计算机应用研究潜规则,计算机在材料科学中的应用---简答题

计算机在材料科学中的应用---简答题

计算机在材料科学中的应用 材料科学：以材料的组成、结构、性能、制备工艺和使用性能以及它们之间相互关系为研究对象的一门科学。这也是材料研究者的共同使命。材料科学的四个要素包括：成分、组织、性能、合成/制备。

计算机在材料科学中的应用领域：1.计算机用于新材料的设计2.材料科学研究中的计算机模拟3 材料与工艺过程的优化及自动控制4 计算机用于数据和图像处理 5 计算机网络在材料研究中的应用

新材料，按生产要求设计最佳的制备和加工方法。主要是利用人工智能、模式识别、计算机模拟、知识库和数据库等技术, 使人们能将物理、化学理论和大批杂乱的实验资料沟通起来, 用归纳和演绎相结合的方式对新材料的研制作出决策,

为材料设计的实施提供行之有效的技术和方法。 材料设计中的计算机模拟对象遍及从材料研制到使用的过程，包括合成、结构、性能制备和使用等。计算机模拟是一种根据实际体系在计算机上进行的模拟实验。通过将模拟结果与实际体系的实验数据进行比较, 可以检验模型的准确性, 也可以检验出模型导出的解析理论所作的简化近似是否成功,还可为现实模型和实验室中无法实现的探索模型做详细的预测并提供方法。 优点：在某些情况下，计算机模拟可以部分地代替实验。计算机模拟对于理论的发展也有重要的意义。

1.简述建立数学模型的基本步骤。常用的数学模型建立有几种方法。

答：建立数学模型的基本步骤：⑴建模准备——是确定建模课题的过程，就是要了解问题的实际背景，明确建模的目的。深入生产和科研实际以及社会生活实际，掌握与课题有关的第一手资料，汇集与课题有关的信息和数据，弄清问题的实际背景和建模的目的，进行建模筹划。

⑵建模假设——建模假设就是根据建模的目的对原型进行适当的抽象、简化，把那些反映问题本质属性的形态、量及其关系抽象出来，简化掉那些非本质的因素、使之摆脱原来的具体复杂形态，形成对建模有用的信息资源和前提条件。对原型的抽象、简化不是无条件的，必须按照假设的合理性原则：①目的性原则；②真实性原则；③简明性原则；④全面性原则。

⑶构造模型——在建模假设的基础上，进一步分析建模假设的内容，首先区分常量、变量、已知量、未知量，然后查明各种量所处的地位、作用和他们之间的关系，选择恰当的数学工具和构造模型的方法对其进行表征，构造出刻画实际问题的模型。

⑷模型求解——构造数学模型之后，根据已知条件和数据，分析模型的特征和模型的结构特点，设计或选择求解模型的数学方法和算法，然后编写计算机程序或运用与算法相适应的软件包，并借助计算机完成对模型的求解。

⑸模型分析——根据建模的目的要求，对建模求解的数字结果，或进行稳定性分析，或进行系统参数的灵敏度分析，或进行误差分析等。通过分析，如果不符合要求就修改或增减建模假设条件，重新建模，直到符合要求。如果通过分析符合要求，还可以对模型进行评价、优化、预测等方面的分析和探讨。

⑹模型检验——模型分析符合要求后，还必须回到客观实际中去对模型进行检验，看是否符合客观实际，若不符合，就修改或增减假设条件，重新建模，循环往复，不断完善，直到获得满意的结果。

⑺模型应用——模型应用是数学建模的宗旨，也是对建模的最客观、最公正的检验。一个成功的数学建模，必须根据建模的目的，将其用于分析、研究和解决实际问题，充分发挥数学建模在生产和科研中的特殊作用。 常用的数学建模方法：(1)理论分析法。(2)模拟方法。(3)类比分析法。(4)数据分析法。

2、最小二乘法的原理。(求系统回归方程的方法)。

解：最小二乘法(又称最小平方法)是一种数学优化技术。它通过最小化误差的平方和寻找数据的最佳函数匹配。利用最小二乘法可以简便地求得未知的数据，并使得这些求得的数据与实际数据之间误差的平方和为最小。最小二乘法还可用于曲线拟合。其他一些优化问题也可通过最小化能量或最大化熵用最小二乘法来表达。