계산과학

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계산과학(Scientific Computing)이란 과학이나 공학에서 제기되는 문제를 수학적인 모델을 세우고, 컴퓨터를 이용한 수치해석적 방법을 통하여 해결하는 것에 관해 연구하는 학문이다. 실제적으로, 계산과학은 컴퓨터 시뮬레이션과 그 밖의 여러 계산 방법들을 다양한 과학 분야에 응용하는 것을 뜻한다.

계산과학은 계산과 컴퓨터, 정보 처리에 관해 연구하는 학문인 전산학과는 구별된다. 또한, 계산과학은 기존의 과학과 공학 분야에서 사용되는 방법인 이론 및 실험을 통하여 연구대상에 대한 이해를 얻어내는 것이 아니라, 주로 컴퓨터를 이용하여 수학적인 모델을 해석하는 방법을 통하여 연구대상을 이해한다.

수치해석은 계산과학에서 사용되는 중요한 방법이다. 수치적인 시뮬레이션은, 그 시뮬레이션되는 일의 본성에 따라 다음과 같은 다양한 목적을 지닌다.

  • 이미 일어난 사건의 재구성 및 이해 (예를 들어, 지진이나 쯔나미 같은 자연적인 재해)
  • 최적화 (예를 들어, 기술적인 프로세스 및 생산 공정)
  • 관찰되지 않은 사건이나 미래를 예측 (예를 들어, 날씨나 소립자 행동 예측)

계산과학에 사용되는 알고리즘과 수학적인 방법들도 다양하다. 다음은 주로 사용되는 방법들이다.

  • 수치해석
  • 수렴하는 테일러 급수의 응용
  • Automatic differentiation을 이용한 미분 계수 계산
  • 룽게 쿠타법(Runge Kutta method)를 이용하여 상미분방정식의 해 찾기
  • 몬테 카를로법(Monte Carlo method)
  • 수치선형대수
  • 이산 푸리에 변환 및 그 응용
  • 뉴튼법(Newton's method)

계산과학에 주로 사용되는 컴퓨터 프로그래밍 언어로는 Fortran, MATLAB, GNU Octave, Num-Python, Sci-Python, PDL 등이 있다.

계산과학은 이제 실험/관찰과 이론과 더불어 과학적 탐구의 세 번째 축을 이룬다고 받아들여지고 있다.

[편집] 교육

계산과학은 주로 응용수학 및 전산학분야에서 활발히 연구되고 교육되고 있다.

[편집] 관련 분야