Thê nào ^ọi là mơ hình hố
Mơ hinh hố là sứ dụng cái khơng giống với đoi tượng nghiên cứu (mơ hinh) đe
ng hi ên c ím diễn biên và đặc tính cùa hệ thống được nghi ên c ứu, từ này đ ồ n g nghĩa với
"thực nghiệm mơ hình”.
v ề loại cơng cụ mà mơ hình sứ dụng và ý nghĩa dùng chúng để tiến hành thực nghiệm mơ hình đã nĩi ờ tiết thứ nhất của chương này. Trong số những loại cơng cụ mơ hình thi tính năng cùa máy tính là tốt nhất, nhất là những năm gần đây, sự phát triển nhảy vọt cua máy tính điện tứ, dùnu máy tính để tiến hành thục nghiệm mơ hình đã trớ thành phổ biến, do đĩ cĩ thế nĩi ngày nay là thời dại cúa mơ hình hố tức là "sử dụng máy tính điện tử tiến hành thực nuhiệm mơ hình".
Mục đích cùa mỏ hình hoir. Mơ hình hố đại thể cĩ hai mục đích (cơng dụng)
chính: một là giám định giá thiết khoa học. hai là thực nghiệm thay cho vật thực. Mục đích đầu chú yếu là cơnu dụnu \ ồ mặt nuhièn cíai. Rất nhiều mơ hình làm ra trong quá
trình nghiên círu cĩ thê khơnu hồn thiện, cĩ nhữnu điêm khịnu rõ ràng bị "chơn vùi" tronu những cià thuyết khoa học cua các nhà nuhièn cứii. Dùim máy tinh doi với mị hinh cĩ nhũmu uiá thiết khoa học nà\. doi chicu kốl quá thực nghiệm với nhữni; hiện tirợng đã hict ơ hệ thont> thực té. cỏ tlic phán dốn dược tính hạp Iv \ à tính chính xác cùa nhừim già thuyết ấy. Khơnu nhĩrntỉ thế, cịn cĩ thể dựa vào sự quan sát kốl qua đối
chicu. đê sứa lại uia thuyct hay uợi V cho n h ừ n a dề tài nuhicMi c ứu mứi khi so s ánh với
thực tế.
v ề thực nghiệm thav cho vật thực, chù yếu là nhữnt; van dè vồ mặt ứnu dụnu. ơ đây cần lấy mị hình đánu tin cậy làm tiền đè. Cĩ khi chúnu ta niihĩ dền một thịng tin írnu dụniz cua hệ thonu nào dỏ. nhưnu vì lý do kinh tế. kỹ thuật, an tồn hay mơi trườnu mà khơnti thể tiến hành thực nghiệm trên hệ thống vật thực được. Thí dụ đc rmhiêii cứu phươníỉ pháp phịng trừ nấm bệnh dạo ơn lúa. tìm hiểu phươntĩ thức lan triiyèn trong phạm vi lớn cùa loại nấm này. trong thực tế khơng cho phép thứ nghiệm lồi nấm này ờ bất kỳ vùng ruộng nước nào. Hoặc khi lấy cày trồng cĩ hình thái dcặc thù chưa cĩ trong thực te làm mục tiêu tạo tíiống, khơnu thế dùníỉ vật thực để thực nuhiệm hiệu suất quaim hợp; khi ntihicMi cứu các phan ứng khác nhau cùa hệ sinh thái ơ các điều kiện khí hậu nhân tạo. tu y về m ặ t kv th u ậ t cĩ thê làm ơ mức nào đỏ. nhưim cần phai chi phí rất lớn và ton nhiều thừi gian, trên thực tc là chưa thê làni được. Doi \'ứi nhữim vân dồ như thố (nếu cĩ dược mơ hinh ứng dụng phù hợp), phát huy tác dụniỉ nhất vẫn là thực ntihiệm mỏ hình hố bàim máy tính.
Phương pháp tốn học và mơ hình máy tính
Phương pháp xứ lý tốn học (giái tích), theo nghĩa rộnu cũng là một loại mơ hình hố trên uiấy, ờ đày nĩi rõ thêm một bước phương pháp tốn học sằn cỏ, tại sao cịn can dùng máy tính tiến hành mơ hinh hố.
Lĩnh vực cun tinh hằng .vớ: Hệ thống được nghiên cứu thơng qua các biốu thức tốn
học. thịng tin dược xứ lý bang giái tích tốn học cĩ tính phị biên nhàt và dám bao dợ chính xác. Nhưng phạm vi những vấn đề tìm dược nghiệm bantỉ xử lý giái tích lại rất hẹp. hầu như khơng lường trước được. Phài cĩ đầy đú các điều kiện chặt chẽ sau dây mới dùng được phưưng pháp giải tích đề tìm nghiệm:
1. Phương trình dạng tuyến tính
2. Phải là từ bậc 4 trở xuốnu (trong vịng 4 biến so).
Nếu khơng thố mãn được 2 điều kiện này. thì chi cĩ thế dựa vào các "phương pháp tính tốn trị số", ngồi ra khơng cịn biện pháp nào khác.
Dù là mơ hình hố thoả mãn được điều kiện như vậy, nếu là bậc 3, bậc 4, thì nghiệm tìm được cũng hết sức phức tạp. đã như thế mà cứ tiếp tục tiến hành giài tích tìm nghiệm thì rất tốn cơng sức.
" T im nghiộiTi b ằ n g g iả i t íc h " n ĩ i ớ đ â y tứ c là tr ir ờ n g h ợ p th ơ n g số (a i, a i, . . . a „ i r ) cùa
( ì i á i p h ư ư n u trinh v ổ n c ĩ c u a hộ t h ỗ n e . m ộ l b i é n s ố \ I n à o d ĩ b i ê u thị " d ạ n g h i ệ n "
cua các th ơ im số hệ th ố im và c ln i\ C'n \ ;'ui.
Ỵ| fi (ai . a: .... a„. t) (42)
Nêu dạng liàin sỗ \ ố phai cua plnranu trình nà> uiaii dơn, thi cỏ thỏ thu dược một
su i h ơ i m lin v è q u y l uậl t ơ n u q u á i , ihí dii: d i c u k i ệ n dC' c h o y, trcT t h à n h c ự c dại là ai =
0.5 ai' 0, ai tănu lớn lên thi \, eiam theo hàm số luỹ thừa... Nhirnu nếu khi dạntỉ hàm sỗ \ ế phai rất phức tạp. cho ai tănLỉ lịn. chưa hiốt chảc y, lănu hay uiam, trirờnt’ hợp này can dưa các trị số cụ ihc a|. íb. a;.... an \ ào tính lốn. cũim tức là phai lặp di lặp lại nhiều lần trị số mtVi làm rị dược "xu lliố" cua hiệu qua a,. 0 dây. tim ntỉhiệm bănti giài tích cìinu rất khĩ khăn. Nĩi tĩm lại. tìm nghiệm cua hệ ihống tương dối phức tạp. vì thế áp dụng cách tính tốn irị số là con dườim tốt nhất, nuồi ra khỏnu cĩ cách nào khác.
Tinh hchiiỊ sổ và máy lính íỉiện lư: Nliữim phương pháp tính tốn trị số cĩ quan hệ
mật ihict với việc mơ hình hố là phirơnu pháp ỉlonc (ỉlorncr). phương pháp Graep
( ( ìraetĩc). plurưnu p h á p ỉĩ cs tàu (lỉairstcnv) giai p h ư ơ ng trình bậc cao; dối với hệ p h ươ n g
trinh nhièu bicn so thi cỏ phirưnti pháp khư. phươnu pháp Gao-Sây dcn (Gauss - Scidcl). pliirơim pháp dàim là; dối \ ới phirơnu trinh vi phân thirờna. cỏ phương pháp Runge - Kutta. \ . V . . . Nhĩrnu phươim pháp này về mặt lý luận đồu cĩ thế tính bằnu tay. Dồnu ihời. mọi việc tính I(.)án trị sồ phần nhicii cần nhữim thu tục lirơni: dồi phức tạp. hộ thốim cànu phức tạp thì lượni’ tinh tốii càiiíi lớn. Nhất là \ ới ilụrc imliiộm mơ hinli hcá. vốn dĩ cĩ dặc diêm nliièu loại hình tốn Iroiii: mơ hình, thườiiii kịm theo một khối lirựim lính tdán lặp di lặp lại hct sức lớn, Tính tốn bànt’ tay tắl nhiên cũng dược, nhưng trẽn thực tố hêt sức chậm. N<zày nay, da sơ các Iilià nghiơn cứu dêu cĩ liên hộ vứi irunu tâm tính tốn nào dỏ, họ hồn tồii khõnu phai lự tay minh tính tốn trị số. hết tháy đều nhờ máy tính diện tir.
Máy linh chừ so và may linh nio lìiiilì hồ. Má\ tính diện tư dược coi là cịng cụ tot
nhất cho việc mơ liinỉi hoa. cĩ ihị chia ra làm hai loại: máy tính chữ so (Dieital) \ à máy tính niơ hinh hố (Anali)u). 1 lo iu thực imhiệni mơ hinli hố hộ sinh thái nC'ii chọn loại nào. hiện nay vẫn chưa xác dịnh. f)ứng vè ucSc dộ cùa kiêu mơ hình hố, so sánh tính nănư cua máy tính, sau này sẽ nĩi đcMi. nhưnu việc chọn máy tính, ngồi việc xét tính Iiãiii; cua no ra. mấu chốt vẫn là vấn dè loại máv lính nào dùim thuận tiện hơn. Ncu chi nhìn vào số lượn” máy tính, thì kiịii mơ hình hố khơnu khác với kiếu chữ số. nhưng nĩ íhiơn \ ề hơ mơn kỹ thuậl học và pliần nhiều do cá nhân sir dụim.
Má> tính kiêu chữ số cĩ sỏ imười sử dụim tănu lẽn rắt nhanh. 0 đày chu yốu nĩi \'è máy lính kiơii mơ hình hố.
( au tríic và cách sir ciiiiií^ IIIÚV lính kiẽti m ơ hình hố:
Má\ liiili kiêu mị hinh lnìá dược phát lriC'ii lừ thict kố ináv giai tích phirưng trình vi
trình vi phân, cho nên cĩ thể dự kiến là việc sừ dụng máy tính kiểu mơ hình hố trong lĩnh vực nghiên cứu sinh thái sẽ ngày càng tãng. ờ đây chi nêu những điều tối thiếu \’ề máy tính kiểu mơ hình hố.
ưu điếm của máy linh kiêu mỏ hình hố