المحاضرة الأولى - converted (2).pdf

‫ما هو الحافز للقيام بعملية النمذجة و المحاكاة‬ ‫النمذجة والمحاكاة لألنظمة الحيوية‬ ‫لألنظمة الحيوية؟‬ ‫من نوطة الدكتورة رنا حدّاد‬...

‫ما هو الحافز للقيام بعملية النمذجة و المحاكاة‬ ‫النمذجة والمحاكاة لألنظمة الحيوية‬ ‫لألنظمة الحيوية؟‬ ‫من نوطة الدكتورة رنا حدّاد‬ ‫ األنظمة الحيوية معقدة جدا ّ‬ ‫تعاريف بعض المصطلحات‬ ‫ يمكن تبسيطها و تجربة الفرضيات المقترحة من خالل‬ ‫ النظام‪(system) :‬‬ ‫النمذجة‬ ‫هو مجموعة من األجسام المترابطة و العالقة التي تربط بين‬ ‫ الدراسة التجريبية غير قادرة على التزويد ببيانات كافية من‬ ‫هذه األجسام‬ ‫أجل التفسير النظري‬ ‫ البحث النظري ال يستطيع التنبؤ بنتائج التجارب‬ ‫ النمذجة‪(modeling) :‬‬ ‫ لذلك‪:‬‬ ‫هي دراسة و تحليل النظام المدروس من خالل إنشاء نموذج‪،‬‬ ‫البد من الربط بين العالم الحقيقي و المبادئ الرياضية‬ ‫بغرض دراسة خواص هذا النموذج أو التنبؤ بسلوكه‬ ‫النظرية و التجربة‬ ‫عن طريق النمذجة و المحاكاة‬ ‫أنواع النماذج‬ ‫تعاريف بعض المصطلحات‬ ‫ النموذج الرياضي )‪(Mathematical model‬‬ ‫ النموذج )‪(model‬‬ ‫يمثل عملية وصف للنظام المقترح دراسته‬ ‫– النموذج التحليلي )‪)Analytical model‬‬ ‫ المحاكاة )‪(simulation‬‬ ‫– النموذج العددي )‪(Numerical model‬‬ ‫هي عبارة عن إيجاد حلول للنموذج المعطى الذي حصلنا عليه‬ ‫بالطريقة المباشرة للنمذجة‪.‬‬ ‫فوائد النموذج البيولوجي‪ /‬الفيزيولوجي‬ ‫مبدأ تشكيل النموذج و عملية النمذجة‬ ‫‪.1‬فهم النظام (الموضوع)البيولوجي الحقيقي الذي ال يمكن فهمه مباشرة‬ ‫أو ال يمكن أخذ قياسات مباشرة عليه‪.‬‬ ‫‪.2‬تخمين حالة النظام في المستقبل‪.‬‬ ‫‪.3‬التحكم بالنظام أي فرض شروط وقيود على عمل النظام للحصول‬ ‫على االستجابة المطلوبة‪.‬‬ ‫‪.4‬دراسة أثر الضجيج أو التشويش على النظام وعلى عناصره‪.‬‬ ‫‪.5‬تصميم واجراء تجارب ال يمكن إجراؤها على النظام الحقيقي‪.‬‬  ‫خطوات المحاكاة بواسطة الحاسوب‬ ‫‪Computer simulation‬‬ ‫عملية بناء النموذج و تقييمه‬ ‫إنشاء نموذج لنظام حقيقي أو مقترح‬ ‫‪.1‬‬ ‫إيجاد الحل العددي للنموذج المقترح باستخدام برامج حاسوبية‬ ‫‪.2‬‬ ‫خاصة أو عامة‪.‬‬ ‫تجريب قيم الدخل الواقعية (المقاسة من النظام الواقعي) لهذا‬ ‫‪.3‬‬ ‫النموذج‪.‬‬ ‫تشكيل مجاالت لتوزيعات قيم الدخل بشكل عشوائي‬ ‫‪.4‬‬ ‫دراسة تأثير و سلوك متغيرات قيم الدخل على النموذج المقترح‬ ‫‪.5‬‬ ‫اختيار النموذج األفضل‬ ‫‪.6‬‬ ‫متى يكون استخدام المحاكاة غير مناسب؟‬ ‫متى يكون استخدام المحاكاة مناسباً؟‬ ‫ عندما يكون النظام معقدا ً جدا ً للحلول التحليلية‪.‬‬ ‫ عندما تكون القضية المدروسة بسيطة جدا ً‪.‬‬ ‫ في حال الرغبة بدراسة معلومات عن التغيرات التي يمكن أن تطرأ على‬ ‫بارامترات النظام أو البيئة المحيطة‪.‬‬ ‫ إمكانية إيجاد الحل التحليلي بسهولة‪.‬‬ ‫ عند استطاعة التجريب العملي المباشر على النظام بشرط أن يكون غير‬ ‫ لتمييز العناصر األساسية التي تؤثر على أداء نموذج ما‪.‬‬ ‫مكلف‪.‬‬ ‫ لتفسير وتوضيح النماذج التحليلية‪.‬‬ ‫ في حال عدم توفر البيانات األساسية للمحاكاة‬ ‫ للتجريب على الحاالت التي ال يمكن أن تختبر على الواقع‪.‬‬ ‫ عندما تكون المشكلة معقدة جدا ً جدا ً جدا ً‪.‬‬ ‫ إلظهار أداء النظام باستخدام تقنيات الحاسب بإظهار الحركات و غيرها‪.‬‬ ‫ما هي سيئات المحاكاة؟‬ ‫ما هي فوائد المحاكاة؟‬ ‫ بعض النماذج تستهلك وقتا ً كبيرا ً في المحاكاة‬ ‫ العديد من أنظمة العالم الحقيقي المعقدة تمتلك خاصيات‬ ‫ إن أي نموذج محاكاة يزود فقط بتوقعات عن أداء النظام‬ ‫عشوائية مما يجعل استخدام الطرق التحليلية صعبة و غير‬ ‫ الحل المنتقى هو أفضل حل بالنسبة لمجموعة النماذج البديلة‬ ‫قابلة للحل‬ ‫و ليس األفضل بالشكل المطلق‬ ‫ مشاريع المحاكاة في الكثير من األحيان تعطي نتائج رائعة‬ ‫ تقييم أداء النماذج المقترحة‬ ‫حتى عندما يكون النموذج غير صحيح‪ ،‬و هذا يؤدي إلى ثقة‬ ‫ مقارنة العديد من النماذج البديلة‬ ‫ال مبرر لها في الحل الناتج‪.‬‬