Source: https://web.math.utk.edu/~vasili/va/descr/

Computational Science driver Science via Computation. Det har nå blitt den tredje modusen for vitenskapelig forskning, som utfyller teori og eksperiment. Takket være de enorme fremskrittene innen datakraft, kan stadig mer kompliserte og realistiske prosesser nå simuleres beregningsmessig.

Design, prototyping, optimalisering og kontroll av teknologiske prosesser avhenger av grunnleggende forståelse av fenomenene involvert, deres interaksjoner og følsomhet for parametere. Disse kan studeres veldig effektivt via datasimuleringer basert på matematiske modeller som uttrykker fysiske prinsipper.

  • Modellering : Det første trinnet er “matematiseringen” av prosessen, nemlig utviklingen av en matematisk modell av den fysiske prosessen. Det er ofte det desidert vanskeligste.
  • Analyse : Da kan hele arsenalet av matematiske verktøy brukes til å analysere og forstå de grunnleggende egenskapene til den matematiske modellen og forsøke å forutsi dens oppførsel. Det er her teoretiske problemstillinger (eksistens, unikhet, stabilitet av løsninger) blir viktige, og ofte genererer utfordrende problemer for teoretisk matematisk forskning.
  • Scientific Computing kommer deretter inn i bildet, for å utvikle passende og effektive numeriske metoder for det matematiske problemet.
  • Programmering : Algoritmene er implementert i et dataspråk på høyt nivå (Fortran, C, C++).
  • Verifikasjon : Datakoden testes omfattende på problemer/prosesser med kjent løsning/atferd. Bugs blir rettet og koden testes om og om igjen.
  • Optimalisering : Datamaskinkoden er optimalisert for robusthet, stabilitet og effektivitet.
  • Parallellisering : Realistiske problemer er vanligvis svært krevende beregningsmessig, så parallellisering av koden er nødvendig for å kjøre på klynger av multiprosessorer og/eller mange nettverksbaserte datamaskiner samtidig.
  • Validering : Det siste avgjørende trinnet er validering av modellen, ved å simulere en prosess og sammenligne resultatene av numeriske simuleringer med eksperimentelle målinger. Det kan kreve flere gjentakelser av alle trinnene ovenfor!