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केंद्रीय प्रश्न

Hamming ने अध्याय 19 को 1975 ग्रीष्मकालीन कंप्यूटर सिमुलेशन सम्मेलन से एक सीधे उद्धरण के साथ खोला:

> चूंकि महत्वपूर्ण निर्णय सिमुलेशन पर निर्भर करते हैं, इसकी वैधता का परीक्षण करना आवश्यक है, और इसके समर्थकों को प्रामाणिक प्रतिनिधित्व के स्तर का वर्णन करने में सक्षम होना चाहिए जो उन्होंने हासिल किया है।

उसके सूत्रीकरण, तीव्र:

> सिमुलेशन प्रासंगिक है, इसके लिए किसी को विश्वास क्यों करना चाहिए?

सिमुलेशन शुरू न करें जब तक आपने इस प्रश्न पर गंभीर विचार न कर लिया हो। अक्सर तुरंत गणना शुरू करने के लिए व्यावहारिक दबाव होते हैं — समय, पैसा, संगठनात्मक गति। ये दबाव प्रश्न को नहीं बदलते।

Hamming का अनुभव: जब उसने सिमुलेशन के बारे में वैधता के प्रश्न उठाए, तो उत्तर अपरिवर्तनीय रूप से उद्धृत किए:

- काम में कितना श्रमशक्ति चला गया

- कंप्यूटर कितना बड़ा और तेज़ था

- समस्या कितनी महत्वपूर्ण थी

इनमें से कोई भी उत्तर वैधता को संबोधित नहीं करता। ये सामाजिक तर्क हैं, तकनीकी नहीं।

स्पेस-फ्लाइट कहानी: एक सिमुलेशन निर्देशक ने लॉन्च के लिए 99.44% विश्वसनीयता का दावा किया। Hamming ने दबाव दिया: किसकी विश्वसनीयता? कोने में डाले जाने के बाद, निर्देशक को स्वीकार करना पड़ा कि उसकी आकृति सिमुलेशन की विश्वसनीयता थी, वास्तविक उड़ान की नहीं। उसने आगे माना कि NASA निर्देशक जिसने लॉन्च को मंजूरी दी वह अंतर को नहीं समझते थे — और उसने उस गलतफहमी को ठीक नहीं किया था।

सिमुलेशन विश्वसनीयता को सिस्टम विश्वसनीयता के साथ मिलाना अभियांत्रिकी व्यवहार में सबसे खतरनाक त्रुटियों में से एक है।

वैधता वास्तव में क्या मांगती है

Hamming ने सिमुलेशन विश्वसनीयता का मूल्यांकन करने के लिए एक चेकलिस्ट इकट्ठी की। सिमुलेशन आउटपुट निर्णय वजन अर्जित करने से पहले प्रत्येक प्रश्न का उत्तर दिया जाना चाहिए:

1. क्या पृष्ठभूमि सिद्धांत मानी गई कानूनों का समर्थन करता है? भौतिकी सिमुलेशन सत्यापित समीकरणों पर आराम करता है; आर्थिक सिमुलेशन अक्सर नहीं करता।

2. क्या एक छोटा लेकिन महत्वपूर्ण प्रभाव गायब हो सकता है? पायलट प्रशिक्षक उदाहरण: ज्ञात भौतिकी के लिए उत्कृष्ट; खतरनाक यदि नई विमान के पास अभी तक शामिल नहीं किए गए इंटरैक्शन हैं।

3. क्या इनपुट डेटा विश्वसनीय है? इनपुट में अनिश्चितता संपूर्ण गणना के माध्यम से प्रचार करती है। जानें कि डेटा कहां से आया है।

4. क्या सिमुलेशन स्थिर है या अस्थिर? अस्थिर दिशा क्षेत्र इनपुट त्रुटियों को बढ़ाते हैं; स्थिर वाले उन्हें कम करते हैं।

5. ज्ञात पिछले अनुभव के खिलाफ कौन से क्रॉस-चेक उपलब्ध हैं?

6. क्या आंतरिक चेक तैयार किए जा सकते हैं? द्रव्यमान संरक्षण, ऊर्जा, कोणीय संवेग, या अन्य अपरिवर्तनीय। अतिरेक के बिना, कोई त्रुटि पहचान संभव नहीं है।

7. क्या कागज के निशान सटीकता से मशीन में जाते हैं? Programming त्रुटियां वर्षों तक उत्पादन कोड में बनी रहती हैं। एक स्वचालित कार्ड-रीडर जिसने प्रतिक्रिया विवरणों को अवकल समीकरणों में अनुवादित किया — वायुमंडलीय रसायन विज्ञान सिमुलेशन के लिए Hamming का समाधान — मानव सतर्कता पर भरोसा किए बिना प्रतिलेखन त्रुटियों को कम करता है।

आपको एक महत्वपूर्ण अभियांत्रिकी या नीति निर्णय करने के लिए इसका उपयोग करने से पहले एक सिमुलेशन की समीक्षा करने के लिए कहा जाता है। Hamming की चेकलिस्ट का उपयोग करते हुए, सबसे खतरनाक त्रुटियों की कक्षा को पकड़ने के लिए आप सबसे पहले प्राथमिकता देंगे, इसकी पहचान करें और समझाएं कि ये दोनों क्यों सबसे महत्वपूर्ण हैं।

Hamming की अर्थशास्त्र कानून

भौतिकी सिमुलेशन सत्यापित, गणितीय रूप से व्यक्त कानूनों पर आराम करता है। रसायन विज्ञान सिमुलेशन सत्यापित दर constants की आवश्यकता है। जीव विज्ञान सिमुलेशन ज्ञात जनसंख्या गतिविज्ञान की आवश्यकता है।

अर्थशास्त्र में, Hamming के दृष्टिकोण में, एक विश्वसनीय कानून है: आप जो उत्पादित नहीं होता उसे खपत नहीं कर सकते। अन्य सभी दावे की गई आर्थिक कानूनें या तो गणितीय तुतिलॉजी हैं या कभी-कभी false हैं।

सिमुलेशन के लिए निहितार्थ: जब पृष्ठभूमि कानूनें विश्वसनीय रूप से नहीं पकड़ते हैं, तो पूरी सिमुलेशन का आधार संदिग्ध है। गणना में उच्च सटीकता मॉडल में अविश्वसनीय कानूनों की क्षतिपूर्ति नहीं कर सकती।

जब पारिस्थितिकी सिमुलेशन चलाने के लिए कहा गया तो Hamming की प्रतिक्रिया: उसने हर इंटरैक्शन के लिए गणितीय रूप से व्यक्त नियम, संख्यात्मक constants, और परीक्षण रन की तुलना करने के लिए वास्तविक डेटा के लिए कहा। अनुरोधकर्ताओं ने जल्द ही किसी और को खोज लिया जो 'बहुत संदिग्ध सिमुलेशन चलाने के लिए तैयार था जो उन्हें वांछित परिणाम देंगे।'

Hamming का नियम: अपनी सत्यनिष्ठा रखें। अपने को दूसरे लोगों के प्रचार के लिए उपयोग नहीं होने दें। उन सिमुलेशन को अस्वीकार करें जो संरचनात्मक रूप से एक निष्कर्ष की पुष्टि करने के लिए डिज़ाइन किए गए हैं।

Simpson's Paradox सिमुलेशन डेटा में

Hamming की Berkeley कहानी: स्नातक विद्यालय में अधिक पुरुषों की तुलना में महिलाओं को स्वीकार किया गया, जिसने भेदभाव का सुझाव दिया। कोई व्यक्तिगत विभाग ने भेदभाव दिखाया नहीं। व्याख्या: महिलाओं ने असंगत रूप से कम स्वीकृति दर वाले विभागों में आवेदन किया; पुरुषों ने असंगत रूप से उच्च स्वीकृति दर वाले विभागों में आवेदन किया। कुल आंकड़े वास्तविक थे, और भ्रामक।

यह Simpson's Paradox है: डेटा को संयोजित करने से स्पष्ट प्रभाव बना सकता है कि कोई भी सबग्रुप में मौजूद नहीं है। सिमुलेशन आउटपुट जो समूहों, क्षेत्रों, या समय अवधि पर एकत्रित होते हैं, वही रोग प्रदर्शित कर सकते हैं।

सिमुलेशन जो उन्हें मॉडल को बदलते हैं

सिमुलेशन विफलता की एक विशेष कक्षा: विषय मॉडल के प्रति प्रतिक्रिया में व्यवहार को बदलता है

शेयर बाजार उदाहरण: यदि व्यापक रूप से ज्ञात ट्रेडिंग रणनीति विश्वसनीय रूप से बाजार के ऊपर रिटर्न देती है, तो प्रतिभागी इसे अपनाएंगे, और प्रतिस्पर्धा अतिरिक्त रिटर्न को समाप्त कर देगी। मॉडल की सफलता मॉडल की वैधता को नष्ट कर देती है।

चिकित्सा उदाहरण: double-blind प्रयोग मौजूद है क्योंकि डॉक्टरों जो जानते थे कि कौन से रोगियों को उपचार प्राप्त हुआ और जिन्हें प्लेसबो प्राप्त हुआ, वे सुधार पाते थे जहां उन्हें इसकी उम्मीद थी। डॉक्टरों का ज्ञान अवलोकन को दूषित करता है।

उच्च-दांव निर्णयों के लिए सिमुलेशन — आर्थिक नीति, सैन्य योजना, जनस्वास्थ्य — इस समस्या का सामना करता है जब सिमुलेशन के आउटपुट सार्वजनिक किए जाते हैं या व्यवहार को निर्देश देते हैं।

Hamming लिखते हैं: 'बिल्कुल गंभीरता से, कई सिमुलेशन कुछ और नहीं बल्कि Rorschach परीक्षण हैं।' वह Jay Forrester के स्वीकार को संदर्भित कर रहे थे कि उसने धारणाओं और सिस्टम व्यवहार के बीच बार-बार चक्र तब तक दिया जब तक मॉडल उसे चाहा परिणाम दे नहीं दिया। वैज्ञानिक अभ्यास में कौन सी विशिष्ट सुरक्षा इस कक्षा के स्वयं-पुष्टि करने वाले सिमुलेशन को रोकने के लिए डिज़ाइन की गई है, और सिमुलेशन कार्य में उस सुरक्षा को लागू करना क्यों कठिन है?

नमूनाकरण & सटीकता

Nyquist प्रमेय सिमुलेशन पर निरंतर प्रणाली का एक मौलिक बाधा निर्धारित करता है: संकेत में मौजूद उच्चतम आवृत्ति की अवधि में कम से कम दो नमूने की आवश्यकता होती है।

व्यावहारिक रूप से, Hamming ने नोट किया, एकल-पक्षीय नमूनाकरण और aliasing आवश्यकता को ब्याज की उच्चतम आवृत्ति की अवधि में सात से दस नमूनों तक धकेलते हैं।

सटीकता व्यापार: एनालॉग कंप्यूटर (Hamming के युग में) प्रति घटक सर्वाधिक 10,000 में 1 सटीकता प्राप्त करता है। डिजिटल कंप्यूटर मनमानी सटीकता ले सकते हैं। लेकिन डिजिटल सटीकता पर्याप्त नमूनाकरण की आवश्यकता है — और तीव्र उच्च-आवृत्ति सामग्री वाले संकेतों के लिए, वह नमूनाकरण दर गणना लागत को ड्राइव करता है।

एनालॉग लाभ: गति और भौतिक एकीकरण। आप एक भौतिक घटक को सीधे एनालॉग सर्किट में तार कर सकते हैं और इसके व्यवहार को मापते हुए बिना एक गणितीय विवरण खोजे। शुरुआती निर्देशित मिसाइल डिजाइन के लिए, यह एक पूर्ण गणितीय मॉडल से पहले सिस्टम के लिए तेजी से महसूस करने की अनुमति दी।

शुरुआती मिसाइल कार्य के लिए इस्तेमाल किए गए एनालॉग मशीनें M9 गन निर्देशक भागों से व्युत्पन्न। Hamming ने ऐसे उपकरण से एक differential analyzer बनाया। समाधान समय: प्रति प्रक्षेपवक्र लगभग 30 मिनट। वह गति चलाती चला रन के बीच गहरे सोच को मजबूर करता — एक बाधा Hamming एक संरचनात्मक लाभ के रूप में आते आ रहा था।

महसूस बनाम सटीकता: Mars Lander समस्या

Hamming ने एक तीव्र डिजाइन प्रश्न पूछा: Mars lander उड़ान प्रशिक्षक के लिए, क्या सिमुलेटर स्थितीय सटीकता या महसूस वाहन के अनुकूल करना चाहिए?

चिरंतन संख्यात्मक विश्लेषण स्थानीय बहुपद सन्निकटन का उपयोग करके स्थिति प्रक्षेपवक्र को अनुकूल करता है। पथ सटीक है, लेकिन त्वरण प्रत्येक बहुपद अंतराल पर असंतत रूप से बदलता है — एक अप्राकृतिक 'महसूस।'

आवृत्ति-डोमेन विधियां सिमुलेटर की आवृत्ति प्रतिक्रिया को अनुकूल करती हैं। स्थिति कम सटीक हो सकती है, लेकिन पायलट वाहन की गतिशील प्रतिक्रिया को सही ढंग से समझता है। पायलट की मांसपेशी स्मृति सही transfer function पर बनती है।

Hamming का निर्णय: एक पायलट प्रशिक्षक महसूस करने के लिए अनुकूल करना चाहिए। वास्तविक उड़ान के दौरान, पायलट प्रतिक्रिया नियंत्रण के माध्यम से स्थिति त्रुटियों की क्षतिपूर्ति कर सकता है। यदि महसूस गलत है, तो पायलट को एक वाहन के लिए प्रशिक्षित किया गया है जो मौजूद नहीं है।

गहरा सिद्धांत: सिमुलेशन पद्धति की पसंद सिमुलेशन क्या है, इसके बारे में एक दावा encodes करती है। वह दावा एक डोमेन निर्णय है, गणितीय नहीं।

Mars lander सिमुलेटर के लिए चिरंतन संख्यात्मक विश्लेषण बनाम frequency-domain बहस Hamming के व्यापक दावे को दर्शाता है: सिमुलेशन पद्धति की पसंद सिमुलेशन क्या है, इसके बारे में एक निहित दावा encodes करती है। अपने क्षेत्र से एक सिमुलेशन चुनें। मानक संख्यात्मक पद्धति निहित रूप से क्या सबसे महत्वपूर्ण है, दावा करती है? क्या वह दावा उन निर्णयों के लिए सही है जो सिमुलेशन का समर्थन करेंगे?