Arvutusteadus

Arvutusteadus (ka teaduslik arvutamine) on kiiresti arenev multidistsiplinaarne teadusharu, mis kasutab arenenud arvutusvõimekusi keerulistest ülesannetest arusaamiseks ja nende lahendamiseks. See on teadusala, mis hõlmab mitmeid teadusharusid, aga mille keskmeks on mudelite arendamine ja simuleerimine loomulike süsteemide mõistmiseks.

• Algoritmid (arvulised ja mittearvulised) – matemaatilised mudelid, arvutuslikud mudelid ja arvutisimulatsioonid, mis on arendatud nii reaal-, tehnika-, kui humanitaarprobleemide lahendamiseks.
• Arvutiteadus, mis arendab ja optimeerib arenenud süsteemide riistvara, tarkvara, võrkude ja andmehalduse osasid, mida on vaja arvutuslikult nõudlike ülesannete lahendamiseks
• Arvutuslik infrastruktuur, mis toetab nii teaduslike kui ka tehniliste ülesannete lahendamist ja arenduslikku arvutiteadust.

Praktikas on see üldiselt arvutisimulatsiooni ning teiste arvutusmatemaatikast ja informaatikast pärit arvutuslike ülesannete rakendus erinevate teadusharude ülesannete lahendamiseks. Arvutusteadus erineb teoreetilistest ja laboratoorsetest eksperimentidest, mis on tavalised teaduse ja tehnika uurimismeetodid. Arvutusteaduse meetod on mõista temaatikat peamiselt arvutites käitatud matemaatiliste mudelite abil. Teadlased ja insenerid arendavad arvutiprogramme ja rakendustarkvara, mis loovad uuritavatest süsteemidest mudelid ning kasutavad neid programme erinevate sisestatavate parameetrite komplektidega. Arvutusteaduse sisuks on arvuliste algoritmide ja/või arvutusliku matemaatika rakendamine. Mõnel juhul nõuavad sellised arvutused väga suurt arvutuste hulka ja neid viiakse tihtipeale läbi superarvutite või hajusarvutuste platvormidel.

Arvutusteadlane

Terminit "arvutusteadlane" kasutatakse kirjeldamaks kedagi, kes valdab arvutusteadust. Arvutusteadlaseks on reeglina teadlane, insener või rakendusmatemaatik, kes kasutab kõrge võimsusega arvutamist erinevatel viisidel, et arendada omaenda rakenduslikke füüsika, keemia või inseneriteaduse harusid.

Arvutusteadust peetakse tänapäeval üldiselt kolmandaks teadusmeetodiks, täiendades eksperimente/vaatlust ja teooriat. Arvutusteadlane peaks olema suuteline

• keeruliste ülesannete olemuse mõistmiseks;
• adekvaatselt kontseptualiseerima ülesandeid sisaldavaid süsteeme;
• looma algoritmide raamistiku, mis oleks sobilikud nende süsteemide uurimiseks (simulatsioon);
• valima sobiliku arvutusliku infrastruktuuri (paralleelne arvutamine/võrkandmetöötlus/superarvutid), millega saaks maksimeerida simulatsiooni arvutuslikku võimsust;
• hindama, millise tasemeni simulatsiooni tulemused sarnanevad süsteemile (mudeli valideerimine);
• kohendama vastavalt süsteemi kontseptualisatsiooni;
• kordama tsüklit, kuni saavutatakse sobilik valideerimistase: arvutusteadlane usub, et simulatsioon genereerib süsteemi uuritud tingimuste alusel realistlikke tulemusi.

Arvutusteaduste rakendamine

Arvutusteadusi rakendatakse näiteks

1. Arvutuslikus rahanduses – tarvilik finantsturgude hiiglasuure tehingute hulga analüüsimiseks ja ennustamiseks.
2. Arvutuslikus bioloogias – aitab süstematiseerida ja analüüsida tänapäevast tohutut andmehulka.
3. Komplekssüsteemide teoorias
4. Inseneriteaduses