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计算模型

指数 计算模型

计算模型(computational model)是计算科学中的一个数学模型,它使用大量的計算資源来用计算机模拟研究一个复杂系统的行为。被研究的系统通常是一个复杂的非線性系统,这种系统不易取得简单、直观的解析解。相比于推导数学分析来解决问题,它是通过在计算机中调整系统参数并研究实验结果的差异来完成模型。模型的操作理论可以从这些实验来推断/推导。 常见的计算模型有天气预报模型、地球模拟器模型、飛行模擬器模型、分子蛋白质折叠模型和神经网络模型。.

18 关系: 复杂系统天气预报个体为本模型人工神经网络地球模拟器决策场理论程式語言理論特征整合论非線性飛行模擬器解析解計算資源计算科学计算语言学计算机模拟蛋白质折叠本体 (信息科学)数学模型

复杂系统

复杂系统(complex system),係指由許多可能相互作用的組成成分所組成的系統。在很多情況下,將這樣的系統表示為網絡是有用的,其節點代表組成成分,鏈結則代表它們的交互作用。複雜系統的範例,例如:地球的全球氣候、生物、人腦、社會和經濟的組織(如城市)、一個生態系統、一個活細胞、以及最終的整個宇宙。 由於其元件之間、或特定系統與其環境之間的依賴性、關係、或相互作用,複雜系統係為行為本質上難以建模的系統。系統之所以「複雜」,係具有來自這些關係所產生的不同特性,例如:非線性、湧現、自發秩序、適應、和回饋循環等等。由於這樣的系統出現在各式各樣的領域,它們之間的共同點,已成為其各自獨立研究領域的主題。.

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天气预报

天气预报(測)或氣象預報(測)是使用现代科学技术对未来某一地点地球大气层的状态进行预测。从史前人类就已经开始对天气进行预测来相应地安排其工作与生活(比如农业生产、军事行动等等)。今天的天气预报主要是使用收集大量的数据(气温、湿度、风向和风速、气压等等),然后使用目前对大气过程的认识(气象学)来确定未来空气变化。由于大气过程的混乱以及今天科学并没有最终透彻地了解大气过程,因此天气预报总是有一定误差的。.

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个体为本模型

代理人基模型(agent-based model,ABM), 又称多元代理人系統(multi-agent system, MAS),若代理人具有异质性,则称为异质代理人模型(heterogeneous agent model, HAM), 是一种用来模拟具有自主意识的智能体(独立个体或共同群体,例如组织,团队)的行动和相互作用的计算模型,通过图像展示评估智能体在系统整体中的作用。它综合了一些其他思想,比如博弈论, 复杂系统, 涌现, 计算社会学, 多智能体系统和 演化計算.

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人工神经网络

人工神经网络(Artificial Neural Network,ANN),简称神经网络(Neural Network,NN)或類神經網絡,在机器学习和认知科学领域,是一种模仿生物神经网络(动物的中樞神經系統,特别是大脑)的结构和功能的数学模型或计算模型,用于对函数进行估计或近似。神经网络由大量的人工神经元联结进行计算。大多数情况下人工神经网络能在外界信息的基础上改变内部结构,是一种自适应系统,通俗的講就是具備學習功能。现代神经网络是一种非线性统计性数据建模工具。典型的神经网络具有以下三个部分:.

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地球模拟器

地球模拟器(Earth Simulator)是2002年3月15日開始運作的矢量型超级计算机,1998年日本科學技術廳(2001年1月6日與文部省合併為文部科學省)投入600億日圓經費,日本原子能研究所(2005年10月1日與日本核燃料開發機構合併為日本原子能研究開發機構)、宇宙航空研究開發機構、海洋研究開發機構共同开发,機體設置於海洋研究開發機構橫濱研究所(位於日本神奈川縣橫濱市金澤區)內。.

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决策场理论

决策场理论(en: Decision Field Theory)是一种分析人类在做决定时的动态认知的理论。这个理论是一个描述人做出决定的过程的认知模型,而不是一个用来判定人应该或者必须将如何决定的理性或者规范的理论。这个理论描述的是一个人的偏好在作出决策前的变化过程,而不是一个偏好的固定状态,所以,这个理论是一个动态而非静态的决策理论。偏好演化的过程,用数学的方式表达为一个称为扩散的随机过程。这个过程可以用来顾及人类在不确定性中如何做出决策,在时间压力下人类的判断会做出怎样的改变,以及选项的内容如何改变人类的偏好。这个模型不仅能分析选项,还能分析最终决定和反馈时间。决策场理论是Jerome R. Busemeyer和James T. Townsend在1993年发表的。决策场理论已知可以解释很多人类选择行为中的谜团,包括一些违反随机占优性、违反随即传递性、违反替代物的独立性、排序对偏好的效果、速度和精确度的互斥效应、可能性和决策时间的负相关性、时间压力下决定的改变和选项与代价之间的偏好倒置等等。决策场理论也向神经科学搭起一座桥梁。近期,决策场理论的作者们开始探索一个称为量子认知模型的新的理论方向。.

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程式語言理論

程式語言理論(Programming language theory,簡稱PLT),是電腦科學的一個旁支,專門研究程式語言的設計,實作,分析和歸類。 Category:電腦科學.

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特征整合论

特征整合论是由 Anne Treisman 和 Gelade 自1980年来发展的一种最有影响的关于人类注意力的认知模型。.

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非線性

#重定向 非線性系統.

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飛行模擬器

飛行模擬器或飛行模擬機〈香港稱為模擬駕駛艙〉是一種儘可能真實地再现或模擬航空器駕駛感觉的系統。飛行模擬器包含了從電子遊戲,到由液壓或電動機驅動,並由最先進的電腦技術所控制的同比例模擬駕駛艙。 飛行模擬器已廣泛地運用於由航空工業設計和研發,以及為民用和軍用飛機做飛行員與機組成員培訓。 工程飛行模擬器也於用航空器製造商用於以下任務:.

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解析解

解析解,又稱為閉式解,是可以用解析表達式來表達的解。 在数学上,如果一个方程或者方程组存在的某些解,是由有限次常见运算的組合给出的形式,则称该方程存在解析解。二次方程的根就是一个解析解的典型例子。在低年级数学的教学当中,解析解也被称为公式解。 当解析解不存在时,比如五次以及更高次的代数方程,则该方程只能用数值分析的方法求解近似值。大多數偏微分方程,尤其是非线性偏微分方程,都只有數值解。 解析表達式的准确含义依赖于何种运算称为常见运算或常见函数。传统上,只有初等函数被看作常见函数(由於初等函數的運算總是獲得初等函數,因此初等函數的運算集合具有閉包性質,所以又稱此種解為閉式解),无穷级数、序列的极限、连分数等都不被看作常见函数。按这种定义,许多累积分布函数无法写成解析表達式。但如果把特殊函数,比如误差函数或gamma函数也看作常见函数,则累积分布函数可以写成解析表達式。 在计算机应用中,这些特殊函数因为大多有现成的数值法实现,它们通常被看作常见运算或常见函数。实际上,在计算机的计算过程中,多数基本函数都是用数值法计算的,所以所谓的基本函数和特殊函数对计算机而言并无区别。 J J J en:Analytical expression ja:解析解.

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計算資源

在計算複雜度理論內,計算資源(Computational resource)的意思是在特定計算模型之下,解決特定問題所要消耗的資源。 最簡單的計算資源是計算時間,計算解決特定問題需要花費的步驟數;以及記憶體空間,定義解決問題時所要花費的空間。不過,也有很多較為複雜的計算資源定義存在。 討論計算資源是非常有用的,因為我們可以用來研究哪些問題可以在給定的計算資源下得到解答。這樣,我們可以決定哪些演算法是最好的,並且有辦法討論演算法的效率。我們稱呼一個包含所有使用特定數量的資源能解決的題目之集合,為一個複雜度類。有關不同的複雜度類之間的關係,是計算複雜性理論內一個非常重要的研究領域。.

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计算科学

计算科学,又称科学计算,是一个与数学模型构建、定量分析方法以及利用计算机来分析和解决科学问题相关的研究领域。在实际应用中,计算科学主要应用於:对各个科学学科中的问题,进行计算机模拟和其他形式的计算。 这一领域不同於计算机科学(对於计算、计算机以及信息处理的研究),同时也异於科学和工程学的传统形式——理论与实验。科学计算技术要想获得理解,主要需要通过在计算机上实现的数学模型进行分析。 科学家和工程师发展了计算机程序和应用软件,来为被研究的系统建立模型,並以多種輸入參數運行這些程序。一般来说,这些模型需要大量的计算(通常为浮点计算),常在超级计算机或分布式计算平台上执行。 数值分析是计算科学中使用的技法的重要基础。.

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计算语言学

計算語言學,亦稱電腦語言學(computational linguistics)是一門跨學科的研究領域,試圖找出自然語言的規律,建立運算模型,最終讓電腦能夠像人類般分析,理解和處理自然語言。 過去,計算語言學的研究一般由專門負責利用電腦處理自然語言的電腦學家進行。由於近年的研究顯示人類語言是超乎想像的複雜,現在的計算語言學研究多由來自不同學科的專家共同進行。一般來說,研究隊伍的成員有電腦學家、語言學家、語言專家(熟悉有關研究項目所要處理的語言的人),以至研究人工智能、認知心理學、數學、邏輯學等的專家。 計算語言學具有理論和應用的成分。理論計算語言學聚焦於理論語言學與認知科學;應用計算語言學聚焦於模擬人類使用語言的實用成果。 對於計算語言學的定義是:……從計算的觀點,以科學方法研究語言的學問。計算語言學家關注於提供各種語言學現象的計算模型。.

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计算机模拟

计算机模拟,又称为计算机仿真,是指用来模拟特定系统之抽象模型的计算机程序。.

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蛋白质折叠

蛋白质折叠(Protein folding)是蛋白质获得其功能性结构和构象的过程。通过这一物理过程,蛋白质从无规则卷曲折叠成特定的功能性三维结构。在从mRNA序列翻译成线性的氨基酸链时,蛋白质都是以去折叠多肽或无规则卷曲的形式存在。 蛋白質的基本單位為胺基酸,而蛋白質的一級結構指的就是其胺基酸序列,蛋白質會由所含胺基酸残基的親水性、疏水性、帶正電、帶負電……等等特性通过残基间的相互作用而摺疊成一立體的三级結構。 根据克里斯琴·B·安芬森(1972年的諾貝爾化學獎得主)的研究,蛋白質可由加熱或置於某些化學環境而变性,三级结构解体;而當環境回復到原本的狀態時,蛋白質可於不到一秒的時間折疊至原先的立體結構,不論試驗幾次,蛋白質都僅此一種立體結構,於是Anfinsen提出一個結論:蛋白质分子的一级结构决定其立體结构。 安芬森的研究结果非常重要,因為蛋白質的功能取決於其立體結構,而目前根据已知某基因序列可翻译获得对应蛋白质的胺基酸序列,既蛋白質的一級結構;如果從蛋白質的一級結構就能知道立體結構,那麼即可直接從基因推测其编码蛋白质所對應的生物学功能。虽然蛋白質可在短時間中從一級結構摺疊至立體結構,研究者卻無法在短時間中從胺基酸序列計算出蛋白质結構,甚至无法得到准确的三维结构。因此,研究蛋白质折叠的过程,可以说是破译“第二遗传密码”——折叠密码(folding code)的过程。 目前蛋白质的再折叠依然遵从先使用胍或脲变性,然后逐渐降低胍或者脲的浓度,也就是逐渐降低对蛋白质天然“回缩”能力的干扰。使其自然回到天然的最低能量状态。只是这个过程无法很好的控制肽链与肽链之间和肽链内部形成错误折叠的干扰。.

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本体 (信息科学)

在计算机科学与信息科学领域,理论上,本体是指一种“形式化的,对于共享概念体系的明确而又详细的说明”。本体提供的是一种共享词表,也就是特定领域之中那些存在着的对象类型或概念及其属性和相互关系;或者说,本体就是一种特殊类型的术语集,具有结构化的特点,且更加适合于在计算机系统之中使用;或者说,本体实际上就是对特定领域之中某套概念及其相互之间关系的形式化表达(formal representation)。本体是人们以自己兴趣领域的知识为素材,运用信息科学的本体论原理而编写出来的。本体一般可以用来针对该领域的属性进行推理,亦可用于定义该领域(也就是对该领域进行建模)。此外,有时人们也会将“本体”称为“本体论”。 作为一种关于现实世界或其中某个组成部分的知识表达形式,本体目前的应用领域包括(但不仅限于):人工智能、语义网、软件工程、 生物医学信息学、图书馆学以及信息架构。.

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数学模型

數學模型是使用數學概念和語言來对一個系統的描述。建立数学模型的过程叫做数学建模。數學模型不只用在自然科學(如物理、生物學、地球科學、大氣科學)和工程学科(如计算机科学,人工智能)上,也用在社會科學(如經濟學、心理學、社會學和政治科學)上;其中,物理學家、工程師、统计学家、運籌學分析家和經濟學家們最常使用數學模型。模型会帮助解释一个系统,研究不同组成部分的影响,以及对行为做出预测。 Eykhoff定義「數學模型」為「對一個現存(或被建構的)系統本質的表述,以能以有用的形式表示出此系統的知識來。」 數學模型可以有許多種的形式,不只限定在動態系統、概率模型、微分方程或賽局模型而已。不同的模型可能有相同的形式,同一個模型也可能包含了不同的抽象結構。.

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