Arvutusmudelid

Arvutusmudelid on reaalsüsteemide või -protsesside abstraktsioonid, mis kirjeldavad nende käitumist matemaatiliste võrrandite, algoritmide ja andmete abil. Need võimaldavad mõista, ennustada ja võrrelda erinevaid stsenaariume, ilma et oleks vaja katsetada reaalses maailmas.

Mudelitüübid hõlmavad deterministlikke ja stohastilisi mudelid. Deteministlikus mudelis annavad samad sisendtingimused alati sama väljundi; stohastiline mudel kaasab ebakindlust ja toodab tulemuseks tõenäosusjaotused. Kasutusvaldkonnad ja rakendus võivad olla mehhaanilised või füüsikaliselt põhinevad, empirilised ehk andmekeskised ning mudelid võivad olla pidevad või diskreetsed ning analüütilised või numbrilised.

Sissejuhatavad komponendid hõlmavad muutujad, parameetrid, põhivõrrandid (diferentsiaal- või algebrailised võrrandid), ning alg- ja piiritingimusi koos sobivate andmetega. Arendusprotsess hõlmab probleemi vormistamist, kontseptuaalse mudeli loomist, matemaatilist vormistamist, implementatsiooni ja koodimist, kalibreerimist ja parametreerimist, valideerimist ja verifikatsiooni, tundlikkuse analüüsi ning scenariotegevust. Ebakindlus ja hinnangud tuleb süsteemselt hinnata ning mudeli tulemusi võrrelda reaalse andmestikuga.

Rakendused ilmnevad inseneriteadustes, füüsikas, ökoloogias, epidemioloogias, majanduses ning kliima- ja sotsiaalteadustes. Eelised hõlmavad võimet testida mõjusid, teha prognoose ja hinnata kuluefektiivsust; piirangud hõlmavad lihtsustusi, andmekihti ja mudelriski. Näited: kliimamudelid, SIR-epidemioloogiamudelid, elektrivõrgu laadivoodude mudelid ning finite-element analüüs. Tarkvara hõlmab MATLAB-i, Pythoni, R-i ja spetsialiseeritud simulatsioonisüsteeme. Hea tava hõlmab dokumenteerimist, läbipaistvust, reprodutseeritavust ning mudeli pidevat hooldust ja uuendusi.