Khoa học dựa vào mô hình máy tính - Vậy điều gì xảy ra khi nó sai?

Khoa học dựa vào mô hình máy tính - Vậy điều gì xảy ra khi nó sai?

Từ việc phát hiện ra penicillin cho đến các lý thuyết về thuyết tương đối và cơ học lượng tử, khoa học đã tiến bộ với tốc độ không thể tin được ngay cả trước khi có máy tính. Phần lớn điều này là do sự mạnh mẽ của phương pháp khoa học: kết quả khoa học được xác nhận bằng cách được nhân rộng và mở rộng bởi các nhà khoa học khác.

Nhưng cách chúng ta làm khoa học đang thay đổi - ngày nay chúng ta ngày càng dựa vào các mô hình máy tính phức tạp để hiểu bản chất. Và hóa ra những mô hình này có thể gần như không thể tái tạo - có nghĩa là một nền tảng quan trọng của khoa học đang bị thách thức. Vậy những tác động trong thế giới thực của sự thay đổi này là gì và chúng ta có thể làm gì với nó?

Khoa học tiền hiện đại - được gọi là triết học tự nhiên của người Hồi giáo - là theo kinh nghiệm. Khoa học thực nghiệm sử dụng các quan sát trong quá khứ để đưa ra dự đoán về tương lai, sau đó có thể được kiểm tra. Tycho Brahe, một nhà thiên văn học người Đan Mạch thế kỷ 16, đã xoay sở để thực hiện các quan sát chính xác và toàn diện về thiên đàng theo cách này.

Khoa học hiện đại, tuy nhiên, là lý thuyết. Khoa học lý thuyết cũng đưa ra dự đoán, nhưng nó xuất phát từ các mô hình toán học hơn là từ các quan sát trước đó. Hãy nghĩ về định luật chuyển động của Isaac Newton, như luật bình phương nghịch đảo của trọng lực.

Chẳng hạn, có một phương trình mô tả quỹ đạo của Trái đất quanh mặt trời. Phương trình này có thể được sử dụng để xây dựng một mô hình máy tính mà bạn chỉ cần cắm một số biến nhất định và xem giải pháp thay đổi như thế nào. Bạn chỉ có thể cắm vào một ngày trong tương lai và đọc vị trí của Trái đất vào ngày đó. Bạn cũng có thể sử dụng cùng một chương trình để mô hình hóa các hệ hành tinh khác - tất cả đều dựa trên cùng một toán học. Tất cả bạn phải làm là cắm vào khối lượng khác nhau và các thuộc tính khác của các cơ quan liên quan.

Các phương trình toán học như vậy là tuyệt vời khi chúng có sẵn - nhưng thường thì không. Chẳng hạn, chúng ta biết rằng không có phương trình đơn giản nào giải quyết cái gọi làvấn đề ba cơ thểNghiêng, mô tả ba cơ thể quay quanh và ảnh hưởng lẫn nhau bằng lực hấp dẫn - như mặt trăng, Trái đất và mặt trời.

Phần lớn khoa học hiện nay đề cập đến các hệ thống thậm chí phức tạp hơn, và tương tự thiếu các giải pháp chính xác. Những mô hình như vậy phải là tính toán của người Viking - mô tả cách một hệ thống thay đổi từ lúc này sang lúc khác. Nhưng không có cách nào để xác định trạng thái chính xác tại một thời điểm nào đó trong tương lai ngoài việc mô phỏng sự tiến hóa của nó theo cách này. Dự báo thời tiết là một ví dụ quen thuộc; cho đến khi sự ra đời của các máy tính trong 1950, không thể dự đoán thời tiết trong tương lai nhanh hơn thực tế.

Khoa học hiện tại thường bao gồm việc đưa ra một mô hình toán học mô tả một hệ thống phức tạp, sau đó biến mô hình này thành một mô phỏng tính toán và chạy mô phỏng để đưa ra dự đoán nhằm xác nhận mô hình.

Khi mô hình thất bại

Mô hình hóa được sử dụng trên các lĩnh vực khoa học - từ vật lý thiên văn và dự báo khí hậu đến tin sinh học và kinh tế. Nhưng có tranh luận ngày càng tăng về thực tế là khoa học này rất khó để xác nhận thông qua sinh sản.

Nó chỉ ra rằng mô tả đơn giản các phương pháp thử nghiệm bằng từ ngữ là không đủ. Điều đó một phần vì các ngôn ngữ tự nhiên như tiếng Anh đơn giản là quá mơ hồ để mô tả chính xác các tính toán. Rốt cuộc, có một lý do tại sao các lập trình viên sử dụng ngôn ngữ lập trình. Một trong những thách thức lớn nhất trong phát triển phần mềm là chuyển đổi các yêu cầu mơ hồ thành các thông số kỹ thuật chính xác về hành vi.

Con người - ngay cả các nhà khoa học - sau tất cả là ngụy biện. Chuyển đổi bất kỳ thông tin nào thành một chương trình hầu như luôn luôn giới thiệu các lỗi trên đường đi. Ví dụ, nhiều nhà khoa học phụ thuộc vào các công cụ khám phá dữ liệu như bảng tính, được thiết kế để dễ sử dụng và không mạnh mẽ. Rất dễ dàng chỉ đơn giản là tổng hợp phạm vi ô sai trong bảng tính mà không nhận được bất kỳ cảnh báo nào. Đây là một trong những sai sót phương pháp luận trong một bài viết mà Đảng Cộng hòa Hoa Kỳ đã sử dụng để dựa trên các chính sách ủng hộ thắt lưng buộc bụng của họ.

Tương tự như vậy nghiên cứu gần đây trên bảng tính 15,770 được công khai trong quá trình điều tra tập đoàn Enron của Hoa Kỳ cho thấy 24% của bảng tính chứa ít nhất một công thức có lỗi rõ ràng, chẳng hạn như thêm các ô trống.

Trong khoa học tự nhiên, Đài quan sát khí hậu sao Hỏa, một tàu thăm dò không gian được đưa ra trong 1998 để nghiên cứu khí hậu trên Sao Hỏa, đã bị mất một năm sau đó vì một phần của phần mềm điều khiển đã sử dụng nhầm lẫn đế quốc thay vì đơn vị số liệu. một nghiên cứu khác trong số chín triển khai độc lập của cùng một thí nghiệm khoa học địa lý - sử dụng cùng một bộ dữ liệu, thuật toán và ngôn ngữ lập trình - cho thấy rất ít sự đồng ý trong kết quả thu được.

Hơn nữa, ngay cả khi người đọc một bài nghiên cứu có thể diễn giải thành công ý nghĩa chính xác của nhà văn, và sau đó dịch sai nó thành một chương trình, vẫn còn những cạm bẫy trong việc thực hiện nó. Một loại vấn đề đặc biệt khó phát sinh từ cách máy tính xử lý số: mặc dù chúng có thể điều khiển các số nguyên như 42 và -17 với độ chính xác hoàn hảo, các kỹ thuật tiêu chuẩn để thao tác các số thực như π such3.14 và √2≈1.414 chỉ cho phép độ chính xác gần đúng. Các phép tính gần đúng này có nghĩa là các cách rõ ràng tương đương để tính toán cùng một giá trị có thể mang lại kết quả khác nhau.

Vậy thì cái gì có thể làm được? Nếu ngay cả các chuyên gia phát triển phần mềm không thể tạo ra phần mềm chính xác, thì hy vọng gì cho các lập trình viên nghiệp dư như các nhà khoa học?

Một công việc là sản xuất các công cụ để thiết kế các ngôn ngữ lập trình dành riêng cho miền tên miền, từng được điều chỉnh theo một loại vấn đề cụ thể, chẳng hạn như hành vi của các tác nhân trong thị trường kinh tế hoặc khuếch tán thuốc qua các tế bào. Những mục đích này giúp các chuyên gia mô tả các tính toán trực tiếp theo các thuật ngữ quen thuộc dễ dàng hơn nhiều, thay vì phải mã hóa chúng một cách gián tiếp bằng ngôn ngữ lập trình đa năng.

Cách tiếp cận thứ hai tìm cách thiết kế các hệ thống kiểu biểu hiện rõ ràng hơn nhưng vẫn thân thiện với người dùng. Những điều này sẽ giúp dễ dàng bắt các lỗi ngớ ngẩn của Wap, chẳng hạn như các ô trống trong bảng tính hoặc trộn các giá trị trong các đơn vị khác nhau. Nó không thể loại trừ tất cả các lỗi logic mặc dù. Dòng thứ ba là phát triển các thư viện mã có thể sử dụng cho số học chính xác, tránh các vấn đề gần đúng.

Có mọi cơ hội những cách tiếp cận này có thể giúp khắc phục vấn đề trong tương lai, hoặc ít nhất là loại bỏ một số rủi ro. Rốt cuộc, thế giới cần khoa học và các nhà khoa học cần máy tính - điều đó không có khả năng thay đổi bất cứ lúc nào sớm.

Giới thiệu về Tác giả

Jeremy Gibbons, Giáo sư Điện toán, Đại học Oxford. Trưởng chủ đề nghiên cứu Ngôn ngữ lập trình.

Bài viết này ban đầu xuất hiện trên The Conversation

Sách liên quan:

at Thị trường InnerSelf và Amazon

 

NGON NGU CO SAN

enafarzh-CNzh-TWdanltlfifrdeeliwhihuiditjakomsnofaplptroruesswsvthtrukurvi

VOERSELF VOICE

một người phụ nữ dưới ánh trăng tròn cầm một chiếc đồng hồ cát đầy đặn
Làm thế nào để sống trong sự hài hòa hoàn hảo
by Marie T. Russell, InsideSelf.com
Từ hòa hợp có nhiều nghĩa khác nhau. Nó được sử dụng trong âm nhạc, trong các mối quan hệ, đề cập đến nội tâm…
trăng tròn trên cây trơ trụi
Tử vi: Tuần 17 - 23/2022/XNUMX
by Pam Younghans
Tạp chí chiêm tinh hàng tuần này dựa trên ảnh hưởng của các hành tinh và đưa ra các quan điểm và…
01 15 đúc bình thường cho máng xối
Cast Normal to the Gutter: North Node ở Taurus
by Sarah Varcas
Nút Bắc Kim Ngưu khẳng định đã đến lúc đặt nền móng vật chất của thế giới mới là…
người phụ nữ nhìn ra cửa qua "bức màn" hoặc những viên băng
Đôi khi ai cũng đau
by Joyce Vissell
Bạn có bao giờ thấy mình đang nhìn một số người nhất định và tự nghĩ, "Chắc chắn là người đó…
Cực quang điên cuồng bao gồm cả màu đỏ. Chụp bởi Rayann Elzein vào ngày 8 tháng 2022 năm XNUMX @ Utsjoki, Phần Lan Lapland
Tử vi: Tuần 10 - 16/2022/XNUMX
by Pam Younghans
Tạp chí chiêm tinh hàng tuần này dựa trên ảnh hưởng của các hành tinh và đưa ra các quan điểm và…
khuôn mặt của một ông già trong hồ sơ với khuôn mặt của một đứa trẻ đang nhìn vào ông
Kêu gọi hành động! Chúng ta phải tạo ra sự khác biệt
by Pierre Pradervand
“Hoạt động tâm linh là một phương pháp thực hành kết hợp công việc tập trung vào thế giới bên kia và hướng nội của…
người phụ nữ đứng trên một vực thẳm
Tiếng gọi ánh sáng từ vực thẳm
by Laura Aversano
Lời cầu nguyện của tôi là tất cả chúng ta tạo ra một không gian cho bóng tối để tạo ra một cách mới để nhìn, cảm nhận,…
bồ công anh trong giai đoạn hạt giống với nhiều màu sắc khác nhau
Đổi mới và chuyển đổi: Đây là chính bạn!
by Marie T. Russell, InsideSelf.com
Chúng tôi không ngừng trong quá trình đổi mới bản thân và chuyển mình. Về mặt thể chất, chúng ta đang…
Chọn Cliff Edge: Life After the Uranus / Pluto Square
Chọn Cliff Edge: Life After the Uranus / Pluto Square
by Sarah Varcas
Nhiều người đã bị lung lay tỉnh táo, buộc phải đương đầu với bản thân và cuộc sống của mình, hậu quả…
Thích ứng với điều không mong đợi với tư duy vượt qua
Thích ứng với điều không mong đợi với tư duy vượt qua
by Jason Redman
Đoán xem nào? Cuộc sống là không công bằng, và chiến đấu rõ ràng là không công bằng. Những điều điên rồ xảy ra trong trận chiến đó…
Bảy nguyên tắc sử dụng thiết bị kỹ thuật số có ý thức
Bảy nguyên tắc sử dụng thiết bị kỹ thuật số có ý thức
by Darren Cockburn
Tốc độ lan truyền của việc sử dụng thiết bị kỹ thuật số là một hiện tượng. Nhiều người trong chúng ta đang dành hàng giờ…

Được chọn cho Tạp chí InnerSelf

ĐỌC MOST

khuôn mặt của một ông già trong hồ sơ với khuôn mặt của một đứa trẻ đang nhìn vào ông
Kêu gọi hành động! Chúng ta phải tạo ra sự khác biệt
by Pierre Pradervand
“Hoạt động tâm linh là một phương pháp thực hành kết hợp công việc tập trung vào thế giới bên kia và hướng nội của…
người phụ nữ đứng trên một vực thẳm
Tiếng gọi ánh sáng từ vực thẳm
by Laura Aversano
Lời cầu nguyện của tôi là tất cả chúng ta tạo ra một không gian cho bóng tối để tạo ra một cách mới để nhìn, cảm nhận,…
bồ công anh trong giai đoạn hạt giống với nhiều màu sắc khác nhau
Đổi mới và chuyển đổi: Đây là chính bạn! (Băng hình)
by Marie T. Russell, InsideSelf.com
Chúng tôi không ngừng trong quá trình đổi mới bản thân và chuyển mình. Về mặt thể chất, chúng ta đang…
người phụ nữ đứng trên một vực thẳm
Tiếng gọi ánh sáng từ vực thẳm (Video)
by Laura Aversano
Lời cầu nguyện của tôi là tất cả chúng ta tạo ra một không gian cho bóng tối để tạo ra một cách mới để nhìn, cảm nhận,…
khuôn mặt của một ông già trong hồ sơ với khuôn mặt của một đứa trẻ đang nhìn vào ông
Kêu gọi hành động! Chúng ta phải tạo ra sự khác biệt (Video)
by Pierre Pradervand
“Hoạt động tâm linh là một phương pháp thực hành kết hợp công việc tập trung vào thế giới bên kia và hướng nội của…
che mặt của một người phụ nữ ngồi trước máy tính
Làm thế nào để vượt qua sự hối tiếc có thể tiêu tốn tất cả
by J. Kim Penberthy, Đại học Virginia
Hối tiếc là một phản ứng rất thực tế đối với một sự kiện đáng thất vọng trong cuộc đời bạn, một lựa chọn bạn đã đưa ra mà không thể…
gà trống vỗ cánh và "khệnh khạng"
Mở hộp Người đàn ông: Cách đối mặt với “Thứ” của bạn
by Ray Arata
Ngày nay, tất cả những gì cần là bật tin tức, đọc báo hoặc nói chuyện với mọi người để trở thành…
một người phụ nữ dưới ánh trăng tròn cầm một chiếc đồng hồ cát đầy đặn
Làm thế nào để sống trong sự hài hòa hoàn hảo (Video)
by Marie T. Russell, InsideSelf.com
Từ hòa hợp có nhiều nghĩa khác nhau. Nó được sử dụng trong âm nhạc, trong các mối quan hệ, đề cập đến nội tâm…

Thái độ mới - Khả năng mới

Nội địa.comClimateImpactNews.com | InnerPower.net
MightyNatural.com | WholisticPolitics.com | Thị trường nội địa
Copyright © 1985 - 2021 InnerSelf Publications. Tất cả các quyền.