sama, algoritma, dan bahasa pengaturcaraan - menunjukkan persetujuan yang sangat kecil dalam hasil yang diperoleh.

Lebih-lebih lagi, walaupun pembaca kertas penyelidikan berjaya menafsirkan makna tepat penulis, dan kemudian menerjemahkannya secara tidak sengaja ke dalam program, masih terdapat masalah dalam melaksanakannya. Satu kelas masalah yang rumit timbul dari bagaimana komputer mengendalikan nombor: walaupun mereka boleh memanipulasi bilangan bulat seperti 42 dan -17 dengan ketepatan yang sempurna, teknik standard untuk memanipulasi nombor nyata seperti π≈3.14 dan √2≈1.414 hanya membenarkan ketepatan anggaran. Anggaran ini bermaksud bahawa cara yang sama dengan cara mengira nilai yang sama boleh hasil yang berbeza.

Jadi, apa yang boleh dilakukan? Sekiranya pemaju perisian pakar tidak dapat menghasilkan perisian yang tepat, harapan apa yang ada untuk pengaturcara amatur seperti saintis?

Satu barisan kerja adalah untuk menghasilkan alat-alat untuk mereka bentuk bahasa pengaturcaraan "khusus domain", masing-masing disesuaikan dengan masalah kelas tertentu, seperti tingkah laku agen dalam pasaran ekonomi atau penyebaran dadah di seluruh sel. Ini bertujuan untuk menjadikannya lebih mudah bagi pakar untuk menerangkan perhitungan secara langsung dalam istilah yang biasa, dan bukannya menyandarkannya secara tidak langsung dalam bahasa pengaturcaraan umum.

Pendekatan kedua bertujuan untuk reka bentuk yang lebih ekspresif tetapi masih mesra pengguna "sistem jenis" untuk program. Ini akan memudahkan untuk menangkap ralat "bodoh", seperti sel kosong dalam spreadsheet, atau mencampurkan nilai dalam unit yang berbeza. Ia tidak boleh menolak semua kesilapan logik walaupun. Baris ketiga adalah untuk membangunkan perpustakaan yang boleh digunakan kod untuk aritmetik yang tepat, mengelakkan masalah penghampiran.

Terdapat setiap peluang pendekatan ini dapat membantu menyelesaikan masalah ke depan, atau sekurang-kurangnya menghapuskan beberapa risiko. Lagipun, dunia memerlukan sains dan saintis memerlukan komputer - itu tidak mungkin berubah dalam masa terdekat.

Tentang Pengarang

Jeremy Gibbons, Profesor Pengkomputeran, University of Oxford. Ketua tema penyelidikan Bahasa Pemrograman.

Artikel ini pada asalnya muncul pada Perbualan ini

Tempah berkaitan:

at InnerSelf Market dan Amazon

 

Awak juga mungkin menyukai

ikuti InnerSelf pada

ikon facebookikon twitterikon youtubeikon instagramikon pintrestrss icon

 Dapatkan Yang Terbaru Dengan E-mel

Majalah Mingguan Inspirasi harian

BAHASA TERSEDIA

enafarzh-CNzh-TWdanltlfifrdeeliwhihuiditjakomsnofaplptroruesswsvthtrukurvi

VOICES INNERSELF

Gerhana bulan, 12 Mei 2022
Gambaran Keseluruhan Astrologi dan Horoskop: 23 - 29 Mei 2022
by Pam Younghans
Jurnal astrologi mingguan ini berdasarkan pada pengaruh planet, dan menawarkan perspektif dan…
05 21 memutar semula imaginasi pada masa berbahaya 5362430 1920
Menghidupkan Semula Imaginasi di Masa Berbahaya
by Natureza Gabriel Kram
Dalam dunia yang sering kelihatan berniat untuk memusnahkan dirinya sendiri, saya mendapati diri saya memilih kecantikan -- jenis…
kumpulan individu berbilang kaum berdiri untuk bergambar kumpulan
Tujuh Cara Anda Boleh Menunjukkan Hormat kepada Pasukan Pelbagai Anda (Video)
by Kelly McDonald
Penghormatan amat bermakna, tetapi tiada kos untuk diberikan. Berikut ialah cara anda boleh menunjukkan (dan…
gajah berjalan di hadapan matahari terbenam
Gambaran Keseluruhan Astrologi dan Horoskop: 16 - 22 Mei 2022
by Pam Younghans
Jurnal astrologi mingguan ini berdasarkan pada pengaruh planet, dan menawarkan perspektif dan…
foto Leo Buscaglia dari kulit bukunya: Living, Loving and Learning
Cara Mengubah Kehidupan Seseorang Dalam Beberapa Saat
by Joyce Vissell
Kehidupan saya berubah secara dramatik apabila seseorang mengambil detik itu untuk menunjukkan kecantikan saya.
gambar komposit gerhana bulan penuh
Gambaran Keseluruhan Astrologi dan Horoskop: 9 - 15 Mei 2022
by Pam Younghans
Jurnal astrologi mingguan ini berdasarkan pada pengaruh planet, dan menawarkan perspektif dan…
05 08 membangunkan pemikiran belas kasihan 2593344 selesai
Membangunkan Pemikiran Ihsan Terhadap Diri dan Orang Lain
by Marie T. Russell, InnerSelf.com
Apabila orang bercakap tentang belas kasihan, mereka kebanyakannya merujuk kepada belas kasihan kepada orang lain... untuk…
seorang lelaki menulis surat
Menulis Kebenaran dan Membenarkan Emosi Mengalir
by Barbara Berger
Menulis perkara adalah cara yang baik untuk mempraktikkan kebenaran.
Segala Yang Kita Lakukan Adalah Pilihan: Menyedari Pilihan Kita
Segala Yang Kita Lakukan Adalah Pilihan: Menyedari Pilihan Kita
by Marie T. Russell, InnerSelf.com
Pada suatu hari, saya memberi "percakapan yang baik" kepada diri sendiri ... memberitahu bahawa saya benar-benar perlu bersenam ...
Mengapa Cuti Jangan Matter
Mengapa Percutian Tidak Perlu ...
by Alan Cohen
Saya ingin mencadangkan bahawa percutian tidak begitu penting dan tidak ada yang anda perlukan ...
Bagaimana Kita Berpindah Dari Mata Masa Depan Egosentrik ke Pusat Jiwa?
Bagaimana Kita Berpindah Dari Mata Egosentris ke Mata Masa Depan yang Berpusat pada Jiwa?
by Bill Plotkin, Ph.D.
Kekurangan makna dan kepuasan peribadi adalah endemik kepada Barat dan Barat yang kontemporari

READ PALING

mata meramal kesihatan 4 9
Perkara yang Mata Anda Dedahkan Mengenai Kesihatan Anda
by Barbara Pierscionek, Universiti Anglia Ruskin
Para saintis di University of California, San Diego, telah membangunkan aplikasi telefon pintar yang boleh…
membina semula persekitaran 4 14
Bagaimana Burung Asli Kembali Ke Hutan Bandar New Zealand yang Dipulihkan
by Elizabeth Elliot Noe, Universiti Lincoln et al
Pembandaran, dan kemusnahan habitat yang ditimbulkannya, merupakan ancaman utama kepada burung asli…
Kisah Penderitaan Dan Kematian Di Sebalik Larangan Pengguguran Ireland Dan Pengesahan Seterusnya
Kisah Penderitaan Dan Kematian Di Sebalik Larangan Pengguguran Ireland Dan Pengesahan Seterusnya
by Gretchen E. Ely, Universiti Tennessee
Jika Mahkamah Agung AS membatalkan Roe lwn. Wade, keputusan 1973 yang menghalalkan pengguguran dalam…
berapa banyak tidur yang anda perlukan 4 7
Berapa Banyak Tidur Yang Anda Perlukan
by Barbara Jacquelyn Sahakian, Universiti Cambridge, et al
Kebanyakan daripada kita sukar untuk berfikir dengan baik selepas tidur malam yang nyenyak – berasa berkabus dan gagal melakukan…
kebaikan air lemon 4 14
Adakah Air Lemon Detox Atau Memberi Tenaga kepada Anda?
by Evangeline Mantzioris, Universiti Australia Selatan
Jika anda percaya anekdot dalam talian, minum air suam dengan percikan jus lemon adalah…
masyarakat yang amanah gembira 4 14
Mengapa Masyarakat Mempercayai Lebih Bahagia Secara Keseluruhannya
by enjamin Radcliff, Universiti Notre Dame
Manusia adalah haiwan sosial. Ini bermakna, hampir sebagai satu keperluan logik, bahawa manusia…
ekonomi 4 14
5 Perkara Yang Ahli Ekonomi Tahu, Tetapi Kedengarannya Salah Bagi Kebanyakan Orang Lain
by Renaud Foucart, Universiti Lancaster
Satu perkara yang ingin tahu tentang profesion kami ialah apabila kami ahli ekonomi akademik sebahagian besarnya bersetuju dengan setiap…
belajar memberi perhatian 4 14
Strategi Dan Life Hacks Ini Boleh Membantu Sesiapa Yang Mengalami Masalah Perhatian
by Rob Rosenthal, Universiti Colorado
Kerana aliran berterusan maklum balas negatif yang diterima orang tentang produktiviti mereka,…

Sikap baru - Kemungkinan Baru

InnerSelf.comIklimImpactNews.com | InnerPower.net
MightyNatural.com | WholisticPolitics.com | InnerSelf Market
Copyright © 1985 - 2021 lahirnya Penerbitan. Hak cipta terpelihara.