说“数学建模和数值模拟”是否冗长而多余?

计算科学 模拟 造型 术语 写作
2021-12-22 01:26:50

我在我的网站上描述了一些工作,我想知道我的数学建模和计算机模拟工作是否描述得很好:我说

数学建模和数值模拟。

我应该说“模拟”并省略“数字”部分,因为它被理解了吗?

“数学建模”呢?我看到有些人使用术语“计算建模”或“数值建模”。

2个回答

显而易见的答案是“视情况而定”。但是,它没有帮助。

我当然会把数学建模和实际数值模拟的工作分开。有时在两者之间划清界限可能有点困难,但我认为这通常是可能的。因此,通过在数学建模和数值模拟中使用工作 似乎并不多余,并且实际上捕获了正确的关键字。

但是,如果您需要一个非常短的句子,使用“一揽子”短语,则该站点的实际名称可能会起作用因为这几乎是我们计算科学家所做的:我们对数学模型进行数值模拟,通常描述一些实际现象。


更详细地说:

这涉及到我自己对术语的解释和分离,以及我熟悉的一个特定的描述性示例。

数学建模,我将使用这个术语来解决您的工作中专注于分析、推导和改进描述某些系统或过程的模型的数学描述的部分。这也将与维基百科的定义保持一致

数值模拟,使用某些数值方法进行模拟,通常(现在,一直)使用计算机系统。这从采用某个数学模型开始,评估其在数值模拟中的可行性(问题设置、问题规模、计算资源)。

例如,您从麦克斯韦方程(在某种程度上描述物理现象)开始,并将它们应用于特定条件。特别是,例如,用于磁准静态的表面电场积分方程公式公式推导(在一定的假设下)是对应于数学建模的部分工作。

现在,为了验证这个公式并在实际示例(电感提取)中展示其优势,您可以对其进行数值求解(有限差分、有限元法、边界元法等)。这部分对应于数值模拟方面。

对我来说,从现实到模拟有一个清晰的层次结构。第一步是尽可能多地理解现实,并为这个现实提出一个模型,通常不需要正式写下方程式。您定义所涉及的物理/化学/生物/...过程。在这一步中,您已经引入了一个错误:您永远无法对整个现实进行建模(您为模型设置了边界),也永远无法对最微小的细节进行建模。第一步的结果就是我所说的概念模型。

在第二步中,您尝试推导或应用现有的数学模型(即方程)来管理您的概念模型的物理/化学/生物学/...。这再次引入了错误,因为数学模型并不总是能捕捉到完整的物理/化学/生物学。

在第三步中,您应用算法来求解您的数学模型(可以是 PDE、ODE、非线性方程、优化等的任意组合)。而且,当然,在这里你也会引入错误,因为你通常离散时间、空间、能量,......

现实与概念模型之间的比较有时称为“模型限定”。这通常通过语言和专家判断来完成:“我们需要考虑这种影响吗?” “这个参数重要吗?”。用于此的一种技术是PIRT(现象识别和排名表)方法。

数学方程和标准解(通常称为制造解)之间的比较称为验证(您验证算法是否充分解决了数学方程)。验证不会告诉您数学模型的解如何代表现实,但它会告诉您数值算法是否能够胜任工作(例如,使用显式方法求解一组刚性 ODE 将是一个糟糕的选择)。

为了声称您的模型具有预测能力(即它能够预测现实),您需要验证实验,将实验数据与模拟的预测进行比较。这称为“模型验证”。

Oberkampf、Trucano 和 Hirsch 撰写的关于计算工程和物理学的验证、验证和预测能力是一篇非常值得阅读的报告。

所以是的,对我来说,“数学建模”和“数值模拟”之间有明显的区别。