Основы компьютерного моделирования (Syllabus)

Планируемые результаты обучения (Знать, Уметь, Владеть)
Содержание разделов курса
Видео запись
Среды и средства, которые поддерживают учебный курс	Netlogo, Snap!, R
Книги, на которых основывается учебный курс

Подготовка курса

Подбор компетенций, которые уже есть на площадке

1. Practice defining problems to solve by computing for data analysis, modeling or algorithmic thinking
2. Simulation (the ability to interpret and construct dynamic models of real world processes)
3. Владение методами моделирования
4. Способность быстро разбираться, комбинировать и организовывать информацию в значимые модели

Понятия учебного курса

	Description	Environment
Агентное моделирование	Агентное моделирование (agent-based model) (ABM)— метод имитационного моделирования, исследующий поведение децентрализованных агентов и то, как такое поведение определяет поведение всей системы в целом. В отличие от системной динамики аналитик определяет поведение агентов на индивидуальном уровне, а глобальное поведение возникает как результат деятельности множества агентов (моделирование «снизу вверх»). ABM представляют собой модели, в которых отдельные лица или агенты описываются как уникальные и автономные объекты, которые обычно взаимодействуют друг с другом и с окружающей их средой на местном уровне. Агентами могут быть организмы, люди, предприятия, учреждения и любые другие объекты, преследующие определенную цель. Когда мы даем агентам правила адаптации к изменениям в их среде и к тому, что делают другие агенты, тогда поведение каждого отдельного агента и, следовательно, поведение всей системы вытекает из этих правил, характеристик агентов и окружающей среды. Эмерджентность - это основная объясняющая концепция агентного моделирования. Эпштейн и Акстелл (1996) удачно описали этот вид объяснения своим знаменитым вопросом: «Сможете ли вы его вырастить?»: Можете ли вы заставить вашу модельную систему выглядеть и вести себя как настоящая, снабдив своих агентов правильным адаптивным поведением?	NetLogo StarLogo Nova Scratch Snap! BehaviorSpace
Большая языковая модель	LLM — нейросетевые модели, которые позволяют обобщать, понимать и писать тексты на разных языках. Нейросеть выучивает язык во время обучения, при котором ей «показывают» огромное количество художественной литературы, интернет-форумов, энциклопедий и других источников, хорошо представляющих человеческий язык во всем его многообразии.
Имитационное моделирование	Имитационное моделирование (англ. simulation modeling) — метод исследования, при котором изучаемая система заменяется моделью, с достаточной точностью описывающей реальную систему (построенная модель описывает процессы так, как они проходили бы в действительности), с которой проводятся эксперименты с целью получения информации об этой системе. Такую модель можно «проиграть» во времени, как для одного испытания, так и заданного их множества. При этом результаты будут определяться случайным характером процессов. По этим данным можно получить достаточно устойчивую статистику. Экспериментирование с моделью называют имитацией (имитация — это постижение сути явления, не прибегая к экспериментам на реальном объекте).
Многоагентное моделирование	Многоагентное моделирование (ABM) — это метод компьютерного моделирования, в котором отдельные "агенты" (объекты или сущности) взаимодействуют друг с другом и с окружающей средой согласно заданным правилам. Каждый агент может принимать собственные решения и действовать независимо, что позволяет моделировать сложные системы и процессы, такие как социальное взаимодействие, экономические рынки или экосистемы.	NetLogo StarLogo Nova
Моделирование	Моделирование — это процесс создания упрощенной репрезентации реального объекта, системы или процесса с целью анализа, понимания или предсказания их поведения. Модели могут быть физическими, математическими или компьютерными и служат инструментом для изучения сложных явлений и принятия решений.	NetLogo StarLogo Nova
Модель	Моде́ль (фр. modèle от лат. modulus «мера, аналог, образец») — система, исследование которой служит средством для получения информации о другой системе; представление некоторого реального процесса, устройства или концепции. Модель есть абстрактное представление реальности в какой-либо форме (например, в математической, физической, символической, графической или дескриптивной), предназначенное для рассмотрения определённых аспектов этой реальности и позволяющее получить ответы на изучаемые. Система В является моделью системы А для активной системы Q (человека-индивида, коллектива, животного, робота и т. п.), если основанием для ее использования этой активной системой служит ее структурное сходство с моделируемой системой А.	Foldit NetLogo StarLogo Nova
Модель NetLogo	Модель - многоагентная симуляция какого-либо процесса, написанная на языке NetLogo. Используется в качестве социального объекта в целом ряде сетевых сообществ для взаимодействия студентов, преподавателей и исследователей.	NetLogo
Модель акторов	Модель а́кторов — математическая модель параллельных вычислений, строящаяся вокруг понятия актора (англ. actor «актёр; действующий субъект»), считающегося универсальным примитивом параллельного исполнения. Актор в данной модели взаимодействует путём обмена сообщениями с другими акторами, и каждый в ответ на получаемые сообщения может принимать локальные решения, создавать новые акторы, посылать свои сообщения, устанавливать, как следует реагировать на последующие сообщения.	NetLogo StarLogo Nova Scheme
Модель белка	Третичная структура белка, спрогнозированная на основе аминокислотной последовательности. Цель игры головоломки FoldIt состоит в поиске трёхмерной структуры определённого белка с самым низким уровнем свободной энергии	Foldit FoldIt сообщество
Модель компетенций	Модель компетенций (профиль компетенций) структурированный набор необходимых, идентифицируемых и измеряемых компетенций с индикаторами поведения
Модель обеспечения качества	Система объединенных определенной точкой зрения параметров, связанных между собой и позволяющих достичь прогнозируемого результата
Онтология модели пользователя	Онтология модели пользователя - ученика. В онтологии представлены его цели, действия, фиксируемые в электронной среде переменные.	VUE Protege
Сценарное моделирование	Технология сценарного моделирования взаимодействия объектов различного типа была разработана Жилем Паккетом. Изначально в этой технологии разные типы знания представлены при помощи фигур разного типа. Например. Абстрактные знания, концепции, информационные источники представлены в форме прямоугольников. Процедуры и задачи представлены форме овалов. Принципы представлены в форме 6-угольников. Агенты и команды участников часто изображаются на схемах в той же форме, что и принципы, чтобы подчеркнуть то значение, которое они играют в контроле процессов. Исходные блоки этой моделирующей среды Паккет использовал и для представления связей между агентами и объектами совместной деятельности.
Языковая модель	Языковая модель — это распределение вероятностей по последовательностям слов. Языковые модели генерируют вероятности путём обучения на корпусе текстов на одном или нескольких языках. Учитывая, что языки могут использоваться для выражения огромного множества верных предложений (так называемая цифровая бесконечность), языковое моделирование сталкивается с проблемой задания ненулевых вероятностей лингвистически верным последовательностям, которые могут никогда не встретиться в обучающих данных.	Java JavaScript Python Julia R

Книги и авторы для курса

	Inventor	Description	Environment
Agent-Based and Individual-Based Modeling: A Practical Introduction	Railsback Grimm	Подробное руководство по дизайну экспериментов в среде Netlogo с использованием BehaviorSpace и использованием ODD принципов	NetLogo BehaviorSpace Mesa
An Introduction to Agent-Based Modeling: Modeling Natural, Social, and Engineered Complex Systems with NetLogo	Wilensky Rand	Введение в моделирование систем при помощи языка NetLogo (от создателя языка) - использование NetLogo в естественно-научном, инженерном и общественном образовании	NetLogo
Individual-Based Models of Cultural Evolution: A Step-by-Step Guide Using R	Acerbi	Книга показывает как создавать агентно-ориентированные модели или ABM культурной эволюции. В тексте книги используется код на языке программирования R. От очень простых моделей основных процессов культурной эволюции, таких как предвзятая передача и культурная мутация, к более сложным темам, таким как эволюция социального обучения, демографические эффекты и анализ социальных сетей.	R Ggplot
Modeling Social Behavior: Mathematical and Agent-Based Models of Social Dynamics and Cultural Evolution	Smaldino	Социальные, поведенческие и когнитивные науки исторически полагались на силу слова. Слова имеют силу. Богатые аналогии могут найти отклик в умах читателей и пролить свет на тайны природы. Я говорю о вербальных теориях, описательных объяснениях сложных явлений. Большинство теорий, вероятно, более точны, чем поэтичны, но они, как правило, опираются на свойство большинства языков, согласно которому фраз могут нести в себе несколько возможных импликатур — рассмотрим, например, такие слова, как «восприятие», «категория», «идентичность», «тождественность» обучение» и даже «реакция» достаточно двусмысленны, чтобы допускать множество интерпретаций. То есть язык по своей сути (и адаптивно) расплывчат и двусмыслен. В конечном счете, это проблема для ученых, потому что нам нужно предельно четко понимать, о чем мы говорим, чтобы выдвинуть полезные теории Вселенной.	NetLogo BehaviorSpace R ODD принципы Центральная предельная теорема
Tidy Modeling with R	Sigle	Руководство по созданию и использованию моделей при помощи пакетов из пространства tidyverse: recipes, parsnip, workflows, yardstick, and others.	R RStudio R for Data Science
Turtles, termites, and traffic jams: explorations in massively parallel microworld	Resnick	Книга "Черепахи, термиты и дорожные пробки: исследования в микромире массово-параллельных вычислений" Децентрализованный подход к феноменам окружающего мира - на основе использования микромира с тысячами черепашек	NetLogo StarLogo Nova Scratch StarLogo
Кларин М. В. Инновационные модели обучения	Кларин М.В.	Кларин М.В. Инновационные модели обучения: Исследование мирового опыта. Монография. М.: Луч, 2016. 640 с.

Игры

	Description
Foldit	Фолдит — многопользовательская игра онлайн-головоломка о фолдинге белка. Игра является частью исследовательского проекта и разработана в Вашингтонском университете. Предмет игры — наилучшим образом свернуть структуру выбранных протеинов; лучшие пользовательские решения анализируются учёными, которые могут с их помощью найти решение реальных научных проблем, связанных с поиском вакцин и биологическими инновациями.
SimAnt	SimAnt: The Electronic Ant Colony — компьютерная игра-симулятор, созданная студией Maxis и выпущенная в 1991 году. Является третьей игрой серии Sim после SimCity и SimEarth. Игра получила премию от ассоциации программного обеспечения Codie award как лучший симулятор года. Игра создавалась при сотрудничестве Эдварда Уилсона — известного биолога, изучавшего социальное поведение муравьёв в колониях. Игра была выпущена для IBM PC, Commodore Amiga, Apple Macintosh и Super Nintendo Entertainment System.
SimCity	В SimCity у игрока обычно нет определённой цели, по достижении которой игра заканчивается. Играющий управляет городом, выступая в роли мэра. Ему предоставляется возможность собирать налоги, строить городские здания и прокладывать дороги. Конечно, в руках мэра далеко не все аспекты жизни города — он не может, например, приказывать, где строить частные здания, а может только планировать территорию, разделяя её на коммерческие, жилые и промышленные зоны. Эти зоны впоследствии застраиваются жителями города. В случае, если привлекательность данной зоны в глазах городских жителей низка (причиной чего могут быть высокие налоги в данной сфере или недостаточное развитие других городских зон), она не будет застраиваться. В январе 2008 года код оригинальной SimCity был открыт и теперь распространяется под лицензией GPLv3. Права на имя «SimCity» принадлежат Electronic Arts, поэтому открытый проект был переименован в Micropolis.
Sims	The Sims — однопользовательская видеоигра в жанре симулятора жизни, первая по счёту из серии The Sims, разработанная командой разработчиков Maxis под руководством геймдизайнера Уилла Райта и изданная компанией Electronic Arts. Игра создавалась при сотрудничестве Эдварда Уилсона — известного биолога, изучавшего социальное поведение муравьёв в колониях. Игра была выпущена для IBM PC, Commodore Amiga, Apple Macintosh и Super Nintendo Entertainment System. Когда игрок впервые играет в The Sims в рамках обучающей программы, он должен управлять семьёй молодожёнов — Ньюби (англ. Newbie), которая только переехала в город и должна освоиться в нём. Действие игры происходит в городке, где проживают пять семей.