dieSimulationen

Die Simulationen sind Modelle zur Abbildung realer oder hypothetischer Systeme, die durch rechnerische Verfahren zeitliche Abläufe nachbilden. Ziel ist es, das Verhalten unter unterschiedlichen Bedingungen zu untersuchen, Vorhersagen zu treffen und Hypothesen zu prüfen, ohne reale Experimente durchführen zu müssen. Computerbasierte Simulationen verwenden mathematische Modelle, Algorithmen und Daten, um das Systemverhalten zu reproduzieren.

Es gibt verschiedene Typen von Simulationen: numerische Simulationen, stochastische Simulationen (z. B. Monte-Carlo-Verfahren), agentenbasierte Simulationen, ereignisdiskrete Simulationen sowie spezialisierte Verfahren wie das finite-Elemente-Verfahren (FEM) oder Computational Fluid Dynamics (CFD). Die Wahl des Typs hängt von der Fragestellung, der Komplexität des Systems und der verfügbaren Daten ab.

Anwendungsfelder umfassen Natur- und Ingenieurwissenschaften, Medizin, Wirtschaft, Soziologie, Epidemiologie, Umwelt- und Klimaforschung, Verkehrsplanung und Logistik. Typische Einsatzszenarien sind Prognosen, Risikobewertungen, Optimierungen und das Verständnis dynamischer Prozesse.

Der Simulationsprozess umfasst Modellierung, Kalibrierung, Verifikation und Validierung, Durchführung von Experimenten und Auswertung der Ergebnisse. Wichtige Bestandteile sind die Dokumentation, Reproduzierbarkeit und Sensitivitätsanalysen, um die Zuverlässigkeit der Ergebnisse einzuschätzen.

Vorteile von Simulationen liegen in der sicheren Untersuchung von riskanten oder teuren Experimenten, der Kostenersparnis, der Reproduzierbarkeit und der Fähigkeit, verschiedene Szenarien schnell zu vergleichen. Einschränkungen ergeben sich durch Modellannahmen, Datenqualität, Rechenaufwand sowie Unsicherheit in den Ergebnissen.

Historisch entstanden Computer-Simulationen in der Mitte des 20. Jahrhunderts, besonders im Zusammenhang mit Monte-Carlo-Verfahren, Meteorologie und Physik. Heute spielen Verifikation, Validierung und dokumentierte Vorgehensweisen eine zentrale Rolle.