计算工程

实验发动机的仿真

计算科学和工程(CSE)是处理计算模型与仿真的开发与应用的一门相对较新的学科，通常与高性能计算结合以解决工程分析和设计(计算工程)以及自然现象(计算科学)中出现的复杂物理问题。计算科学和工程被描述为“第三种发现模式”(仅次于理论和实验)。^[1]在许多领域，计算机模拟是不可或缺的，因此它对商业和研究都至关重要，它能够进入传统实验无法进入的领域或传统经验调查极其昂贵的领域。计算科学和工程不应与纯计算机科学或计算机工程混淆，尽管前者的领域很广(例如，某些算法、数据结构、并行编程、高性能计算)，而后者的一些问题也可以用计算科学和工程的方法(作为一个应用领域)建模和解决。

计算科学和工程通常在一些机构作为硕士或博士课程。

目录编辑

1 方法编辑

计算科学和工程方法和框架包括：

高性能计算和提高效率的技术(如改变计算机体系结构，并行算法等)。
建模和仿真
求解离散和连续问题的算法
数据的分析和可视化
数学基础：数值和应用线性代数，初值和边值问题，傅立叶分析，优化
数据科学：用于开发方法和算法，以处理大量科学数据并从中提取知识

关于计算，计算机编程、算法和并行计算在计算科学和工程中起着重要作用。科学界最广泛使用的编程语言是FORTRAN 。最近， C与C++语言比FORTRAN变得更受欢迎。但由于FORTRAN中丰富的遗留代码及其更简单的语法，科学计算界在完全采用C与C++作为通用语言方面进展缓慢。另外，由于其非常自然的表达数学计算的方式及其内置的可视化能力，专有语言/环境的MATLAB 也得到了广泛的应用，特别是用于快速应用程序开发和模型验证上。Python和外部库(如NumPy 、SciPy 、 Matplotlib绘图库)作为MATLAB的免费和Copycenter 替代方案已经受到了一些欢迎。

2 应用编辑

用有限元法求解泵壳模型上的热方程数值解。

计算科学和工程发展了多种应用，包括:

航空航天工程和机械工程 : 燃烧模拟、结构动力学、计算流体动力学、计算热力学、计算固体力学、车辆碰撞模拟、生物力学、卫星轨迹计算
天体物理系统
战斗现场模拟和军事游戏、国土安全、应急响应
生物和医学：蛋白质折叠模拟(和其他大分子模拟)、生物信息学、基因组学、计算神经建模、生物系统(例如生态系统)建模、三维CT超声、MRI成像、分子生物网络、癌症和癫痫控制
化学：计算化合物/分子和固体的结构和性质、计算化学/化学信息学、分子力学模拟、固态物理中的计算化学方法、化学污染迁移
土木工程 : 有限元分析、随机载荷结构、建筑工程、供水系统、运输/车辆建模
计算机工程、电气工程和电信：超大规模集成电路、计算电磁学、半导体建模、微电子学仿真、能源基础设施、射频仿真、网络
流行病学：流感传播
环境工程和数值天气预报 : 气候研究、计算地球物理学(地震处理)、自然灾害建模
金融：衍生产品定价、风险管理
工业工程：离散事件和蒙特卡罗模拟(例如物流和制造系统)、队列网络、算法优化
材料科学：玻璃制造、聚合物和晶体
核工程：核反应堆建模、辐射屏蔽模拟、聚变模拟
石油工程：油藏建模、油气勘探
物理学：计算粒子物理学、粒子相互作用或衰变的自动计算、等离子体建模、宇宙模拟
运输

参考文献

[1]
^"Computational Science and Engineering Program: Graduate Student Handbook" (PDF). cseprograms.gatech.edu. September 2009. Archived from the original (PDF) on 2014-10-14. Retrieved 2012-04-08..

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