Wetenskap berus op Computer Modellering - So wat gebeur as dit verkeerd gaan?

Wetenskap berus op Computer Modellering - So wat gebeur as dit verkeerd gaan?

Van die transformerende ontdekking van penisillien na die teorieë van relatiwiteit en kwantummeganika, het die wetenskap met vernuftige spoed gevorder, selfs voordat daar rekenaars was. Baie hiervan val neer op die robuustheid van die wetenskaplike metode: wetenskaplike resultate word gevalideer deur replikasie en uitbreiding deur ander wetenskaplikes.

Maar die manier waarop ons wetenskap doen, verander - ons vertrou nou meer op komplekse rekenaarmodelle om die natuur te verstaan. En dit blyk dat hierdie modelle byna onmoontlik kan wees om voort te plant - wat beteken dat 'n belangrike raakpunt van die wetenskap uitgedaag word. So, wat is die real-world gevolge van hierdie verandering en wat kan ons daaraan doen?

Voor-moderne wetenskap - bekend as "natuurlike filosofie" - was empiries. Empiriese wetenskap gebruik vorige waarnemings om voorspellings oor die toekoms te maak, wat dan getoets kan word. Tycho Brahe, 'n 16-eeuse Deense sterrekundige, het daarin geslaag om akkurate en omvattende observasies van die hemele te maak.

Die moderne wetenskap is egter teoretiese. Teoretiese wetenskap maak ook voorspellings, maar dit is afgelei hulle uit wiskundige modelle eerder as uit vorige waarnemings. Dink aan bewegingswette Isaac Newton se, soos die inverse vierkantige gravitasiewet.

Byvoorbeeld, daar is 'n vergelyking wat die baan van die Aarde om die son beskryf. Hierdie vergelyking kan gebruik word om 'n rekenaarmodel te bou waarin jy sekere veranderlikes kan koppel en sien hoe die oplossing verander. U kan net 'n toekomstige datum invoeg en die posisie van die Aarde op daardie datum aflees. Jy kan ook dieselfde program gebruik om ander planeetstelsels te modelleer - dit is alles op dieselfde wiskunde gebaseer. Al wat jy hoef te doen is om verskillende massas en verskillende ander eienskappe van die betrokke liggame in te prop.

Sulke wiskundige vergelykings is wonderlik wanneer hulle beskikbaar is - maar dikwels is dit nie. Byvoorbeeld, ons weet dat daar geen eenvoudige vergelyking is wat die sogenaamde "drie-liggaam probleem", Wat beskryf drie liggame wentel rondom en beïnvloed mekaar deur gravitasiekragte - soos die maan, aarde en son.

Baie van die huidige wetenskap handel oor selfs meer ingewikkelde stelsels, en het ook nie presiese oplossings nie. Sulke modelle moet "berekenings" wees - beskryf hoe 'n stelsel van een oomblik na die volgende verander. Maar daar is geen manier om die presiese toestand op 'n sekere tyd in die toekoms te bepaal nie, behalwe deur die evolusie só te simuleer. Weervoorspelling is 'n bekende voorbeeld; Tot die koms van rekenaars in die 1950's, was dit onmoontlik om toekomstige weer vinniger te voorspel as wat dit eintlik gebeur het.

Huidige wetenskap bestaan ​​gewoonlik uit die ontwerp van 'n wiskundige model wat 'n ingewikkelde stelsel beskryf, dan omskep in 'n rekenaar simulasie, en die simulasie uitvoer om voorspellings te maak om die model te valideer.

Wanneer modellering misluk

Modellering word oor wetenskaplike velde gebruik - wat wissel van astrofisika en Climate Prediction tot bioinformatika en ekonomie. Maar daar is toenemende debat oor die feit dat hierdie wetenskap moeilik is om deur middel van voortplanting te valideer.

Dit blyk dat die blootstelling van eksperimentele metodes in woorde nie genoeg is nie. Dit is deels omdat natuurlike tale soos Engels net te vaag is om die berekeninge presies te beskryf. Daar is immers 'n rede waarom programmeerders programmeertale gebruik. Een van die grootste uitdagings in sagteware-ontwikkeling is om vae vereistes te omskep in presiese spesifikasies van gedrag.

Mense - selfs wetenskaplikes - is onmoontlik. Die omskakeling van enige inligting in 'n program stel byna altyd foute op die pad. Byvoorbeeld, baie wetenskaplikes is afhanklik van data-eksplorasie-gereedskap soos sigblaaie, wat ontwerp is vir gemak en nie vir robuustheid nie. Dit is baie maklik om die verkeerde reeks selle in 'n sigblad op te som, sonder om enige waarskuwings te kry. Dit was een van die metodologiese gebreke in 'n koerant wat die Amerikaanse Republikeinse Party gebruik het om hul beleidsmaatreëls op te stel.

Net so a onlangse studie Op die 15,770-sigblaaie wat tydens die ondersoek na die Amerikaanse korporasie Enron bekend gemaak is, het 24% van die sigblaaie wat ten minste een formule bevat, duidelike foute gehad, soos die optel van leë selle.

In die natuurwetenskappe, die Mars Klimaat Observer, 'n ruimtestudie wat in 1998 geloods is om die klimaat op Mars te bestudeer, is 'n jaar later verlore geraak omdat een deel van die kontrolesoftware verkeerdelik imperiale in plaas van metrieke eenhede gebruik het. Nog 'n studie van nege onafhanklike implementering van dieselfde Geowetenskap eksperiment - met behulp van dieselfde dataset, algoritmes, en programmeertaal - het baie min ooreenkoms in die resultate wat verkry is.

Daarbenewens kan die leser van 'n navorsingsdokument die skrywer se presiese betekenis suksesvol interpreteer en dit foutloos in 'n program vertaal. Daar is steeds slaggate in die uitvoering daarvan. Een besonder moeilike klas probleme ontstaan ​​uit hoe rekenaars hanteer getalle: hoewel hulle heelgetalle soos 42 en -17 kan manipuleer met perfekte akkuraatheid, kan standaard tegnieke vir die manipulering van reële getalle soos π≈3.14 en √2≈1.414 slegs benaderde akkuraatheid toelaat. Hierdie benaderings beteken dat skynbare ekwivalente maniere om dieselfde waarde te kan bereken lewer verskillende resultate op.

So, wat kan gedoen word? As selfs kundige sagteware-ontwikkelaars nie betroubare sagteware kan lewer nie, watter hoop is daar vir amateurprogrammeerders soos wetenskaplikes?

Een reël van die werk is om gereedskap te produseer vir die ontwerp van "domein spesifieke" programmeringstale, elkeen wat aangepas is vir 'n spesifieke klas probleem, soos die gedrag van agente in ekonomiese markte of die verspreiding van dwelms oor selle. Hierdie doelwitte stel dit baie makliker vir spesialiste om berekeninge direk in bekende terme te beskryf, eerder as om hulle indirek te kodeer in 'n algemene doelprogrammeertaal.

'N Tweede benadering beoog om meer ekspressiewe, maar steeds gebruikersvriendelike "tipe stelsels" vir programme te ontwerp. Dit sal dit makliker maak om "dom" foute, soos leë selle in sigblaaie, te gebruik of waardes in verskillende eenhede op te tel. Dit kan egter nie alle logiese foute uitsluit nie. 'N Derde lyn is om bruikbare biblioteke van kode vir presiese rekenkunde te ontwikkel en die probleme van benadering te vermy.

Daar is elke kans dat hierdie benaderings kan help om die probleem vorentoe te herstel, of ten minste 'n deel van die risiko uit te skakel. Die wêreld het immers wetenskap en wetenskaplikes benodig rekenaars. Dit sal waarskynlik nie binnekort verander nie.

Oor Die Skrywer

Jeremy Gibbons, professor in rekenaarwetenskap, Universiteit van Oxford. Hoof van die Programmeringstale-navorsings tema.

Hierdie artikel het oorspronklik verskyn op Die gesprek

Verwante Book:

InnerSelf Market

Amazon

enafarzh-CNzh-TWdanltlfifrdeiwhihuiditjakomsnofaplptruesswsvthtrukurvi

volg InnerSelf op

facebook-ikoonTwitter-ikoonYouTube-ikooninstagram-ikoonpintrest-ikoonrss-ikoon

 Kry die nuutste per e-pos

Weeklikse Tydskrif Daaglikse Inspirasie

GETUIENIS

Blou water omring deur dooie wit gras
Kaart volg 30 jaar se uiterste sneeusmelting regoor die VSA
by Mikayla Mace-Arizona
'N Nuwe kaart van uiterste sneeusmeltgebeurtenisse die afgelope 30 jaar verduidelik die prosesse wat vinnige smelting veroorsaak.
Wit see -ys in blou water met die sonsondergang weerspieël in die water
Die bevrore gebiede van die aarde krimp jaarliks ​​33K vierkante myl
by Texas A & M Universiteit
Die aarde se kriosfeer krimp jaarliks ​​met 33,000 87,000 vierkante kilometer.
wind turbines
'N Omstrede Amerikaanse boek voed klimaatsontkenning in Australië. Die sentrale eis daarvan is waar, maar tog nie ter sake nie
by Ian Lowe, emeritus professor, Skool vir Natuurwetenskap, Griffith Universiteit
My hart het verlede week gesak om te sien dat die konserwatiewe Australiese kommentator Alan Jones 'n omstrede boek oor ...
beeld
Reuters se warm lys van klimaatwetenskaplikes is geografies skeef: waarom dit saak maak
by Nina Hunter, nadoktorale navorser, Universiteit van KwaZulu-Natal
Die Reuters-lys van 'die wêreld se beste klimaatwetenskaplikes' veroorsaak 'n storm in die klimaatsveranderingsgemeenskap. Reuters ...
'N Persoon hou 'n dop in hul hand in blou water
Antieke skulpe dui daarop dat hoë CO2-vlakke kan terugkeer
by Leslie Lee-Texas A&M
Volgens twee metodes om klein organismes wat in sedimentkern vanaf die diep seebodem voorkom, te ontleed, het navorsers beraam dat ...
beeld
Matt Canavan het voorgestel dat die verkoue beteken dat aardverwarming nie werklik is nie. Ons kry hierdie en twee ander klimaatsmites
by Nerilie Abram, professor; LNR Toekomstige Genoot; Hoofondersoeker vir die ARC Centre of Excellence for Climate Extremes; Adjunkdirekteur vir die Australiese Sentrum vir Uitnemendheid in Antarktiese Wetenskap, die Australiese Nasionale Universiteit
Senator Matt Canavan het gister baie oogballe laat draai toe hy foto's van sneeutonele in die streek Nieu-Suid getwiet het ...
Ekosisteemwagters alarm vir die oseane
by Tim Radford
Seevoëls staan ​​bekend as ekosisteemwagters, wat waarsku teen verlies aan mariene. Namate hul getalle daal, kan die rykdom van die ...
Waarom see-otters klimaatstryders is
Waarom see-otters klimaatstryders is
by Zak Smith
Behalwe dat dit een van die oulikste diere op die planeet is, help see-otters om gesonde, koolstofabsorberende kelp te behou ...

nuutste video's

Die groot klimaatmigrasie het begin
Die groot klimaatmigrasie het begin
by Hoofdgebruiker
Die klimaatkrisis dwing duisende dwarsoor die wêreld om te vlug namate hul huise toenemend onbewoonbaar word.
Die laaste ystydperk vertel ons waarom ons moet sorg vir 'n 2 ℃ temperatuurverandering
Die laaste ystydperk vertel ons waarom ons moet sorg vir 'n 2 ℃ temperatuurverandering
by Alan N Williams, et al
Die jongste verslag van die Intergouvernementele Paneel vir Klimaatsverandering (IPCC) lui dat sonder 'n aansienlike afname ...
Die aarde het miljarde jare lank blywend gebly - presies hoe gelukkig het ons gehad?
Die aarde het miljarde jare lank blywend gebly - presies hoe gelukkig het ons gehad?
by Toby Tyrrell
Dit het evolusie 3 of 4 miljard jaar geneem om Homo sapiens te produseer. As die klimaat net een keer heeltemal misluk het in daardie ...
Hoe die kartering van die weer van 12,000 XNUMX jaar gelede kan help om toekomstige klimaatsverandering te voorspel
Hoe die kartering van die weer van 12,000 XNUMX jaar gelede kan help om toekomstige klimaatsverandering te voorspel
by Brice Rea
Die einde van die laaste ystydperk, ongeveer 12,000 XNUMX jaar gelede, is gekenmerk deur 'n finale koue fase genaamd die Jonger Dryas ...
Die Kaspiese See sal hierdie eeu met 9 meter of meer val
Die Kaspiese See sal hierdie eeu met 9 meter of meer val
by Frank Wesselingh en Matteo Lattuada
Stel jou voor jy is aan die kus en kyk uit na die see. Voor u lê 100 meter dor sand wat lyk soos 'n ...
Venus was eens meer op aarde, maar klimaatsverandering het dit onbewoonbaar gemaak
Venus was eens meer op aarde, maar klimaatsverandering het dit onbewoonbaar gemaak
by Richard Ernst
Ons kan baie leer oor klimaatsverandering by Venus, ons susterplaneet. Venus het tans 'n oppervlaktemperatuur van ...
Vyf klimaatsgeloof: 'n ongelukskursus in verkeerde inligting oor klimaat
Die vyf ongeloof oor klimaat: 'n ongelukskursus in verkeerde inligting oor klimaat
by John Cook
Hierdie video is 'n ongelukskursus in verkeerde inligting oor klimaat, wat die belangrikste argumente saamvat wat gebruik word om die werklikheid te betwyfel ...
Die Noordpoolgebied is al drie miljoen jaar nie so warm nie en dit beteken groot veranderinge vir die planeet
Die Noordpoolgebied is al drie miljoen jaar nie so warm nie en dit beteken groot veranderinge vir die planeet
by Julie Brigham-Grette en Steve Petsch
Elke jaar krimp die ysbedekking in die Arktiese Oseaan middel September tot 'n laagtepunt. Hierdie jaar meet dit net 1.44 ...

Laaste Artikels

groen energie2 3
Vier groen waterstof geleenthede vir die Midde-Weste
by Christian Tae
Om 'n klimaatkrisis te voorkom, sal die Midde-Weste, soos die res van die land, sy ekonomie ten volle moet ontkoolstof deur ...
ug83qrfw
Groot hindernis vir reaksie op aanvraag moet beëindig word
by John Moore, Op aarde
As federale reguleerders die regte ding doen, kan elektrisiteitskliënte regoor die Midde-Weste binnekort geld verdien terwyl ...
bome om te plant vir klimaat2
Plant hierdie bome om die stadslewe te verbeter
by Mike Williams-Rice
'n Nuwe studie stel lewende eikebome en Amerikaanse wildevye as kampioene onder 17 "superbome" wat sal help om stede ...
noordsee seebodem
Waarom ons seebodemgeologie moet verstaan ​​om die winde te benut
by Natasha Barlow, Medeprofessor van Kwaternêre Omgewingsverandering, Universiteit van Leeds
Vir enige land wat geseën is met maklike toegang tot die vlak en winderige Noordsee, sal aflandige wind die sleutel wees om net ...
3 veldbrandlesse vir bosdorpe terwyl Dixie Fire die historiese Greenville, Kalifornië, vernietig
3 veldbrandlesse vir bosdorpe terwyl Dixie Fire die historiese Greenville, Kalifornië, vernietig
by Bart Johnson, professor in landskapsargitektuur, Universiteit van Oregon
'N Veldbrand wat in warm, droë bergwoude brand, het op 4 Augustus deur die Gold Rush -stad Greenville, Kalifornië, getrek ...
China kan energie- en klimaatdoelwitte bereik wat koolstofkrag beperk
China kan energie- en klimaatdoelwitte bereik wat koolstofkrag beperk
by Alvin Lin
By die Leader's Climate Summit in April het Xi Jinping belowe dat China 'steenkoolkrag streng sal beheer ...
Blou water omring deur dooie wit gras
Kaart volg 30 jaar se uiterste sneeusmelting regoor die VSA
by Mikayla Mace-Arizona
'N Nuwe kaart van uiterste sneeusmeltgebeurtenisse die afgelope 30 jaar verduidelik die prosesse wat vinnige smelting veroorsaak.
'N Vliegtuig laat rooi brandvertrager op 'n bosbrand val terwyl brandbestryders langs 'n pad in die oranje lug opkyk
Die model voorspel 'n veldbrand van 10 jaar, dan geleidelike afname
by Hannah Hickey-U. Washington
'N Kykie na die toekoms op lang termyn van veldbrande voorspel 'n aanvanklike uitbarsting van ongeveer 'n dekade lange veldbrandaktiwiteit, ...

 Kry die nuutste per e-pos

Weeklikse Tydskrif Daaglikse Inspirasie

Nuwe Houdings - nuwe moontlikhede

InnerSelf.comClimateImpactNews.com | InnerPower.net
MightyNatural.com | WholisticPolitics.com | InnerSelf Market
Kopiereg © 1985 - 2021 InnerSelf Publikasies. Alle regte voorbehou.