شبیه سازی کامپیوتری

شبیه سازی کامپیوتری (شبیه سازی رایانه، جزو مفیدی برای بسیاری از سیستم‌های طبیعی در فیزیک، شیمی و زیست‌شناسی و نیز برای سیستم‌های انسانی در اقتصاد و علوم اجتماعی (جامعه‌شناسی کامپیوتری) و همچنین در مهندسی برای به دست آوردن بینش نسبت به عمل این سیستم‌ها شده است. یک نمونه خوب از سودمندی استفاده از رایانه‌ها در شبیه سازی را می‌توان در حیطه شبیه سازی ترافیک شبکه جستجو کرد. در چنین شبیه سازی‌هایی رفتار مدل هر شبیه سازی را مطابق با مجموعه پارامترهای اولیه منظور شده برای محیط تغییر خواهد داد.

شبیه سازی‌های کامپیوتری] اغلب به این منظور به کار گرفته می‌شوند تا انسان از شبیه سازی‌های حلقه‌ای در امان باشد. به طور سنتی، مدل برداری رسمی سیستم‌ها از طریق یک مدل ریاضی بوده است به نحوی که تلاش در جهت یافتن راه حل تحلیلی برای مشکلات بوده است که پیش بینی رفتار سیستم را با استفاده از یک سری پارامترها و شرایط اولیه ممکن ساخته است.

شبیه سازی کامپیوتری اغلب به عنوان یک ضمیمه یا جانشین برای سیستم‌های مدل سازی است که در آن‌ها راه حل‌های تحلیلی بسته ساده ممکن نیست. انواع مختلفی از شبیه سازی کامپیوتری وجود دارد که وجه مشترک همه آن‌ها در این است که تلاش می‌کند تا یک نمونه از برنامه‌ای برای یک مدل تولید کنند که در آن امکان محاسبه کامل تمام حالات ممکن مدل مشکل یا غیر ممکن است.)

به طور رو به افزونی معمول شده است که نام انواع مختلفی از شبیه سازی شنیده می‌شود که به عنوان «محیط‌های صناعی» اطلاق می‌شوند. این عنوان اتخاذ شده است تا تعریف شبیه سازی عملاً به تمام دستاوردهای حاصل از رایانه تعمیم داده شود.

مزايا و معايب‌ شبيه‌ سازي‌ ( شبيه‌ سازي‌ كامپيوتري‌)
در سراسر بحث‌ از مزايا شبيه‌ سازي‌ به‌ نوعي‌ ياد شده‌ است‌ . در اينجا بعضي‌ از مزاياي‌ شبيه‌ سازي‌ را فهرست‌وار عنوان‌ مي‌ كنيم‌ :
داشتن‌ قدرت‌ فشردن‌ زمان‌ . بدين‌ ترتيب‌ كه‌ به‌ وسيله‌ شبيه‌ سازي‌ ممكن‌ است‌ چندين‌ سال‌ از فعاليت‌يك‌ سيستم‌ را در چند ثانيه‌ ملاحظه‌ و بررسي‌ نمود . در نتيجه‌، بررسي‌ كننده‌ قادر است‌ چندين‌ طرح‌ از يك‌سيستم‌ را در يك‌ فرصت‌ كوتاه‌ مطالعه‌ نموده‌ و نتاج‌ عملكرد آنها را مقايسه‌ نمايد .

داشتن‌ قدرت‌ گسترش‌ زمان‌. به‌ وسيله‌ جمع‌ آوري‌ آمار و اطلاعات‌ لازم‌ در برنامه‌ شبيه‌ سازي‌ ، بررسي‌كننده‌ قادر است‌ جزئيات‌ تغييراتي‌ كه‌ در زمان‌ واقعي‌ قابل‌ مشاهده‌ نيستند مطالعه‌ كند . بعبارتي‌ ديگر تغييراتي‌كه‌ بعلت‌ بالا بودن‌ سرعت‌ ايجاد آنها در سيستم‌ واقعي‌ قابل‌ مشاهده‌ يا مطالعه‌ نمي‌ باشند ، در اين‌ روش‌ قابل‌كنترل‌ و بررسي‌ هستند. اين‌ عمل‌ با كمك‌ كند نمودن‌ زمان‌ در مدل‌ صورت‌ مي‌ گيرد مانند كند نمودن‌ سرعت‌حركت‌ يك‌ فيلم‌ براي‌ بررسي‌ حركت‌ هايي‌ كه‌ در حال‌ عادي‌ قابل‌ دقت‌ و بررسي‌ نيستند .

در يك‌ بررسي‌ گاه‌ لازم‌ است‌ كه‌ حركت‌ زمان‌ را متوقف‌ كرده‌ و نتايج‌ بدست‌ آمده‌ تا اين‌ لحظه‌ را مطالعه‌نمود و پس‌ از تصميم‌ هاي‌ لازم‌ بررسي‌ را از همان‌ نقطه‌ توقف‌ يا از سر گرفت‌ . لازمه‌ اين‌ نياز، اين‌ است‌ كه‌ تمام‌پديده‌ هاي‌ وابسته‌ به‌ سيستم‌ وضعيت‌ خود را تاشروع‌ مجدد بررسي‌ و آزمايش‌ دقيقاً حفظ‌ كنند . اين‌ امكان‌فقط‌ در شبيه‌ سازي‌ ممكن‌ است‌ .

شبيه‌ سازي‌ اين‌ امكان‌ را به‌ تحليل‌ گر مي‌ دهد كه‌ يك‌ آزمايش‌ يا بررسي‌ را با حفظ‌ كليه‌ شرايط‌ اوليه‌ ورفتار سيستم‌ بوسيله‌ يك‌ برنامه‌ تكرار كند . در هر يك‌ از دفعات‌ تكرار، تنها مقادير بعضي‌ از پارامترها را به‌منظور دريافت‌ اثر آنها بر رفتار سيستم‌ و نتايج‌ حاصل‌ تغيير مي‌ دهد .

شبيه‌ سازي‌ قادر به‌ بررسي‌ تغييرات‌ جديد در سيستم‌ هاي‌ موجود و مطالعه‌ سيستم‌ هايي‌ كه‌ در مرحله‌طرح‌ مي‌ باشند و هنوز هيچ‌ گونه‌ امكانات‌ ، سرمايه‌ و زمان‌ براي‌ پيشرفت‌ يا ايجاد فيزيكي‌ آنها صرف‌ نشده‌است‌ . همچنين‌ بررسي‌ و آزمايش‌ سيستمهاي‌ فرضي‌ كه‌ احياناً ايجاد و مطالعه‌ آنها بوسيله‌ روش‌ هاي‌ ديگرغير ممكن‌ يا خطر ناك‌ مي‌ باشد با اين‌ روش‌ امكان‌ پذير است‌. و اما معايب‌ شبيه‌ سازي‌ را مي‌ توان‌ چنين‌ عنوان‌كرد :
ايجاد و توسعه‌ يك‌ مدل‌ خوب‌ شبيه‌ سازي‌ اغلب‌ گران‌ و محتاج‌ زمان‌ است‌ و نياز به‌ اطلاعات‌ زيادي‌دارد كه‌ ممكن‌ است‌ به‌ آساني‌ دردسترس‌ نباشد . شانون‌ به‌ به‌ نقل‌ از فازستو در كتاب‌ خود ذكر مي‌ كند كه‌توسعه‌ يك‌ مدل‌ خوب‌ برنامه‌ ريزي‌ شركتها ممكن‌ است‌ ۳ تا ۱۰ سال‌ وقت‌ بخواهد .

شبيه‌ سازي‌ مي‌ تواند چنين‌ وانمود كند كه‌ وضعيت‌ جهان‌ واقعي‌ را به‌ دقت‌ نشان‌ مي‌دهد ، در حالي‌ كه‌واقعاً اين‌ كار را نميكند . چندين‌ مسئله‌ ذاتي‌ در شبيه‌ سازي‌ وجود دارند كه‌ اگر به‌ درستي‌ حل‌ نشوند مي‌ توانندنتايج‌ غلطي‌ را به‌ وجود آورند .
شبيه‌ سازي‌ دقيق‌ نبوده‌ و نمي‌ توان‌ درجه‌ اين‌ بي‌ دقتي‌ را اندازه‌ گرفت‌ . تحليل‌ حساسيت‌ مدل‌ نسبت‌ به‌تغيير مقدار پارارمترها تنها قسمتي‌ از اين‌ مشكل‌ را حل‌ مي‌ كند .
معمولا نتايج‌ شبيه‌ سازي‌ به‌ صورت‌ عددي‌ بوده‌ و با هر تعداد ارقام‌ اعشاري‌ كه‌ آزمايشگر انتخاب‌ كند ،معين‌ مي‌ شوند در نتيجه‌، خطر بزرگ‌ كردن‌ اعداد، يعني‌ اعتبار دادن‌ بيش‌ از حد به‌ اعداد پيش‌ مي‌ آيد .
درنهايت‌ هر چند شبيه‌ سازي‌ روش‌ بسيار با ارزش‌ و مفيد براي‌ حل‌ مسائل‌ است‌ ، ولي‌ به‌ طور حتم‌ راه‌ حل‌تمام‌ مسائل‌ مديريت‌ نيست‌ . هنوز تا حد زيادي‌ توسعه‌ و استفاده‌ از مدلهاي‌ شبيه‌ سازي‌ به‌ جاي‌ اينكه‌ علم‌باشد هنر است‌ . بنابراين‌ مانند ساير هنرها تا حد زيادي‌ فن‌ ، موفقيت‌ يا شكست‌ را معين‌ نمي‌ كند بلكه‌ عامل‌تعيين‌ كننده‌ ، چگونگي‌ كار برد آن‌ است‌ .

شبيه سازي كامپيوتري ويروس ها
يروس ها ميكروارگانيسم هاي خطرناكي هستند كه در طول تاريخ بشر باعث بيماري هاي مختلف و مرگباري مانند آبله، فلج، تب زرد و… شده اند. اولين تلاش ها براي مقابله با ويروس، به هزار سال پيش برمي گردد؛ در آن زمان پزشكان براي نجات جان كودكان مبتلا به آبله كوشش مي كردند.
امروزه، اگرچه پيشرفت هاي زيادي در زمينه شناخت و درمان بيماري هاي ويروسي صورت گرفته ، ولي همچنان ماهيت ويروس، نحوه عملكرد و درمان بعضي از آنها (مانند ويروس ايدز يا HIV) براي بشر ناشناخته است. چه بسا هنوز هم تعداد زيادي ويروس كشف نشده وجود دارد كه مي تواند در زمان يا مكان خاصي، آثار مخربي بر سلامت انسان بگذارد.

اما سئوال اين است كه آيا با پيشرفت هاي زيادي كه در علوم مختلف پزشكي و كامپيوتر حاصل شده است، مي توان از كامپيوتر براي شناسايي و امحاي ويروس ها استفاده كرد؟
محققان دانشگاه كاليفرنيا و مركز ملي محاسبات آمريكا واقع در دانشگاه ايلينويز، ادعا كرده اند ويروسي كامپيوتري به صورت مدلي از يك ويروس طبيعي ساخته اند. اين ويروس در واقع يك شبيه سازي كامپيوتري از ويروس خاصي به نام ويروس موزائيك توتون است. ويروس موزائيك توتون معمولاً به گياه گوجه فرنگي حمله كرده و فقط زماني مي تواند تكثير يابد كه در سلولي كه قبلاً توسط همين نوع ويروس آلوده شده است، قرار گيرد. اين ويروس نسبت به انواع ديگر ويروس ها داراي ساختاري ساده و مناسب براي شبيه سازي است.

اگرچه عبارت «ويروس كامپيوتري» معمولاً ذهن را متوجه خطر امنيت داده ها و اطلاعات در كامپيوتر مي كند ولي دانشمندان معتقدند اين نوآوري و پيشرفت آنها در ساخت ويروس، قدمي بزرگ در شناخت و درمان ويروس ها و بهتر كردن سطح بهداشت عمومي است.
محققان براي اين شبيه سازي از سريع ترين كامپيوترهاي جهان (در مركز ملي محاسبات آمريكا واقع در دانشگاه ايلينويز) استفاده كرده اند تا بتوانند با اجراي برنامه هاي تعبيه شده و انجام محاسبات فوق العاده زياد و سريع، حركت ديناميكي همه اتم هاي تشكيل دهنده ويروس و ذره بسيار ريز آب درون آن را مشاهده كنند.