\documentstyle{article}



\begin{document}
% Latex, last change 18:12:10 Wed  04-01-1992
% Referat PTF 4/4/1992
% Referat Cyfronet krakow 11/4/1992
% Referat Cyfronet �wierk 23/10/1992

\begin{center}
{\bf\huge Czy istniej� nauki komputerowe?}

{\bf\Large W�odzis�aw Duch (duch@phys.uni.torun.pl)

Katedra Metod Komputerowych UMK,

ul Grudzi�dzka 5, 87-100 Toru�}
\end{center}

\begin{enumerate}

\item Czym zajmuje si� informatyka?

\item Po co nam nauki komputerowe?

\item Komputery.

\item Przyk�ady: matematyka, fizyka, chemia, biologia, systemy z�o�one,
      nauki humanistyczne.

\item Nauki komputerowe.

\item Plany kszta�cenia -- inicjatywy ameryka�skie.

\item Integruj�ca rola o�rodk�w superkomputerowych.

\item Nasze inicjatywy.

\end{enumerate}

\section{ Czym zajmuje si� informatyka?}

Instytuty informatyki i computer science powstawa�y masowo w latach
60-tych. Nazwa ,,informatyka" powsta�a w 1968, przyj��a si� w RFN,
Francji i reszcie Europy, w USA stosowana jest nazwa ,,Computer Science",
w Kanadzie spotyka si� ,,Computational Science", Nauki Obliczeniowe. Z
za�o�enia s� to nauki o komputerze, ukierunkowane na komputery, ich
celem jest badanie architektur, sposob�w programowania komputer�w,
rozwa�ania nad obliczalno�ci� r��nych problem�w.

Definicja encyklopedyczna (PWN 1974): informatyka zajmuje si�
ca�okszta�tem przechowywania, przesy�ania, przetwarzania i
interpretowania informacji. Wyr��nia si� w niej 2 dzia�y, dotycz�ce
sprz�tu i oprogramowania.

Definicja ta z jednej strony jest bardzo og�lna, z drugiej strony
wi�kszo�� tego, co robi si� w o�rodkach superkomputerowych, do tej
definicji nie pasuje. Popatrzmy na kategorie, wed�ug kt�rych
zorganizowane s� {\em Computing Reviews}.

A. General Literature\\
B. Hardware\\
C. Computer Systems Organization (architectures, networks,
        implementations)\\
D. Software (programming, operating systems)\\
E. Data (structures, representation, encryption, information theory)\\
F. Theory of Computation (abstract computation, complexity of
        algorithms, logics)\\
G. Mathematics of Computing (numerical analysis, discrete mathematics,
        statistics)\\
H. Information Systems (databases)\\
I. Computing Methodologies (artificial intelligence, graphics,
        simulation theory)\\
J. Computer Applications (administrative, physical sciences, life and
        medical, CAE)\\
K. Computing Milleux (history, industry, education).

Przyk�ad drugi: lista g��wnych kierunk�w badawczych Instytutu
Informatyki UW (informator II UW 1988):

Analiza algorytm�w (z�o�ono�� obliczeniowa, metody konstrukcji,
kombinatoryka, teoria automat�w i j�zyk�w formalnych), analiza
numeryczna, j�zyki programowania, metody informatyki (specyfikacji,
projektowania), podstawy informatyki, systemy operacyjne, teoria
program�w (logika algorytmiczna, specyfikacja aksjomatyczna).

S� to wa�ne i ciekawe zagadnienia, ale zupe�nie sie nie pokrywaj� z
zainteresowaniami ,,komputerowc�w", kt�rzy szukaj� rozwi�za� konkretnych
problem�w naukowych.

\section{ Po co nam nauki komputerowe?}

Podzia� mi�dzy naukami jest czysto umowny! Dyskusje na temat: ,,czy
fizyka matematyczna to jeszcze fizyka czy ju� matematyka" s� bezp�odne.
Nie chodzi o nazwy, lecz o pewne poczucie to�samo�ci dziedziny,
metodologi�, �rodowisko, j�zyk a co za tym wszystkim idzie spos�b
podej�cia do rozwi�zania problemu. Wsp�lny j�zyk trudno jest znale��
nawet w obr�bie jednej dziedziny. Ma to swoje ujemne, ale i dodatnie
strony -- dzi�ki temu nasze spojrzenie na rzeczywisto�� jest bogatsze.

Nauki zwyk�o sie dzieli� na teoretyczne i do�wiadczalne. Pojawienie si�
komputer�w stworzy�o now� jako��, nie pasuj�c� do tego podzia�u.
Prawid�owo�ci, poszukiwane przez nauki przyrodnicze czy spo�eczne, s�
algorytmami okre�laj�cymi zachowanie si� system�w. Programy komputerowe
pozwalaj� na zbadanie konsekwencji zak�adanych praw, pozwalaj� na
symulacj� rozwoju skomplikowanych system�w i okre�lanie w�asno�ci
system�w stacjonarnych. Komputery pozwalaj� na robienie do�wiadcze� w
sytuacjach zbyt skomplikowanych, by mo�liwa by�a uproszczona analiza
teoretyczna. Do�wiadczenia komputerowe nie s� przy tym ograniczone przez
prawa natury istniej�cego �wiata, lecz tylko przez fantazj� programisty.
By� mo�e �wiat, w kt�rym �yjemy, jest istotnie jedynym mo�liwym
logicznie niesprzecznym �wiatem, jak chc� tego najnowsze teorie fizyczne
-- mo�emy to zbada� symuluj�c �wiaty, w kt�rych obowi�zuj� inne prawa
ni� w naszym. Obliczenia komputerowe, pozwalaj�ce znale�� odpowied� na
pytanie: ,,co by by�o, gdyby ...", przekraczaj� te� granice nauk
teoretycznych. Praw natury poszukiwali�my dotychczas tworz�c modele w
oparciu o konstrukcje matematyczne typu funkcji. Algorytmy, wykonywane
przez programy komputerowe, obejmuj� jednak znacznie szersz� klas�
modeli ni� te, kt�re daj� si� sformu�owa� w tradycyjnym j�zyku.
Komputery s� prawdziwie uniwersalnymi maszynami.

W latach 80-tych nietrywialne zastosowania komputer�w zacz��y si� na
dobre. Nauki komputerowe to ga��zie istniej�cych nauk i nowo powstaj�ce
nauki interdyscyplinarne, kt�re powsta�y i mog� istnie� tylko dzi�ki
komputerom. Dostrzegaj� to wielcy tw�rcy nauki. M. Gell Mann (Nobel 1969
za teori� kwark�w), przemawiaj�c w czasie ,,Complex Systems Summer
School" w Santa Fe, powiedzia� (cyt. za G. Fox, Physical computation,
$C^3 P-928$ technical report):

\begin{quote}

The transformation of society by the scientific revolution of the 19th
and 20th centuries is about to be overshadowed by even more sweeping
changes arising from growing ability to understand the complex
mechanisms which are central to human concerns. The technology base of
the new revolution will be provided by almost unimaginably powerful
computers together with the mathematical and experimental tools and
associated software which are essential to achieving an understanding of
complexity... Examples of adaptive, complex systems include biological
evolution, learning and neural processes, intelligent computers, protein
chemistry, much of pathology and medicine, human behaviour and
economics.

\end{quote}

Tego typu zastosowania znajduj� si� na peryferium zastosowa�
informatyk�w, chocia� jest to ga���, kt�ra powoli zaczyna przerasta�
ca�e drzewo... Zanim zastanowimy si� dok�adniej nad naukami
komputerowymi przyjrzyjmy si� najpierw narz�dziu, na kt�rym oparta
b�dzie ta ,,nowa rewolucja", pr�buj�c zrozumie�, na czym polega jego
unikalno��.

\section{Komputery}

Komputery zrobione s� z ,,hardwaru" czyli �elastwa.

Wiemy, jak wielki post�p nast�pi� w ostatniej dekadzie. Czy i w tej
spodziewa� si� mo�emy r�wnie wielkiego post�pu? Rynek i warto��
inwestycji komputerowych wzros�y bardzo znacznie (jest ju� ponad 70
milion�w komputer�w) mo�na wi�c spodziewa� si� dlaszego zwi�kszenia
tempa innowacji. Komputery zbudowane s� obecnie z p��przewodnik�w.
Por�wnajmy obecne mo�liwo�ci technologiczne z tym, co mamy w
komputerach.

\begin{center}
\begin{tabular}{r r l}

       Szybko�� zegara & Czas cyklu & System \\

       10 MHz  &  100 ns &    PC XT \\
      100 MHz  &   10 ns &    Cray 1, najszybsze 486, P5, Alpha\\
      250 MHz  &    4 ns &    Cray 2\\
      500 MHz  &    2 ns &    Cray 3  (1992, mia� by� w 1989!)\\
      100 GHz  &   10 ps &    bramki Si (1989)\\
      200 GHz  &    5 ps &    GaAs (1989) izolowane tranzystory\\
     2000 GHz  &  0.5 ps &    bramka nadprzewodz�cego z��cza Hitachi (1989)\\
\end{tabular}
\end{center}

Im szybszy procesor tym musi by� mniejszy! Jednostka centralna Craya-3
to podkowa 1 m �rednicy i 15 cm wysoko�ci.

Przedstawiciele IBM na konferencji Super! 1990: tempo rozwoju si� nie
zmniejszy, do fizycznych ogranicze� szybko�ci komputer�w jest jeszcze
daleko. Opracowuje si� ju� 256 Mb ko�ci pami�ci, m�wi o 45 GB danych na
2 calach kwadratowych.

W ramach USA Strategic Supercomputer Initiative postawiono sobie za cel
budow� komputera o szybko�ci biliona operacji na sekund� (Teraflop
Supercomputer). W 1992 roku przyznano 2.9 mld. \$ w ramach Federal High
Performance Computing and Communication Initiative. Taka szybko��
oblicze� ma by� osi�galna ju� w 1995 w niekt�rych zastosowaniach. M�wi
si� o 4 maszynach, kt�re maj� najwi�ksze szanse osi�gn�� takie
szybko�ci: GigaCube (Parsytec, RFN) opartej na sze�cianach zawieraj�cych
po 68 transputer�w T9000, osi�gaj�cych pr�dko�� rz�du Gflops -- mo�na
��czy� ze sob� 16000 takich sze�cian�w; CM5 (Thinking Machines),
zbudowan� z procesor�w SPARC z wektorowymi koprocesorami, kt�rych b�dzie
r�wnie� oko�o 16000; NC3 (NCUBE) maj�cy pojawi� si� w 1994 roku i przy
10000 procesor�w nC3 osi�gn�� szybko�� teraflopa; CS-2 Performance
Computer Industries (Meiko, Parsys -UK, Telmat-F) zamierza zbudowa� sw�j
teraflopowy komputer ju� w 1993 roku w oparciu o SuperSPRAC, Fujitsu
VP2000 IC i nowe ko�ci komunikacyjne, u�ywaj�c 1000--2000 w�z��w.

W ramach tej incjatywy powsta� maj� interdyscyplinarne zespo�y do
rozwi�zywania wielkich problem�w obliczeniowych (takich jak symulacja
pogody, obliczanie w�asno�ci moleku� i materia��w, farmaceutyk�w,
polimer�w, p��przewodnik�w, symulacji in�ynierskich, modelowania z���
ropy, modelowania ekonometrycznego, biologii molekularnej i in�ynierii
genetycznej).

Jednocze�nie w ramach tej inicjatywy projektuje si� GIGAMAC, sie� o
szybko�ciach przekazywania danych rz�du Gbit�w/sekund�, jest to projekt
rz�du USA z firm� IBM i Bell Lab. Jednym z pierwszych zastosowa� sieci
GIGAMAC b�dzie analiza danych onkologicznych w 3 wymiarach. Inne
zastosowania to rozproszone obliczanie na wielu superkomputerach,
przekazywanie danych z eksperyment�w, np. SSC (Superconducting
SuperCollider) ma dawa� 400 TB danych rocznie -- dla por�wnania, w
bibliotece kongresu USA jest tylko 20 TB danych.

{\em Tranzystory kwantowe}: obecnie p��przewodniki VLSI, ale ju�
nadchodzi nowa technologia wykorzystuj�ca efekty tunelowe w
supersieciach, nie tylko studnie kwantowe (ograniczenie w 1 wymiarze)
ale i kwantowe druty i kropki (w 3 wymiarach) maj�ce by� podstaw�
nano\-ob\-wod�w: rozw�j tej technologii potrwa 5-10 lat zanim wp�ynie
znacz�co na rynek.

{\em Komputery Optyczne i neurokomputery optyczne}: ca�e numery Applied
Optics po�wi�ca si� temu zagadnieniu. Praktyczne komputery pojawi� si�
oko�o 2000 roku, pierwsze zastosowania komercyjne w po�owie tej dekady,
du�y post�p nast�pi� w 1990 roku, grupa AT\&T Bell Lab, kierowana przez
Allana Huanga zrobi�a S-SEED (symmetric self electro optic effect),
bramki zmieniaj�ce z cz�sto�ci� 1 GHz wsp��czynnik odbicia z 10 na 60\%.
Ich celem jest zrobienie 1000 kana��w wej�cia/wyj�cia, o szybko�ci 1
Gbit/s ka�dy, w jednym urz�dzeniu. S� plany budowy p�askiego procesora
optycznego u�ywaj�c fotolitografii na kwarcu i holograficznej dyfrakcji
�wiat�a. Du�y program budowy komputer�w optycznych ma r�wnie� Japonia.
Zalet� optycznych procesor�w jest upakowanie tr�jwymiarowe -- �wiat�o
krzy�uj�c si� nie przeszkadza sobie a po��czenia elektryczne
przeszkadzaj�.

W dalszej perspektywie mamy {\em komputery molekularne (nanokomputery)}.
W John Hopkins University, Applied Physics Laboratory, ��czy si� atomy
miedzi z organicznymi cz�steczkami by otrzyma� MED (molecular electronic
device). Cz�steczki TCNQ u�ywa� mo�na jako prze��czniki: �wiat�o
laserowe zmienia przewodnio�� cienkich warstw takich materia��w. W
Center for Molecular Electronic, Syracuse University, m�wi si� o
bakteriorodopsynie jako pami�ci RAM (oceniana g�sto�� informacji 1 GB na
cm$^3$), i do konstrukcji bramki NAND o cyklu 3 ps.

Wp�ywu tych technologii spodziewa� si� mo�na po roku 2000. Do tego czasu
np. Intel planuje co roku now� wersj� mikroprocesora i860, w roku 2000
ma ona wykonywa� oko�o 2 miliard�w instrukcji w ci�gu sekundy. Cena
rynkowa mikroprocesora 80486 ma spa�� do 1\$! Ju� w 1992 roku procesor
P5 Intela wykonywa� ma ponad 100 MIPS. Obecne ceny stacji roboczych
dzielone przez ich numeryczn� wydajno�� s� w pobli�u 1.000\$ za Mflop
podczas gdy jeszcze kilka lat temu 10.000\$ za Mflop by�o marzeniem.

Tanie procesory RISC i CISC u�ywane s� obecnie w komputerach o bardzo
r��norodnej architekturze. S� w�r�d nich: architektury wektorowe,
r�wnoleg�e (wsp��bie�ne), VLIW (very long instruction word), rozproszone
(distributed).

Przyk�ady komputer�w wsp��bie�nych: NCUBE 2 ma do 8192 procesor�w, 27
Gflps peak, do 64 MB/procesor, hiperszescian, architektur� MIMD;
Thinking Machines CM2, pierwotnie 4096 lub 8192 procesory za 1 M\$,
architektura SIMD, 2 Gflop, obecnie CM5 jest maszyn� typu MIMD i mo�e
mie� do $2^{16}$ procesor�w. Intel produkuje iPSC Hypercube i860 maj�cy
do 128 procesor�w, na tych samych procesorach dzia�a seria FX firmy
Alliant.

{\em Przysz�o�� oblicze�} to przede wszystkim nowe architektury, np.
Advanced Computing Research Facility w Argonne ma wszystkie nowe typy
komputer�w, by si� z nimi ,,pobawi�". Obserwowa� mo�na 3 g��wne nurty
rozwojowe: wsp��bie�no��, systemy rozproszone i grafika. Przez ostatnie
15 lat dominowa�y komputery wektorowe, teraz coraz wi�cej jest
egzotycznych architektur. Maszyny typu SISD (Single Instruction Single
Data) s� najdro�sze w przeliczeniu na liczb� operacji, SIMD (Single
Instruction Multiple Data, np. wektorowe) s� ta�sze, a wieloprocesorowe
jeszcze ta�sze, wreszcie maszyny o bardzo wielu prostych procesorach
(multikomputery lub maszyny MIMD, Multiple Instruction Multiple Data) s�
najta�sze. Grafika telewizyjnej jako�ci wymaga przesy�ania danych z
szybko�ci� rz�du Gbita na sekund�! Lokalnie da si� to zrobi�, wysy�anie
danych na wi�ksz� odleg�o�� tak szybko wymaga superszybkich sieci
komputerowych.

Za 10 lat zostan� chyba tylko 3 typy maszyn: stacje graficzne, pe�ni�ce
rol� PC; superkomputery; serwery baz danych. Obecnie po�owiczny czas
�ycia du�ych maszyn to 3 lata. Widoczny jest powolny ruch w stron�
j�zyk�w programowania 4 generacji i OOP (zorientowanych obiektowo).
Oprogramowanie znacznie wolniej si� rozwija ni� hardware. Powszechna
dost�pno�� komputere�w poprzez sie� powoduje problemy z systemami
operacyjnymi, kt�re mog� zosta� zaatakowane przez wirusa na ca�ym
kontynencie w ci�gu kilku sekund!

{\em Kryzys oprogramowania}: nie mamy czasu na liczenie, trzeba ci�gle
dostosowywa� programy bo j�zyki, architektury komputer�w i systemy
operacyjne tak szybko si� zmieniaj�. Szczeg�lnie superkomputery wymagaj�
cz�sto ,,dostrojenia" program�w do ich architektury. Testy szybko�ci przy
pomocy 13 du�ych pakiet�w program�w pokaza�y, �e na najszybszych
komputerach (NEC SX-2, CRAY 2S/4128, Y-MP/832 itp) wykonywa�y one od 5
do 500 milion�w zmiennoprzecinkowych operacji na sekund�, wi�c na
kilkuprocesorowych wektorowych maszynach otrzyma� mo�na r��nice o
czynnik 100! Jeszcze wi�ksze r��nice wyst�pi� mog� na komputerach
wsp��bie�nych o du�ej liczbie procesor�w.

Powszechna jest opinia, �e nawet w komercjalnym oprogramowaniu znacznie
sprz�t wyprzedzi� oprogramowanie. Z okazji 15-lecia pisma BYTE
specjali�ci pytani: {\em jaka jest najwi�ksza przeszkoda dla rozwoju
zastosowa� komputer�w}, zgodnie odpowiadali: oprogramowanie. Jest
kosztowne, np. Japonia wydaje 50 M\$ rocznie na rozw�j interakcyjnej
grafiki 3D. Tymczasem brakuje nam lobby popieraj�cego rozw�j dziedzin,
zwi�zanych z oprogramowaniem -- znacznie �atwiej uzyska� dobr� ocen�
projekt�w zwi�zanych ze sprz�tem, ni� z oprogramowaniem.

{\em Metodologia programowania}: ka�dy buduje sw�j w�asny dom, odkrywa
ko�o, brak jest cegie�. Takimi prymitywnymi cegie�kami s� BLAS, LINPACK,
EISPACK, NAG, ostatnio LAPACK na maszyny wsp��bie�ne, 3 lata, 1.2 M\$.
Pewn� nadziej� dla du�ych projekt�w, pisanych od podstaw, jest CASE
(Computer Aided Software Engineering), ale kto w nauce ma pieni�dze na
finansowanie du�ych projekt�w zwi�zanych z oprogramowaniem? Wi�kszo��
du�ych program�w wywodzi si� z lat 60--tych i jest zbieranin� fragment�w
trudn� do modyfikacji. Bardzo popularne staje si� programowanie
zorientowane obiektowo: ma to umo�liwi� masow� produkcj� oprogramowania
przez zmian� filozofii jego budowy na filozofi� ,,klock�w Lego". Mamy ju�
rozszerzenia obiektowe do C, Pascala, Fortranu 90. Niestety, brak
pieni�dzy na pisanie du�ych system�w od nowa ka�e w�tpi� w mo�liwo��
pojawienia si� dobrych pakiet�w program�w naukowych w bliskiej
przysz�o�ci.

Trudno�ci w rozwijaniu du�ych sytem�w oprogramowania doprowadzi�y
Kennetha Wilsona do wysuni�cia projektu o nazwie Gibbs, kt�rym kieruje
obecnie matematyk, David Gries. Grupa 8 ludzi pracuje nad obiektowo
zorientowanym j�zykiem, maj�cym upro�ci� pisanie du�ych system�w,
integruj�c 3 aspekty: struktury programu, struktury danych i
dokumentacj�. Projekt Molix G. Diercksena z Monachium jest nieco
skromniejszy, bo usi�uje narzuci� pewne standardy w Fortranie 77 by
osi�gn�� to samo.

Rozw�j algorytm�w dla komputer�w wsp��bie�nych wymaga wielkiej pracy,
jest to jedna z najbardziej aktywnych dziedzin zwi�zanych z
oprogramowaniem na �wiecie.

\section{Nauki komputerowe: przyk�ady}

Trudno jest zdefiniowa�, co to np. jest fizyka, gdzie� kiedy� pad�o
takie okre�lenie: fizyka to to, co robi� fizycy po nocach. Przyjmijmy
robocz� definicj�: ka�dy, kto sp�dza wi�kszo�� swojego czasu pracy z
komputerem, zmuszaj�c go do nietrywialnych oblicze� celem rozwi�zania
jakiego� naukowego problemu, uprawia nauki komputerowe. Przedstawicielem
nauk komputerowych nie jest wi�c programista w banku, sp�dzaj�cy ca�e
dnie nad rozwojem systemu oprogramowania, ani programista system�w
operacyjnych ani informatyk, dowodz�cy w �cis�y spos�b poprawno�ci
programu sortuj�cego. Nauki komputerowe uprawia natomiast biolog, kt�ry
sp�dza ca�e lata symuluj�c ewolucj� lub zwijanie si� bia�ka, fizyk,
usi�uj�cy rozwi�za� r�wnania QCD czy matematyk, sp�dzaj�cy lata
rozwijaj�c, testuj�c i u�ywaj�c programy sprawdzaj�ce wszystkie mo�liwe
przypadki jakiego� twierdzenia. Z�o�ono�� takich zagadnie� i program�w,
s�u��cych do ich rozwi�zania jest tak du�a, �e praca w tej dziedzinie
przypomina bardziej prac� do�wiadczaln� ni� teoretyczn�.

Zanim pozwol� sobie na og�lne uwagi dotycz�ce nauk komputerowych
popatrzmy na ich przyk�ady, zwracaj�c szczeg�lnie uwag� na du�e projekty
softwarowe.

\subsection {Matematyka komputerowa}

Wi�kszo�� matematyk�w uwa�a komputery za nieco bardziej inteligentne
maszyny do pisania chocia� w kursie zastosowa� matematyki, od wielu lat
prowadzonym w Warszawie, niewiele ju� matematyki pozosta�o: naucza si�
na nim obs�ugi takich pakiet�w programowych jak bazy danych, arkusze
kalkulacyjne czy podstaw system�w operacyjnych. Matematyka na poziomie
politechnicznym, w znaczniej mierze 19-wieczna, daje si� uprawia� przy
pomocy program�w komputerowych s�u��cych do manipulacji symbolicznej.

S� pewne dzia�y matematyki, w kt�rych komputer�w u�ywa si� od dawna, np.
w teorii liczb naturalnych, gdzie pewne hipotezy, trudne do udowodnienia,
sprawdza si� szukaj�c mo�liwych wyj�tk�w przy pomocy komputer�w.
Interesuj�ce s� pr�by faktoryzacji r��nych wielkich liczb pierwszych w
oparciu o obliczanie rozproszone po ca�ym �wiecie. Ka�dy komputer
wykonuje niewielk� cz��� pracy (robi si� to w nocy na PC i Mac-ach) i
odsy�a rano wyniki. Tak roz�o�ono na czynniki pierwsze 116-cyfrow�
liczb� i 155-cyfrow� 9--t� liczb� Fermata, $2^{512}+1$. Najwi�ksza znana
liczba to $2^{756839}-1$, ma ona 227 832 cyfry (sprawdzono to na Cray-u
w Harwell w 1992 roku). Innym, bardzo znanym zagadnieniem matematycznym,
w kt�rym zastosowanie komputer�w by�o do�� istotne by�a klasyfikacja
grup prostych (grupa jest prosta je�li nie ma nietrywialnych podgrup
normalnych), pe�ni�cych podobn� rol� w teorii grup jak liczby pierwsze w
teorii liczb. Znana jest pe�na lista tych grup, nawi�ksza grupa-potw�r
liczy w przybli�eniu $8\cdot 10^{53}$ element�w! Prace nad t�
klasyfikacj� trwa�y ponad �wier� wieku; ocenia si�, �e pe�ny dow�d,
gdyby zebra� wszystkie cz�stkowe prace, zabierze 5-10 tysi�cy stron!

�adna z tych prac nie kwalifikuje si� jako matematyka komputerowa, gdy�
komputery gra�y w nich rol� pomocnicz�. Nieco bli�ej matematyki
komputerowej umie�ci� mo�na dow�d zagadnienia czterech barw:

\begin{quote}

Ka�d� map� narysowan� na kartce papieru mo�na pokolorowa� za pomoc�
czterech barw w taki spos�b, �e pa�stwa maj�ce wsp�ln� granic� otrzymaj�
r��ne kolory.

\end{quote}

Twierdzenie to czeka�o na dow�d od 1852 roku, doprowadzi�o do znacznego
rozwoju takich ga��zi matematyki jak teoria graf�w i doczeka�o si�
dowodu, kt�rego nikt nie mo�e sprawdzi� i kt�ry zawiera kilka b��d�w!
Problem sprowadzono do zbadania bardzo du�ej liczby graf�w: w 1970 roku
oceniano, �e potrzeba na to 11 lat ci�g�ej pracy szybkiego komputera.
Wydawa�o sie jednak, �e dow�d o umiarkowanej d�ugo�ci nie istnieje i
ka�dy dow�d tego zagadnienia b�dzie zawiera� niesprawdzalne (w sensie
tradycyjnego dowodu na papierze) przez cz�owieka elementy. Dow�d
przeprowadzono przy u�yciu 3 komputer�w, w latach 1970-76, zu�ywaj�c
ponad 1000 godzin CPU i prowadz�c w istocie dialog z programem. Poniewa�
w u�ywanych komputerach pojawia�y si� czasem przek�amania istnieje
pewne, cho� bardzo ma�e, prawdopodobie�stwo, �e dow�d jest b��dny (vide
p��niejsze kontrowersje). Komentuj�c swoje wyniki K. Appel i W. Haken
stwierdzili (cyt za: Zagadnienie czterech barw, w: Matematyka
wsp��czesna, 12 esej�w, WNT 1983)

\begin{quotation}

Od czas�w Platona do p��nego �redniowiecza metody matematyczne uwa�ane
by�y jako przewy�szaj�ce metody eksperymentalne, a fizyka do�wiadczalna
by�a nie do przyj�cia dla powa�nych naukowc�w. To bardzo mocno zawa�y�o
na rozwoju pewnych ga��zi fizyki. Na przyk�ad, prawa swobodnego spadku
cia� pod wp�ywem si�y ci��ko�ci zosta�y niepoprawnie wypowiedziane przez
Arystotelesa, kt�\-ry spr�bowa� wyprowadzi� je w spos�b teoretyczny, a
b��d nie zosta� poprawiony przez 2000 lat, dop�ki proste obserwacje i
do�wiadczenia Galileusza nie wyja�ni�y kwestii i nie rozpocz��y
szybkiego rozwoju dynamiki mechanicznej. \hbox{Gdy} tylko przekonano si�
o wa�no�ci bada� eksperymentalnych (i gdy poznano jeszcze mocniejsze
ograniczenia jakie si� stosuj� do metod czysto matematycz\-nych)
osi�gni�to bardzo owocny rozw�j fizyki w wyniku ��czenia tych dw�ch
metod. Zatem fakt, �e nasze wyniki wskazuj� na nieco mocniejsze
ograniczenia czysto matematycznych metod ni� to chcieliby widzie�
niekt�rzy matematycy, winien by� interpretowany nie jako rezultat
negatywny, ale jako wskazanie kierunku rozwoju.

\end{quotation}

W ostatnich latach tego typu dowody zdarzaj� si� cz�sto, powsta� nawet
{\em Geometry Supercomputer Project}, pod kierownictwem Alberta Mardena
z Uniwersytetu Minnesoty, skupiaj�cy kilkunastu matematyk�w z ca�ego
�wiata. Clement Lam przeprowadzi� poszukiwania ,,sko�czonej p�aszczyzny
rzutowej 10 rz�du", wymagaj�ce zbadania 100 bilion�w ($10^{14}$)
przypadk�w u�ywaj�c kilku tysi�cy godzin superkomputera Cray-1A. Jego
konkluzja jest bardzo ciekawa (cyt. za The Mathematical Intelligencer 12
(1990) 8):

\begin{quote}

Wprowadzenie komputer�w dostarczy�o matematykom bardzo pot��nego
narz�dzia pracy. Pozwala nam ono atakowa� problemy z�o�one. Niewielka
niepewno��, nieod��czna w dowodach wymagaj�cych komputer�w nie powinna
nas zniech�ca� przed ich u�ywaniem. Jak powiedzia� laureat nagrody Nobla
w fizyce, Richard Feynman, zwracaj�c si� w 1955 roku do National Academy
od Science, ,,Wiedza naukowa jest zbiorem stwierdze� o r��nym stopniu
pewno�ci -- niekt�re bardzo w�tpliwe, inne prawie pewne, ale �adne nie
s� absolutnie pewne." Tak jak fizycy nauczyli si� �y� z niepewno�cia,
tak i my powinni�my nauczy� si� �y� z ,,niepewnymi" dowodami. Mo�e
mogliby�my sobie podkra�� jeszcze jedn� kart� z podr�cznika
eksperymentalnej fizyki -- oni maj� swoje akceleratory, czemu my nie
mieliby�my marzy� o matematycznych superkomputerach?

\end{quote}

Nie tylko matematycy o takich superkomputerach marz�. W praktyce dowody
przeprowadzone przy pomocy komputera s� cz�sto znacznie pewniejsze ni�
dowody klasyczne, w kt�rych jest sporo b��d�w. Przyk�adem mog� by�
tablice ca�ek, w kt�rych programy do algebry symbolicznej znajdywa�y od
10 do 25\% b��dnie podanych ca�ek. Wielce ciekawy aspekt komputerowej
matematyki to u�ywanie metod sztucznej inteligencji w dowodzeniu
twierdze� i wysuwaniu hipotez matematycznych.

Prawdziwa matematyka komputerowa wi��e si� z zagadnieniami
obliczeniowymi, kt�re trudno jest traktowa� analitycznie, np. wyrasta z
zabaw Mandelbrota z komputerem i fraktalami (Mandelbrot od dawna nie
uprawia ju� ,,klasycznej" matematyki), symulacj� automat�w kom�rkowych
czy pr�b� wyobra�enia sobie 3-wymiarowych przekroj�w wielowymiarowych
obiekt�w, mo�liw� tylko dzi�ki wizualizacji komputerowej. Jakie odkrycie
polskiego matematyka zrobi�o najwi�ksz� karier�? W 1946 roku Stanis�aw
Ulam, uk�adaj�c w szpitalu pasjansa, wpad� na pomys� rachunku Monte
Carlo. Jest to metoda uniwersalna, pod warunkiem, �e mamy pod r�k�
narz�dzie kt�re potrafi w ci�gu sekundy zbada� miliony przypadkowych
mo�liwo�ci.

\subsection{Fizyka komputerowa}

Dziedzin� nauk komputerowych, kt�ra osi�gn��a najwi�ksz� to�samo��, jest
fizyka. Wida� to cho�by po tytu�ach czasopism fizycznych: Computers in
Physics, Computer Physics Communications, Computer Physics Reports,
Journal of Computational Physics, EPS Computational Physics Group
Newsletter.

We wrze�niu 1990 na konferencji w Amsterdamie stwierdzono: ,,Fizyka
komputerowa to fizyka teoretyczna studiowana metodami eksperymentalnymi"

S. Wolfram (nazywany przez koleg�w w Princeton nast�pc� Einsteina),
zajmowa� si� cz�\-stkami elementarnymi, automatami kom�rkowymi, stworzy�
system Mathematica: (cyt. za Comp. in Physics 7/89)

\begin{quote}

Lata  80 wspominane b�d� jako dekada, w kt�rej komputery powszechnie
wkroczy�y do metod nauk fizycznych. W dawnych czasach fizyka by�a
ga��zi� filozofii. Za czas�w Galileusza nast�pi�a rewolucja i fizyka
jest nauk� do�wiadczaln�. Teraz mamy kolejn� rewolucj� tj. symulowanie
�wiata przez komputery. Jest to fundamentalna zmiana sposobu my�lenia o
nauce. Praca nad automatami kom�rkowymi i fraktalami pokaza�a, jak
proste fizyczne modele prowadz� do niezwykle z�o�onych zachowa�.\\
W nadchodz�cych latach zobaczymy zwi�zki pomi�dzy pytaniami fizycznymi i
teori� oblicze�, fizyka statystyczna pojawi si� w projektowaniu system�w
wsp��\-bie�nych.

\end{quote}

Geoffrey Fox, CalTech, tw�rca programu $C^3 P$ (Caltech Concurrent
Computation Program) tak to okre�li� (cyt. za Comp. in Physics 1/1990):

\begin{quote}

Fizyka komputerowa jest trzeci� si��, ale nadal s�ab�. Dopiero stacje
robocze o szybko�ciach Gigaflop�w i superkomputery o szybko�ciach
Teraflop�w to zmieni�. Wielkim wyzwaniem dla uniwersytet�w b�dzie
kszta�cenie ludzi, kt�rzy z takiego narz�dzia b�d� umieli korzysta�. Kto
ma to robi�? Informatycy czy fizycy? Mo�e stosowani matematycy?
Potrzebne s� programy akademickie w zakresie z�o�onych system�w w
fizyce, chemii czy biologii, programy interdyscyplinarne. Trudno by
specjali�ci np. w genetyce mogli naucza� zaawansowanych metod
komputerowych ju� teraz niezb�dnych w ich pracy. Przemiana �wiadomo�ci
jest znacznie trudniejszym zadaniem ni� budowa Teraflopowego komputera.

\end{quote}

Najbardziej popularnym podej�ciem (w znaczniej mierze wywodz�cym si� z
prac K. Wilsona) do rozwi�zywania r�wna� chromodynamiki kwantowej,
podstawowej teorii materii, jest ich symulacja na sieciach
czasoprzestrzennych (QCD on lattices), chocia� osi�gane obecnie moce
komputer�w s� do tego celu daleko niewystarczaj�ce. Ju� teraz ponad 20\%
czasu superkomputer�w ameryka�skich przeznacza si� na takie w�a�nie
obliczenia. Wilson twierdzi, �e osi�gni�cie dok�adno�ci do�wiadczalnych
w tej dziedzinie wymaga znacznego rozwoju algorytm�w i zwi�kszenia mocy
komputer�w o czynnik rz�du $10^8$. Pewne u�yteczne rezultaty, przy
pomocy sieci $64^4$, osi�gn�� mo�na b�dzie ,,ju�" przy pomocy maszyn o
szybko�ci teraflop�w -- 40 fizyk�w z USA napisa�o wsp�lnie projekt
budowy takiego komputera do cel�w QCD. Du�a grupa naukowc�w zamierza
zbudowa� szybki komputer do specjalnych oblicze� QCD (kilka podobnych
pr�b, np. IBM GF-11, podj�to ju� w tej dziedzinie wcze�niej). Czy taki
spos�b dzia�ania nie przypomina fizyki teoretycznej studiowanej metodami
eksperymentalnymi?

Do�wiadczalna fizyka wysokich energii r�wnie� nie mo�e si� oby� bez
fizyk�w kom\-pu\-te\-ro\-wych. Oprogramowanie analizuj�ce dane z
akcelerator�w liczy setki tysi�cy wierszy, w ci�gu sekund nap�ywaj�
gigabajty danych (por. {\em Computers in Physics}, vol. 6, no.1 (1992)).
Inni ,,po�eracze" mocy obliczeniowych to fizycy symuluj�cy zachowanie
plazmy w r��nych warunkach eksperymentalnych, fizycy atmosfery
symuluj�cy zachowanie dziury ozonowej, zanieczyszczenia atmosferyczne,
pogod� (dlaczego mamy kiepskie prognozy pogody? Nawet Indie zakupi�y do
tego celu superkomputer! Nasze prognozy s� niedok�adne bo nich ich dla
nas specjalnie nie oblicza.), astrofizycy ewolucj� gwiazd, ewolucj�
wszech�wiata i galaktyk a specjali�ci od mechaniki kwantowej cia�o sta�e
i w�asno�ci pojedynczych cz�steczek. Fizyka i astronomia zu�ywa ponad
po�ow� czasu superkomputer�w w o�rodkach akademickich.

Fizyka komputerowa korzysta ze specyficznych metod numerycznych,
wprowadza r�wnie� analogie fizyczne by znale�� nowe podej�cia do
rozwi�zywania zagadnie� innych nauk komputerowych. Przyk�adem jest tu
metoda stopniowego studzenia (simulated annealing) lub metoda
minimalnych powierzchni zastosowana w r��nych zagadnieniach
optymalizacyjnych.

\subsection{Chemia komputerowa}

Po etapie intensywnego rozwoju teorii i oprogramowania w latach 60 i
70--tych chemia kwantowa sta�a si� w latach 80--tych przydatna chemikom
do�wiadczalnikom i w tej chwili znacznie jest wi�cej u�ytkownik�w
wielkich pakiet�w gotowych program�w kwantowochemicznych ni� ludzi
znaj�cych si� na metodach w tych pakietach wykorzystywanych. Osi�gane
dok�adno�ci dla ma�ych cz�steczek s� cz�sto na poziomie danych
do�wiadczalnych a mo�na je uzyska� znacznie szybciej. Chemicy
komputerowi znacznie lepiej znaj� si� na programach i komputerach ni� na
robieniu do�wiadcze� czy rozwijaniu teorii. Mamy nie tylko pisma z
chemii kwantowej lecz r�wnie� {\em Journal of Computational Chemistry}.
W akademickiej sieci komputerowej mamy grup� dyskusyjn� ,,computational
chemistry group" (serwer znajduje si� w o�rodku superkomputerowym w
Ohio).

W powszechnym u�ytku jest kilkana�cie uniwersalnych system�w program�w,
ka�dy z \hbox{nich} licz�cy setki tysi�cy wierszy. Napisanie takich
program�w zajmuje dziesi�tki osobolat (np. system ,,Columbus" ocenia si�
na 25 osobolat). Pewn� pr�b� zebrania wielu z tych pakiet�w i stworzenia
uniwersalnego systemu do ,,globalnej symulacji �wiata" jest MOTECC
(Modern Techniques in Computational Chemistry), projekt podj�ty przez E.
Clementi'ego w firmie IBM (niestety, ostatnio projekt przerwano). Idea
globalnej symulacji jest prosta: seria modeli opartych na
fundamentalnych r�wnaniach opisuj�cych materi�, od mikroskopowych do
makroskopowych, korzystaj�cych z wynik�w po�rednich modeli na kolejnych
poziomach powinna nam pozwoli� wyprowadzi� wszystkie w�asno�ci materii
(pocz�wszy od atom�w) z komputerowych oblicze�. MOTECC 90 sk�ada si� z
30 du�ych pakiet�w program�w: od mechaniki kwantowej przez mechanik�
statystyczn� do dynamiki o�rodk�w ci�g�ych.

Przyk�adem symulacji globalnej s� obliczenia dla wody. Zaczynamy od
atom�w: 3 j�dra, 10 elektron�w, u�ywamy procedury SCF, dodajemy
korelacj� elektronow�, obliczamy hiperpowierzchnie energetyczne,
analizujemy wibracje cz�steczki wody, nast�pnie badamy 2 cz�steczki (tj.
dimer) wody, obliczamy ich potencja�y oddzia�ywania, dodajemy wi�cej
cz�steczek badaj�c ma�e klastery wody i poprawiaj�c potencja�y
oddzia�ywania. Przechodzimy nast�pnie do mechaniki statystycznej:
u�ywaj�c dynamiki molekularnej lub prostego Monte Carlo, symulujemy
$10^3-10^5$ cz�steczek w ustalonej obj�to�ci i temperaturze, generujemy
miliony konfiguracji obliczaj�c energi� ca�o�ci u�ywaj�c potencja��w
wyliczonych poprzednio, liczymy �rednie statystyczne i w�asno�ci, takie
jak funkcje korelacji par, przekroje na rozpraszanie X i neutron�w,
trnslacyjno-rotacyjne f. korelacji, widma podczerwone i Ramana,
wsp��czynniki dyfuzji, czasy relaksacji NMR, dane termodynamiczne. Dla
100 000 cz�steczek w systemie otwartym i czasach rz�du piko do
nanosekund daje si� do�� dok�adnie obserwowa� turbulencj� i dosta�
prawid�ow� liczb� Reynoldsa. Maj�c takie makroskopowe w�asno�ci mo�emy
rozwi�zywa� r�wnania dynamiki p�yn�w i bada� np. ruch fal w zatoce.

Globalna symulacja wymaga du�ych mocy obliczeniowych (obliczenia dla
wody prowadzone by�y na specjalnie skonstruowanym sytemie,sk�adaj�cym
si� z wielu komputer�w), ale do ko�ca tej dekady b�d� mo�liwe na biurku.
Bardzo intensywnie rozwijan� cz��ci� chemii obliczeniowej jest
modelowanie molekularne, wymagaj�ce bardzo szybkich stacji graficznych i
program�w dynamiki molekularnej. Wkracza to u� w chemi� bia�ek, nale��c�
do biochemii.

\subsection{Biologia i biocybernetyka komputerowa}

Chocia� komputery wykorzystuje si� w wielu dzia�ach biologii, do
gromadzenia informacji i wspomagania eksperyment�w to biologia
komputerowa dopiero si� zaczyna. Z jednej strony mamy symulacje na
poziomie makroskopowym, ekologiczne, zwi�zane z przep�ywem substancji i
energii w przyrodzie oraz z biologi� populacyjn�, z drugiej strony mamy
symulacje na poziomie molekularnym, w genetyce i biologii molekularnej,
w szczeg�lno�ci problemy powstania �ycia i kodu genetycznego. Jednym z
najwa�niejszych zagadnie� jest pr�ba okre�lenia struktury przestrzennej
bia�ka na podstawie sekwencji aminokwas�w. Najcz��ciej pr�buje si�
stosowa� r��ne metody heurystyczne, statystyczne lub detektory
regularno�ci oparte na modelach sieci neuropodobych.

Jednym z najciekawszych projekt�w modelowania ekologicznego opublikowano
w 1986 roku (D.L. Cappock {\em et.al.}, Journal of Applied Ecology
1986). Dotyczy� on plemienia Turkana, nomad�w zamieszkuj�cych
p��nocnozachodni� Keni�. Plemi� to �yje wi�kszo�� czasu na kraw�dzi
g�odu. W pocz�tkach lat 80--tych National Resource Ecology Laboratory z
Colorado State University rozpocz��o szczeg��owe badanie warunk�w �ycia
i �rodowiska plemienia Turkana. Przeprowadzono bardzo szczeg��ow�
analiz� z punktu widzenia przep�ywu energii w przyrodzie, pocz�wszy od
energii s�onecznej, przez ro�linn�, produkty zwierz�ce i energi�
zu�ywan� na prac� ludzi. Do oceny strat energii potrzebny by� bardzo
dok�adny model, uwzgl�dniaj�cy sprawno�� fotosyntezy, metabolizmu,
produkcji bia�ek, czynniki �rodowiskowe takie jak ilo�� opad�w w r��nych
okresach roku, wilgotno�� gleby itp. Informacje, potrzebne do stworzenia
takiego szczeg��owego modelu zbierano latami. By okre�li�, ile i jakiego
po�ywienia zjadaj� r��ne gatunki zwierz�t obserwowano je licz�c ile razy
w ci�gu dnia dane zwierz� co� gryz�o. Na ca�ym obszarze, po kt�rym
w�druje plemi� Turkana policzono liczb� r��nych ro�lin pos�uguj�c si�
analiz� zdj�� lotniczych. Oceniono jako�� i ilo�� drewna, zu�ywanego na
opa�. Uwzgl�dniono r��ne sposoby zdobywania po�ywienia w okresach suszy:
gdy zwierz�ta z powodu niedo�ywienia daj� ma�o mleka upuszcza pije si�
ich krew, wymienia na zbo�e lub zjada. W poprzednich modelach m�wi�o si�
o ,,�ancuchu pokarmaowym"; w tych badaniach by�a raczej ,,paj�czyna" lub
,,sie�" pokarmowa, gdy� zidentyfikowano ponad 30 alternatywnych dr�g
zdobywania po�ywienia. Tak szczeg��owy model pozwala na �ledzenie i
realistyczne przewidywanie reakcji plemienia Turkana na zmiany
klimatyczne, np. d�ugotrwa�e okresy suszy.

Bardzo ciekawe zagadnienia informatyczne zwi�zane s� z projektem
mapowania ludzkiego genomu. Specjali�ci od baz danych oceniaj�, �e
problemy zwi�zane z sekwencjonowaniem genom�w, wymagaj�ce zapisu
informacji o miliardach par nukleotyd�w to jedno z najwi�kszych wyzwa�,
przed kt�rymi stan�li. Ocenia si�, �e w 1994 roku szybko��
sekwencjonowania wyniesie 160 milion�w par rocznie, a w 1999 roku
wzro�nie do 1.6 miliarda (genom cz�owieka zawiera prawie 3 mld par
nukleotyd�w, w ok. 100000 gen�w). Do tej pory nawet tak dobrze zbadany
organizm jak {\em Escherichia coli} zmapowany zosta� zaledwie w 16\%.
Coraz wi�cej biolog�w zamiast prowadzi� badania do�wiadczalne korzysta�
b�dzie z baz danych i symulacji komputerowych w biologii i w medycynie.
Przyk�adem takiego problemu obliczeniowego, gdy ju� powstanie
odpowiednia baza danych, b�dzie pr�ba rekonstrukcji drzewa ewolucji.
Przy okazji dyskusji nad tym projektem (Comm. of the ACM 11 (1991) 45)
stwierdzono, �e bardzo brakuje komputerowych biolog�w, w tej chwili
potrzeba ich ju� ok. 4000.

Na sponsorowanej przez firm� IBM konferencji ,,Large Scale Analysis and
Modelling" nagrodzono 2 prace biologiczne: pierwsza dotyczy�a
3-wymiarowej rekonstrukcji graficznej ucha �rodkowego, a druga
modelowania pracy serca i analizy elektrokardiogramu. Wa�nym dzia�em
biologii komputerowej s� symulacje dzia�ania kom�rek nerwowych jak i
fragment�w uk�adu nerwowego, a w szczeg�lno�ci m�zgu. Przyk�adem wp�ywu
biologii na metody komputerowego rozwi�zywania problem�w s� algorytmy
genetyczne, pozwalaj�ce na znalezienie optymalnych rozwi�za� dla
szerokiej klasy zagadnie�, oparte na genetycznych mechanizmach selekcji
naturalnej.

\subsection{Nauki o poznaniu (cognitive sciences)}

Wydaje si� obecnie, �e realizacja ,,zdrowego rozs�dku" przy pomocy
systemu opartego na regu�ach i heurystykach wymaga bardzo wielkiej bazy
wiedzy. Grupa informatyk�w ameryka�skich, pod kierownictwem Douglasa
Lenata, ju� od 1984 roku pracuje nad takim w�a�nie projektem, znanym pod
kryptonimem CYC: wed�ug ich ocen uniwersalny system ekspertowy, z kt�rym
mo�na b�dzie o prawie wszystkim porozmawia�, wymaga bazy wiedzy
zawieraj�cej ogromn� liczb� regu�, rz�du 100 milion�w! Do ko�ca 1990
roku w systemie CYC znalaz�o si� oko�o 2 milion�w regu�. Tak ogromna
baza wiedzy pozwala unikn�� konieczno�ci ,,g��bokiego" rozumowania, to
jest kolejnego stosowania wielu r��nych regu�, powoduj�cego zagubienie
si� programu w zbyt wielu mo�liwych wnioskach. Jest to projekt bardzo
kosztowny i ryzykowny, gdy� nikt nie wie, czy tak wielki system b�dzie
stabilny i naprawd� przydatny. Lenat ma nadziej�, �e tworzona przez
niego baza wiedzy b�dzie niezb�dn� cz��ci� wyposa�onego w zdrowy
rozs�dek komputera 21 wieku. Rozpoczynaj�c ten projekt autorzy ocenili
szans� na du�� przydatno�� swojej bazy wiedzy w inteligentnych
programach zaledwie na 5\%, jednak po pi�ciu latach pracy daj� sobie ju�
60\% szans. Mi�dzy innymi taka baza wiedzy powinna umo�liwi� dialog z
komputerem w j�zyku naturalnym.

\subsection{Ekonomia komputerowa}

Za modelowanie matematyczne zagadnie� ekonomicznych przyznano ju� kilka
nagr�d Nobla, pierwsze modele pochodz� jeszcze sprzed ery komputer�w,
potrzebne s� jednak realistyczne modele w makroskali lub w skali ca�ego
globu. Niekt�re modele ekonometryczne pozwalaj� na do�� dok�adne
przewidywania sytuacji ekonomicznej w wybranych dziedzinach na rok z
g�ry. Bogate kraje zyskuj� na mo�liwo�ci przewidywania r��nych
tendencji, chocia� takie czynniki zewn�trzne jak np. pogoda czy
konflikty regionalne s� nie do przewidzenia.

Jednym z pierwszych rezultat�w komputerowego modelowania ekonomii by�
apokaliptyczny raport Klubu Rzymskiego ,,Ograniczenia Wzrostu" z 1972
roku. By� to model skrajnie prosty, uwzgl�dniaj�cy oddzia�ywanie
pomi�dzy zaledwie 5 zmiennymi: zaludnieniem, wzrostem ekonomicznym,
produkcj� �ywno�ci, ska�eniami i zasobami naturalnymi. Obecnie
rozwi�zuje si� ponad 10 000 sprz��onych r�wna� r��niczkowych a do
globalnych symulacji ekonomii �wiata potrzeba dok�adniejszych modeli o
ponad 100 000 r�wna� -- wymaga to pami�ci rz�du Gigabajt�w i szybko�ci
rz�du Gigaflop�w. Modelowanie rynku finansowego, przewidywanie ruch�w
cen na gie�dzie, to najszybciej rozwijaj�ce si� zastosowania
superkomputer�w.

\subsection{Nauki humanistyczne}

Do czego przydaj� si� komputery w naukach humanistycznych i czy jest
sens m�wi� o ich komputerowych wersjach? Komputery nadaj� si� oczywi�cie
do prac pomocniczych, pisania, przechowywania i wyszukiwania danych,
mog� s�u�y� jako podr�czne notatniki w pracy archeologa, ale nie
wystarcza to jeszcze do okre�lenia ,,komputerowa humanistyka".
Lingwistyka komputerowa jest cz��ci� informatyki, podobnie pr�by
tworzenia system�w prowadz�cych dialog w j�zyku naturalnym czy
t�umacz�cych z jednego j�zyka na drugi. Lingwi�ci mog� si� oczywi�cie
wci�gn�� w takie zagadnienia. Wiele ambitnych zastosowa� i modeli
komputerowych tworzy si� dla potrzeb socjologii. Pojawiaj� si� jednak
inne zastosowania, bli�sze temu, co mo�na okre�li� jako ,,komputerowa
humanistyka."

Klio, muza historii, udzieli�a swojego imienia nauce o nazwie {\em
kliometria}, zajmuj�cej si� ilo\-�cio\-wymi (statystycznymi) metodami w
historii. Przoduj� w tej dziedzinie amerykanie: ju� w po�owie lat
siedemdziesi�tych komputerowa baza danych, zwana ,,Archiwum historyczne",
zawiera�a prawie gigabajt informacji (miliard znak�w), w��czaj�c w to
wszystkie dane dotycz�ce wybor�w na r��nych szczeblach od 1790 roku.
Dane, zawarte w tej bazie, pozwoli�y na nowe spojrzenie na wiele
aspekt�w ameryka�skiej historii, np. na ,,radykaln� reinterpretacj�
sprawy niewolnictwa" dzi�ki przebadaniu aspekt�w ekonomicznych
utrzymywania tego systemu (do ko�ca lat 60--tych panowa� pogl�d, �e
system ten przed wojn� domow� by� bliski za�amania). ameryka�scy
studenci maj� do dyspozycji stworzony w 1987 roku program o nazwie
,,Wielka Maszyna Ameryka�skiej Historii", przedstawiaj�cy r��ne aspekty
demograficzne i ekonomiczne w zadanym okresie czasu bezpo�rednio na
mapach kartograficznych i wykresach dla podanych obszar�w. Mo�na na
przyk�ad por�wna� ze sob� sytuacj� ludno�ci pochodzenia polskiego i
irlandzkiego w 1870 roku w stanie Illinois. Wkr�tce doczekamy czas�w,
gdy wszystkie informacje historyczne b�d� natychmiast dost�pne badaczom
i zamiast szpera� po starych dokumentach bed� sp�dzali ca�e dnie przed
monitorem. Chocia� mo�na to okre�li� jako ,,komputerow� histori�" nie s�
to zastosowania komputer�w wymagaj�ce szczeg�lnie wyrafinowanych metod.

Mija w�a�nie 500--lecie odkrycia Ameryki. 11 pa�dziernika 1492 roku, o
godzinie 10 wieczorem, ze statku Krzysztofa Kolumba dostrze�ono przy
�wietle ksi��ycowym zarys brzegu. Fala by�a du�a i trzeba by�o czeka� do
drugiej w nocy znaim brzeg nie pojawi� si� wyra�niej. Po 33 dniach
podr��y statki Kolumba dotar�y do l�du. Ale jakiego l�du?

Wiadomo, �e by�a to wyspa nale��ca do archipelagu wysp Bahama. Kolumb
nazwa� j� San Salvador. Niestety, jej dok�adne po�o�enie pozosta�o przez
wieki nie znane. Oryginalny dziennik okr�towy Kolumba zagin��, pozosta�a
jedynie kopia, pe�na b��d�w i niedom�wie�. Historycy, usi�uj�cy na tej
podstawie odtworzy� miejsce l�dowania Kolumba w Nowym �wiecie
proponowali ni mniej ni wi�cej tylko 10 r��nych wysp! Po latach studi�w
i analiz Samuel Morison, biograf Kolumba, og�osi� w 1942 roku, �e by�a to
z pewno�ci� Wyspa Watlinga. Niekt�re atlasy zaznaczaj� nawet przy nazwie
tej wyspy, �e na niej w�a�nie wyl�dowa� Kolumb. Ale czy na pewno?

Dyskusja nad miejscem l�dowania Kolumba rozgorza�a na nowo w 1980 roku,
po powt�rnym opublikowaniu pracy Pietera Verhooga argumentuj�cego, �e
by�a to Wyspa Caicos. Dyskusja przyci�gn��a uwag� Josepha Judge'a,
jednego z wydawc�w National Geographic. Przeczyta� on uwa�nie kopi�
dziennika Kolumba i doszed� do wniosku, �e dane, dotycz�ce odleg�o�ci,
kierunk�w rejsu, wiatru i pr�d�w morskich powinny wystarczy� do
rozstrzygni�cia sporu. Dane te nigdy nie by�y przez historyk�w brane pod
uwag�, gdy� trudno jest wykona� na papierze wszystkie obliczenia celem
odtworzenia ca�ej trasy, zw�aszcza, �e dane zawiera�y b��dy. Od czego
jednak s� komputery? Judge poprosi� swojego przyjaciela, Louisa Marden,
znanego �eglarza, o wykre�lenie trasy podr��y odkrywcy. Marden, do
sp��ki ze swoj� �on�, wykona� mn�stwo oblicze�, bior�c pod uwag� nie
tylko dane z dziennika statku {\em Santa Maria}, lecz r�wnie� pr�dy
oceaniczne i dryf statku. Na ko�cu trasy znalaz� wysp� Samana Cay,
niewielk� wysepk� po�o�on� 100 kilometr�w na po�udnie od Wyspy Watlinga.

Kolejnym krokiem by�o stworzenie komputerowego modelu brzeg�w wysp
Bahama. Potrzebny by� do tego do�wiadczony programista, znaj�cy si� nie
tylko na grafice komputerowej ale i na kartografii. Po d�u�szych
poszukiwaniach Judge  natrafi� na Roberta Lillestranda, wiceprezydenta
znanej firmy komputerowej CDC, weterana dw�ch ekspedycji na biegun
p��nocny. Lillestrand u�ywa� poprzednio komputera do odtworzenia trasy
wyprawy z 1909 roku Roberta Peary na biegun p��nocny. Tym razem sprawa
by�a nieco bardziej skomplikowana.

W ten spos�b w 1986 roku Lillestrand i wsp��pracuj�cy z nim programi�ci
zabrali si� za ostateczne wyja�nienie sprawy. Opracowali oni program
koputerowy, znany pod nazw� CRT (Columbus Research Tool), b�d�cy
narz�dziem, pozwalaj�cym na elektroniczne odtworzenie wyprawy Kolumba.
Do bazy danych wprowadzono informacje o kszta�tach brzeg�w 342 wysp, o
p�yciznach i o niebezpiecznych wodach w okolicy wysp Bahama. Celem by�o
nie tylko zbadanie, na kt�rej wyspie wyl�dowa� poraz pierwszy Kolumb,
ale i odtworzenie pe�nej trasy jego podr��y. Uwzgl�dniono przy tym takie
informacje, jak wysoko�� drzew, porastaj�cych brzegi wysp. W zapiskach
Kolumba mo�na by�o bowiem odczyta�, �e Indianie u�ywali �odzi, w kt�rych
mie�ci�o si� 40 ludzi, a st�d wyliczy� mo�na wysoko�� drzew, z kt�rych
pni �odzie zrobiono. Gniazdo bocianie na {\em Santa Maria} znajdowa�o
si� na wysoko�ci 20 metr�w, mo�na wi�c by�o obliczy�, z jakiej
odleg�o�ci widoczne b�d� drzewa na wyspach. Okaza�o si�, �e Marden mia�
racj�: Kolumb dobi� do brzegu Samana Cay.

Pos�uguj�c si� informacjami o geografii regionu mo�na by�o, krok po
kroku, bada� wszystkie prawdopodobne trasy jego podr��y i por�wnywa�
obraz, widziany na ekranie komputera z dziennikiem Kolumba. Dzi�ki temu
odtworzono pe�n� tras� tej historycznej podr��y.

Nauk�, w kt�rej komputery przydaj� si� nie tylko do zbierania i
przechowywania danych, jest r�wnie� archeologia. Rekonstrukcje znanych
zabytk�w, np. kompleksu Borobodur na Jawie, nie by�yby mo�liwe bez
mo�liwo�ci wyszukiwania pasuj�cych do siebie fragment�w kamiennych przy
pomocy komputera. W archeologii u�ywa si� r�wnie� zaawansowanych technik
komputerowej analizy obrazu, wykorzystuj�c do tego celu zdj�cia lotnicze
i zdj�cia z ameryka�skiego satelity LANDSAT i francuskiego satelity
SPOT. System Informacji Geograficznej (GIS) zawiera informacje z r��nych
�r�de�, takich jak zdj�cia i wykopaliska archeologiczne. Badacze maj�
nadziej�, �e mo�na b�dzie na podstawie informacji zawartych w tym
systemie okre�la� potencjalne miejsca wykopalisk nie ruszaj�c si� sprzed
monitora.

Komputery przydaj� si� te� w badaniach literackich. Przy ko�cu 13 wieku
wynaleziono konkordancje -- indeksy s��w, podaj�cych miejsce ich
wyst�powania i fragmenty tekstu, w kt�rych wyst�puj�. Jest to ogromnie
pracoch�onne. Pocz�tkowo jedynie Biblia by�a dzie�em godnym opracowania
konkordancji, jednak�e w 19 wieku praktyka analizowania tekstu przy
pomocy konkordancji rozszerzy�a si� na dzie�a literackie. Jednym z
pierwszych zastosowa� komputer�w do tego typu zastosowa� by�o stworzenie
konkordancji dzie� �wi�tego Tomasza z Akwinu.

W�oski jezuita, Ojciec Roberto Busa, zg��bia� teologiczne subtelno�ci
s�owa ,,obecno��" w dzie�ach �w. Tomasza. Niestety, bardzo cz�sto s�owo
to zast�pywane zosta�o po prostu skr�tem ,,w", np. ,,jest w czym�",
pozostawiaj�c ,,obecny". Po latach pracy nad tekstami, zawieraj�cymi 10
milion�w s��w, Ojciec Busa doszed� do wniosku, �e jedynym rozwi�zaniem
jest stworzenie pe�nej konkordancji wszystkich tekst�w. W 1949 roku Busa
napisa� do szefa i za�o�yciela m�odej firmy IBM, Thomasa Watsona. W
poczekalni zauwa�y� has�o firmy: ,,Rzeczy trudne za�atwiamy od r�ki;
niemo�liwe zajmuj� nam troszk� d�u�ej." Firma IBM obieca�a mu pomoc. W
ko�ciele w pobli�u Mediolanu zainstalowano kilka dziurkarek kart
perforowanych, czytnik kart i drukark� a po�niej r�wnie� komputer. Ka�da
pomy�ka w wpisywaniu danych wymaga�a drukowania kart od nowa. Trwa�o to
przez 18 lat, do roku 1967! Przez nast�pne 13 lat Ojciec Busa sortowa� i
przygotowywa� do druku konkordancj�. W sumie projekt ten trwa� ponad 30
lat, wymaga� 1.8 miliona godzin pracy ludzkiej i 10 tysi�cy godzin pracy
komputera, a jego rezultatem by�o 60--tomowe dzie�o, zawieraj�ce 70
tysi�cy stron!

Dzisiaj komputer osobisty, wyposa�ony w CD ROM, pozwala w ci�gu sekund
odszuka� kolejne pojawienie si� danego s�owa w tek�cie. Bez trudu
zakupi� mo�na dzie�a wszystkie Szekspira a nawet poezje zebrane, wydane
w j�zyku angielskim od pocz�tku �wiata. Tworzenie konkordancji du�ych
tekst�w, je�li ju� kto� bardzo chce to zrobi�, trwa minuty, a publikacja
takich wynik�w mija si� ca�kowicie z celem.

Szybko�� rozwoju technik komputerowych powoduje, �e w wielu dziedzinach
prac� ca�ego �ycia daje si�, lub da si� wkr�tce, powt�rzy� w ci�gu
godziny.

\subsection{Nauki prawnicze}

Istnieje informatyka prawnicza, zajmuj�ca si� g��wnie bazami danych dla
potrzeb prawa. Bardziej ambitne zastosowania komputer�w w naukach
prawniczych zmierzaj� do wprowadzenia metod sztucznej inteligencji do
wyszukiwania informacji na podstawie opis�w, kt�re wymagaj� g��bszej
analizy (rozumienia pytania, a nie tylko szukania s��w kluczowych), do
wyszukiwania sprzeczno�ci wewn�trznych w danym zbiorze przepis�w itp.
Mo�na s�dzi�, �e wraz z rozwojem metod analizy j�zyka naturalnego
pojawi� si� komputerowi eksperci nauk prawniczych.

\subsection{Nauki rolnicze}

Nauki rolnicze (w odr��nieniu od rolnictwa) mamy nad wyraz rozwini�te.
Czy s� jakie� ambitne zastosowania komputer�w w tych naukach? Jedna z
nagrodzonych prac na konferencji ,,Large scale analysis and modelling",
sponsorowanej przez IBM, dotyczy�a oddzielenia informacji genetycznej od
�rodowiskowej dla kr�w mlecznych, uwzgl�dniaj�c informacj� od wszystkich
spokrewnionych kr�w -- wymaga�o to nie tylko ogromnej bazy danych, ale
rozwi�zania uk�adu r�wna� o wymiarze 10 milion�w! Taka praca ma du�e
praktyczne znaczenie i wymaga du�ego do�wiadczenia w pracy z
superkomputerem.

\subsection{Nauki komputerowe {\em per se}:}

Coraz wi�cej jest dzia��w nauki, kt�re wy�amuj� si� prostej
klasyfikacji. Mo�na do owych ,,w�a�ciwych" nauk komputerowych zaliczy�
cz��� teorii system�w z�o�onych, mo�na w��czy� r��nego rodzaju
modelowanie matematyczne, np. metody komputerowego badania uk�ad�w
dynamicznych, najcz��ciej rozwijane przez fizyk�w, chocia� zagadnienia
fizyki to zaledwie jedno z wielu mo�liwych zastosowa� tych metod, czy
teoria automat�w kom�rkowych, r�wnie� przez fizyk�w rozwijana.

Mo�na tu r�wnie� wliczy� programowanie naukowe (scientific programming);
dziedzina ta doczeka�a si� swojego pisma (b�dzie wychodzi� od po�owy
1992 roku).

\section{Nauki komputerowe}

Czy nauki komputerowe nie powinny pozosta� dzia�ami poszczeg�lnych nauk?
I tak i nie. Tak, gdy� wymagaj� one kszta�cenia w zasadniczych
kierunkach, z kt�rych wyrastaj�, w naturalny spos�b wydor�bniaj�c si� z
tych kierunk�w, jak to si� sta�o z chemi� obliczeniow�. Nie, bo ludzie
maj� w nich wsp�lny j�zyk i mo�na kszta�ci� w znacznym stopniu tak samo
ekonomist�w, biolog�w, chemik�w i fizyk�w: programowanie, analiza
numeryczna, techniki wizualizacji danych, symulacji, modelowania,
nienumeryczne metody komputerowe. Cz�sto �atwiej porozumie� si�
chemikowi komputerowemu z fizykiem czy ekonomist� robi�cym symulacje
ekonometryczne ni� z chemikiem analitykiem czy biochemikiem. Nauki
komputerowe to nietrywialne, a wi�c wykraczaj�ce poza elementarne
wiadomo�ci, zastosowania komputer�w w tych dziedzinach. Poza tym do nauk
obliczeniowych nale�� podej�cia interdyscyplinarne, kt�re nigdzie nie
pasuj�.

Czy nie jest to dzia� informatyki? W pewnym sensie tak: zastosowania
komputer�w w r��nych naukach. Nie wyrasta on jednak z istniej�cych
instytut�w informatyki, ich programy nauczania nie s� dostosowane do
potrzeb w tych dziedzinach. Je�li kt�ra� z ga��zi zaczyna przerasta�
ca�e drzewo to czas ju� chyba na jej od��czenie...

Nauki komputerowe to cz��� matematyki stosowanej w takim samym sensie
jak teoretyczne nauki �cis�e s� cz��ci� matematyki stosowanej - z punktu
widzenia matematyki nie jest to nic nowego.

Co zrobiono, by ustali� to�samo�� tych nauk? Mamy zatrz�sienie pism z
,,komputer" w tytule, konferencje na przer��ne komputerowe tematy, ale
niewielu specjalist�w sk�onnych jest przyzna�, �e jest to istotnie
,,trzecia si�a" w nauce.

\section{Plany kszta�cenia -- inicjatywy ameryka�skie.}

M. Gell Mann w dalszej cz��ci swojej wypowiedzi na ,,Complex Systems
Summer School" w Santa Fe, stwierdzi�:

\begin{quote}

Jest rzecz� coraz wyra�niej widoczn�, �e zrozumienie z�o�onych system�w
wymaga� b�dzie wspieraj�cych si� nawzajem bada�, prowadzonych przez
specjalist�w reprezentuj�cych szerokie spektrum, od matematyki i nauk
przyrodniczych do nauk humanistycznych. Spo�ecze�stwo musi znale��
sposoby, by piel�gnowa� to niezb�dne zbli�enie si� r��nych dyscyplin
naukowych i innych wa�nych czynnik�w. Istniej�ce obecnie instytucje
akademickie nie s� dobrze przygotowane by podo�a� tym nagl�cym
potrzebom.

\end{quote}

Pojawianie si� symulacji komputerowych jako nowego sposobu rozwi�zywania
zagadnie� wymaga dostosowania program�w nauczania. Zmiany powinny si�ga�
bardzo g��boko. Foz por�wnuje obliczanie do tak fundamentalnych
umiej�tno�ci jak czytanie, pisanie czy arytmetyka, kt�rych zrozumienie i
u�ywanie jest podstaw� wszelkiego dzia�ania w �wiecie wsp��czesnym.
Powstaje wi�c problem, jak naucza� takiego podej�cia do nauki? Przede
wszystkim konieczny jest sprz�t (w Polsce nie mmay prawie �adnych
do�wiadcze� w programowaniu wsp��bie�nym).

Jak wygl�daj� propozycje ameryka�skie? Przy programach
interdyscyplinarnych istnieje du�e niebezpiecze�stwo sp�ycenia
wszystkiego -- studenci nie osi�gn� poziomu magisterskiego w �adnej
dziedzinie. Brakuje zar�wno program�w nauczania, jak i podr�cznik�w nauk
komputerowych. Znam tylko 2 uczelnie, kt�re maj� ju� takie programy (na
pewno jest wi�cej). California Institute of Technology ma program
doktorancki ,,Physical Computation and Complex Systems" i Syracuse
University, gdzie mie�ci si� ,,The Syracuse Center for Computational
Science", oferuje podobny program zar�wno w naukach �cis�ych jak i w
informatyce, kt�rej cz��� ma by� nastawiona w kierunku zastosowa�.
Kanadyjskie uniwersyteckie instytuty informatyczne maj� zwykle w nazwie
,,Computing Science" i spotyka si� na nich grupy zajmuj�ce si� robotyk�,
tomografi� komputerow� (zastosowaniami medycznymi) czy epidemiologi�.

Matematyka stosowana bardzo rzadko zbli�a si� na tyle do nauk
przyrodniczych, by przyczyni� si� w nich do post�pu w rozwi�zywaniu
specyficznych problem�w numeryczncyh dla danej dziedziny. Np. metody
diagonalizacji du�ych, rzadkich macierzy o stosunkowo du�ych elementach
diagonalnych, potrzebne w niekt�rych dzia�ach fizyki, zosta�y rozwini�te
przez samych fizyk�w, podobnie dzieje si� w przypadku niekt�rych r�wna�
r��niczkowych. Takie programy edukacyjne stwarzaj� szanse lepszej
wsp��pracy.

Nieco mniej ambitne programy studi�w, zmierzaj�ce w kierunku studi�w
interdyscyplinarnych, maj� r��ne uniwersytety europejskie. Np.
Uniwersytet w Odense, w Danii, prowadzi studia mieszane ,,informatyka z
fizyk�", ,,informatyka z chemi�", i ,,informatyka z biologi�". Programy te
�atwo b�dzie rozszerzy� w kierunku nauk komputerowych. Programy
nauczania wi�kszo�ci uczelni w Polsce nie sprzyjaj� studiom
interdyscyplinarnym i niewiele si� pod tym wzgl�dem dzieje. Warto jednak
wspomnie� o studiach ,,przyrodniczych" na UW.

Czy mamy w Polsce jakie� instytuty, kt�re �wiadomie d��� w kierunku nauk
komputerowych? Wiem tylko o ,,Katedrze neurologii i nauk komputerowych"
na AM w Krakowie i naszej ,,Katedrze Metod Komputerowych" na UMK.
Proponujemy utworzenie {\em Zaawansowanego Laboratorium Metod
Komputerowych} dla potrzeb fizyki i chemii komputerowej, jako
laboratorium dydaktycznego dla magistrant�w i doktorant�w na UMK
(staramy si� o pieni�dze z programu TEMPUS i z KBN).

\section{Integruj�ca rola o�rodk�w superkomputerowych}

Programy edukacyjne na Syracuse University nie by�yby mo�liwe bez
wsp��pracy z Northeast Parallel Architectures Center (NPAC). Wiele
o�rodk�w superkomputerowych prowadzi swoj� w�asn� dzia�alno�� naukow�,
rozwijaj�c oprogramowanie do cel�w naukowych i oferuj�c (za darmo) czas
swoich komputer�w badaczom, ocenianym przez rady naukowe tych o�rodk�w.
Np. Minnesota Supercomputer Institute (MSI), pierwszy ameryka�ski
uniwersytet, kt�ry zakupi� superkomputer (1981, obecnie maj� wiele
superkomputer�w, m. innymi Cray-2 z 4 GB pami�ci), ma w swojej radzie
programowej (,,institute fellows") 10 os�b ze specjalno�ci� ,,scientific
computation", ma te� chemik�w, fizyk�w, informatyk�w, matematyk�w,
astronom�w, materia�oznawc�w, in�ynier�w r��nych specjalno�ci,
biochemik�w, farmakolog�w, geolog�w i neurolog�w. MSI organizuje liczne
seminaria i sympozja, ma w�asne wydawnictwa a liczba prac w nim
wykonanych si�ga kilkuset w ci�gu roku.

O�rodki japo�skie zorganizowane s� na podobnej zasadzie. W 1989 roku
by�o ju� ponad 120 o�rodk�w badawczych (po�owa to o�rodki przemys�owe)
posiadaj�cych superkomputery. Przyk�adem mo�e by� Institute for
Supercomputing Research (ISR), po�o�ony w centrum Tokyo, w kt�rym
pracuje 16 os�b z 5 kraj�w, zajmuj�cych si� przede wszystkim
por�wnywaniem r��nych architektur komputer�w wsp��bie�nych jak r�wnie�
obliczeniami z dynamiki p�yn�w, mechaniki kwantowej, struktur
p��przewodnikowych, fuzji termoj�drowej, automat�w kom�rkowych, sieci
neuropodobnych. Instytut organizuje kilkudniowe sympozja i wydaje
raporty techniczne.

CERFACS, czyli European Center for Research and Advanced Training in
Scientific Computation, otworzono w 1987 roku w Tuluzie. O�rodek ten
posiada zar�wno Cray-2, XMP jak i maszyny wsp�lbie�ne, jest silnie
zwi�zany z przemys�em lotniczym i kosmicznym, powsta� jako przeciwwaga
dla ameryka�skich o�rodk�w tego typu �ci�gaj�cych francuskich ekspert�w.
O�rodek jako jedno ze swoich g��wnych zada� traktuje dzia�alno��
edukacyjn�, ucz�c metod i zastosowa� symulacji numerycznych. 4 g��wne
grupy badawcze to grupa algorytm�w wsp��bie�nych, mechaniki p�yn�w,
symulacji aerodynamicznych i hipersonicznych i grupa badaj�ca
niestabilno�ci i turbulencje.

Chocia� z punktu widzenia koszt�w oblicze� op�aca si� inwestowa� w
sprz�t typu ,,workstations" lub tanie systemy wsp��bie�ne (np. sie�
nowych transputer�w T9000) o�rodki superkomputerowe spe�niaj� bardzo
wa�n� rol� jednocz�c� �rodowisko.

{\bf Potrzebne jest lobby w Polsce, popieraj�ce rozw�j takiego o�rodka!}

Mamy w kraju silne lobby mikroelektroniczne, chocia� nasze szanse na
dor�wnanie ,,azjatyckim tygrysom" w tej dziedzinie nie s� wielkie. Nie
mamy niestety �adnego lobby popieraj�cego rozw�j oprogramowania i nauk
,,software'owych" w odr��nieniu od ,,hardware'owych". Jest w tej
dziedzinie pewna szansa dotrzymania kroku najlepiej rozwini�tym krajom,
chocia� czas pracuje na nasz� niekorzy�� -- coraz trudniej jest opanowa�
i w�a�ciwie wykorzysta�, czy cho�by tylko si� orientowa�, mo�liwo�ci
superkomputer�w. Du�ych system�w oprogramowania nie mo�na ju� tworzy� po
amatorsku, nasi programi�ci nie maj� zazwyczaj odpowiednich narz�dzi i
przygotowania do takiej pracy.

Interesuj�ca jest historia tych o�rodk�w w USA. Pocz�tkowo ma�o kto by�
przekonany, �e b�d� one przydatne i �rodowiska akademickie nie mia�y do
superkomputer�w dost�pu do po�owy lat 80--tych, potem nast�pi� gwa�towny
wzrost liczby takich o�rodk�w, dzisiaj jest ich kilkana�cie i wszystkie
pracuj� bez przerwy. Jest to zwi�zane r�wnie� z rozwojem sieci
komputerowych, przypadaj�cym na po�ow� lat 80--tych. Do ko�ca tej dekady
przewiduje si�, �e w USA b�dzie 995 instalacji superkomputerowych, w
Japonii 768, w Europie 345, w pozosta�ych krajach 65, wi�c razem ponad
2100 o�rodk�w!

Plany Katedry Metod Komputerowych UMK:

Fizyka molekularna - obliczenia i inteligentne systemy, chemia kwantowa,
biologia molekularna, teoria i zastosowanie modeli neuropodobnych,
lingwistyka komputerowa, teoria uk�ad�w z�o�onych. Bli�sze informatyki:
projekty wsp��bie�nych program�w numerycznych, metodologia programowania
(abstrakcyjne typy danych). Edukacja: wsp��praca z innymi dyscyplinami
nauki nad interakcyjnymi podr�cznikami.

{\em Rynek pracy}: oceny firm przemys�owych Wielkiej Brytanii
przydatno�ci poszczeg�lnych dziedzin studi�w (w nawiasie \% firm,
uznaj�cych za bardzo u�yteczne przygotowanie w danej dziedzinie):
elektronika anal/cyfrowa (87), czujniki (83), fizyka komputerowa (82),
po�przewodniki i mikroelektronika (79), DSP (79), optyka i lasery (70),
termodynamika (65), fizyka atomowo-molekularna (42), mechanika
statystyczna (42), mechanika kwantowa (28), biofizyka (22), fizyka
cz�stek elementarnych (18), astronomia i astrofizyka (7).

\end{document}
