コンピュータシミュレーション

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コンピュータシミュレーション

別名：計算機シミュレーション
【英】computer simulation

コンピュータシミュレーションとは、何らかの現象をコンピュータでシミュレート（模擬試験）することである。

コンピュータシミュレーションでは、物理学や経済学など人の手では計算困難な複雑な事象をコンピュータを用いて模擬的に計算する。事象が変化する要素を変数として与え、様々な擬似的、かつ、仮説的状況を作り出すことで、理論や実験では得られない成果を生み出すことができる。

コンピュータシミュレーションは、非線形に代表されるような複雑系においては欠かせない存在になっている上、コンピュータの性能向上に伴い複雑で時間のかかる計算も瞬時に行えるようになってきており、研究分野や産業界では大きな期待が持たれている。

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コンピュータシミュレーション

出典: フリー百科事典『ウィキペディア（Wikipedia）』 (2021/03/20 10:26 UTC 版)

「天然変性タンパク質」の記事における「コンピュータシミュレーション」の解説

IDPは構造的不均質性が高いため、NMRやSAXSによる実験的パラメータとして得られるのは多数のきわめて多様なディスオーダー状態の平均（ディスオーダー状態のアンサンブル）である。したがって、これらの実験的パラメータの構造的示唆を理解するためには、コンピュータシミュレーションによってアンサンブルを正確に表現する必要がある。全原子分子動力学シミュレーションはこの目的で用いられることもあるが、ディスオーダータンパク質を表す力場の正確さという限界が存在する。しかしながら、一部の力場はディスオーダータンパク質のNMRデータを用いてパラメータが最適化され、ディスオーダータンパク質の研究のために特化した開発がなされている（例としてはCHARMM 22*、CHARMM 32、Amber ff03*など）。 実験的パラメータによって束縛された分子動力学シミュレーション（restrained-MD）もディスオーダータンパク質を特徴づけるために利用されている。基本的に、（正確な力場を用いた）MDシミュレーションによる全コンフォメーション空間のサンプリングは十分長い時間がかかる。IDPは構造的不均一性がきわめて高いため、計算に必要とされるタイムスケールはきわめて大きく、計算能力の限界もある。しかし、加速化MDシミュレーション、レプリカ交換シミュレーション、メタダイナミクス、マルチカノニカルMDシミュレーション、粗視化を用いる手法など、他の計算技術がより広いコンフォメーション空間をより小さなタイムスケールでサンプリングするために利用されている。 さらに、遺伝子や染色体バンドのGC含量の定量分析に基づいた研究など、IDPを分析するさまざまなプロトコルや手法が機能的IDP断片の理解のために用いられている。

コンピュータシミュレーション

出典: フリー百科事典『ウィキペディア（Wikipedia）』 (2022/04/04 00:48 UTC 版)

「数理モデル」の記事における「コンピュータシミュレーション」の解説

「数値解析」も参照 対象となる現象が大規模で人手による解析が困難、あるいはナビエ-ストークス方程式のようにモデルの解を解析的に得られない場合は、コンピュータによるシミュレーションによって解を求める。代表的なアルゴリズムとして、オイラー法、ルンゲ＝クッタ法、有限要素法、モンテカルロ法等がある。コンピュータの性能向上によって、扱える数理モデルの幅が大変広まった。

コンピュータ・シミュレーション

出典: フリー百科事典『ウィキペディア（Wikipedia）』 (2022/05/01 23:52 UTC 版)

「シミュレーション」の記事における「コンピュータ・シミュレーション」の解説

コンピュータシミュレーションとはコンピュータを用いたシミュレーションのことである。 コンピュータ・シミュレーションの種類 コンピュータ・シミュレーションには、一旦シミュレーションが始まるとあとはコンピュータだけで完結してシミュレーションを行う「非対話型シミュレーション」と、シミュレーション中に人間がなんらかの形で（コンピュータ内に模擬的に作られた世界に）介入し影響を与えることのできる「対話型シミュレーション」がある（その応用形のひとつの形が、フライトシミュレータやドライビングシミュレータなどである）。 モデル開発とモデルの質の重要性 コンピュータ・シミュレーションは、実世界や何らかの仮説的状況をコンピュータ上でモデル化するもので、それによってそのシステムがどのように作用するのかを研究することができる。変数を変化させることで、システムの振る舞いについて予測を立てることができる。 コンピュータ・シミュレーションは、自然科学的システムのモデル化を行い（たとえば物理学/化学/生物学における様々なモデル化、経済学/社会科学における人間に関わるシステムのモデル化、さらには工学におけるシステムのモデル化など）、それをコンピュータで計算することで、システムの作用について洞察を得る助けとなる。シミュレーションにコンピュータを使うことの利便性を表す例は多数ある。人々によく知られ、日々実感されている例としては数値予報（en:Numerical weather prediction）、メッシュ予報のために各国の気象機関でスーパーコンピューターを使って行われているシミュレーションが挙げられる。ほかにも「ネットワーク交通量シミュレーション」を挙げる人もいる。異なった数値モデルを使うと振る舞い、結果が異なり、また環境の初期設定を変更してもモデルの振る舞いが変化する。 なお気候変動の予測には、適切な気候モデルを用いたコンピュータシミュレーションが不可欠である。2021年には、はじめて大気海洋結合モデルを開発し地球温暖化について具体的な温度変化の数字もコンピュータではじき出して科学的研究を可能にした眞鍋淑郎にノーベル物理学賞が授与された。 en:Numerical modeling (geology) も参照。 コンピュータ・シミュレーションには様々なタイプがあるが、それらに共通するのは、システムが取りうる全ての状態を列挙するのが不可能あるいは現実的でない場合に、そのモデルの代表的シナリオの標本を生成しようとするという点である。 モンテカルロ法や確率論的モデリングによるコンピュータ・シミュレーションは、モデル化が非常に簡単という特徴がある。 計算理論など コンピュータに関係するシミュレーションであるが、前の節で説明しているものとはおもむきが大きくことなるものなので、節を分けて説明する。計算理論では、たとえば万能チューリングマシン（のような、模倣する能力を持つ機械）が、模倣対象（たとえば、なんらかのチューリングマシン）の状態遷移と入力と出力を記述した状態遷移表を実行すること（現代風に言うと、コンピュータがそのようなプログラムを走らすこと）を、シミュレーションと言う。これは、状態遷移系間の関係といった、意味論の研究などで使われている。