Название(я): Вселенная клеточных автоматов
Номер в каталоге: 20
Основной предмет (школа): информатика, физика
Область знания (ВУЗ): численные методы моделирования
Актуальность: Метод моделирования с помощью клеточных автоматов известен большинству под названием игры "Жизнь". Тем не менее, в более сложных программных реализациях это мощный метод численного моделирования и обработки информации (включая передовые графические фильтры и распознавание образов). С точки зрения моделирования метод, к тому же, достаточно универсален, а для школьников еще и весьма познавателен, поскольку первичное описание законов развития ансамбля клеточных автоматов для многомасштабного моделирования позволяет освоить и прочувствовать элементарные ("атомно - молекулярные") механизмы реализации тех или иных физических или физико - химических законов. В рамках возможного проекта предлагается создать "язык" клеточных автоматов (скрипт со своими семантическими единицами) для удобного и гибкого программирования законов их взаимодействия, удобный графический интерфейс для двумерной и трехмерной визуализации полученных результатов и для вывода статистической обработки полученных изображений. В завершении следует использовать созданную программу для моделирования материаловедческих задач (локальное электромагнитное поле, плазмонный резонанс наночастиц различной формы, диффузия в мембранах, системы Изинга, перемагничивание наночастиц, перкаляция, триггерные среды и аналоговый компьютер, перцептрон, образование фракталов и пр.).
Новизна: создание универсального программного комплекса для многомасштабного моделирования физических явлений, химических реакций, поведения функциональных материалов и наноматериалов
Цель: разработка универсальной программы клеточных автоматов и ее использование для моделирования поведения реальных материалов
Задачи:
1. ознакомление с литературой по клеточным автоматам и уже решенным задачам по моделированию с их участием
2. разработка универсального "языка" клеточных автоматов (скрипт со своими семантическими единицами) для удобного и гибкого программирования законов их взаимодействия
3. введение в алгоритм взаимодействия клеточных автоматов памяти предыдущих состояний
4. введение в алгоритм развития клеточных автоматов карт внешних полей, изменяющих локальные законы взаимодействия
5. создание удобного графического интерфейса для двумерной и трехмерной визуализации полученных результатов и для вывода статистической обработки полученных изображений
6. интеграция блоков в единый программный продукт
7. использование созданного программного комплекса для описательного моделирования различных задач (локальное электромагнитное поле, плазмонный резонанс наночастиц различной формы, диффузия в мембранах, системы Изинга, перемагничивание наночастиц, перкаляция, триггерные среды и аналоговый компьютер, перцептрон, образование фракталов и пр.)
8. сравнение экспериментальных данных и результатов моделирования, обобщение полученных результатов
Экспериментальные подходы: использование современных языков программирования
Методические подходы: отработка собственного стиля программирования, работа в команде, освоение ряда важных законов естествознания
Требующиеся нестандартные реактивы и ресурсы: не требуются
Освоение школьником теоретического материала: языки программирования, выбранный круг физических явлений и их законов
Навыки, получаемые школьником: программирования на языках высокого уровня, работа с компьютером, критическая оценка результатов численного моделирования
Предшествующий материал по школьной программе: алгоритмика, языки программирования
Роль учителя: общее руководство проектом, контроль времени работы за компьютером
Возможная помощь тьюторов: обеспечение специальной литературой, консультативная помощь
Техника безопасности: особой нет
Примечания: круг явлений, которые можно моделировать, после создания и апробации программы можно существенно расширить, редактор законом должен позволять сохранять "темплаты законов" и другие темплаты, а также результаты работы программы для их последующего воспроизведения.
Один из перспективных вариантов реализации программ "клеточных автоматов"
Первичные литературные ссылки для начала поиска: клеточные автоматы
Другие работы кластера "Каталог тем проектных работ" (гипертекстовый навигатор):
- 1.Cупергидрофобные покрытия природного происхождения с эффектом «лотоса»
- 2.Покрытия - хамелеоны
- 3.Синтез и исследование нетоксичных квантовых точек
- 4.Благородная металлическая радуга
- 5.Получение искусственных опалов
- 6. Синтез и свойства люминофоров
- 7.Получение вспененного графита и графена
- 8.Сорбционные свойства силикагеля
- 9.Абразивные материалы
- 10.Эффект Тиндаля
- 11.Электрохромные материалы
- 12.Металлотермическое получение материалов
- 13.Свойства двумерных нанореакторов.
- 14.Магнитные жидкости
- 15.Исследование доступных жидкокристаллических систем
- 16.Силикатный сад
- 17.Жизнь и смерть липосом
- 18.Фунгицидные и бактерицидные наноматериалы
- 19.Химические источники тока
- 21.Сканирующая зондовая микроскопия
- 22.Клатраты
- 23.Проводящие полимеры
- 24. Наноматериалы на основе диоксида титана
- 25.Собственный фильтр для очистки воды
- 26.Биокерамика
- 27.Защита документов от подделки
- 28.Дурацкая замазка
- 29.Кольца Лизеганга
- 30. Разделение наночастиц
 |
|
