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玩電動學物理

玩電動學物理. 鄒忠毅 中國文化大學物理系. 2013,3,2. 玩電動. 小朋友下樓梯 世紀帝國 魔獸世界 ACT, AVG, DAN, FGT, FPS, PZL, RCG, RPG, RTG, SLG, SPT, STG, TAB ………………………. 為什麼 我要 玩電動？. 贏. 怎麼贏？. 給我必勝密技～～～ ，必勝密技～～～ ，必勝密技～～～ 誰理你. 同學，遊戲不是這樣玩滴！. 把遊戲當作供品買來拜 一試再試，不眠不休，鞠躬盡瘁，玩死再說 都是機器不好，都是機器不好。。。 玩出火來了，破壞王出現 真人 PK.

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玩電動學物理

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Presentation Transcript

  1. 玩電動學物理 鄒忠毅 中國文化大學物理系 2013,3,2

  2. 玩電動 • 小朋友下樓梯 • 世紀帝國 • 魔獸世界 ACT, AVG, DAN, FGT, FPS, PZL, RCG, RPG, RTG, SLG, SPT, STG, TAB ………………………..

  3. 為什麼 我要 玩電動？

  4. 贏

  5. 怎麼贏？ • 給我必勝密技～～～ ，必勝密技～～～ ，必勝密技～～～ 誰理你

  6. 同學，遊戲不是這樣玩滴！ • 把遊戲當作供品買來拜 • 一試再試，不眠不休，鞠躬盡瘁，玩死再說 • 都是機器不好，都是機器不好。。。 • 玩出火來了，破壞王出現 • 真人 PK

  7. 玩遊戲是一門學問呀！ • 學習前輩點點血跡的寶貴經驗 • 玩出感覺來，練出一隻快手 • Save and Load 大法 • 說的一口好遊戲 • 舉一反三，打遍天下 • 終於進入無間道－－－終身職業，或

  8. 縱橫江湖三十餘載，殺盡仇寇，敗盡英雄，天下更無抗手，無可奈何，惟隱居深谷，以鵰為友。嗚呼，生平求一敵手而不可得，誠寂寥難堪也。縱橫江湖三十餘載，殺盡仇寇，敗盡英雄，天下更無抗手，無可奈何，惟隱居深谷，以鵰為友。嗚呼，生平求一敵手而不可得，誠寂寥難堪也。 劍魔獨孤求敗 金庸，神鵰俠侶，第二十三回

  9. 要玩就玩大的 • 更大，更複雜的超級大世界 • 自然世界的規律 • 為什麼我就是想知道

  10. 終於要講物理了 • 物~~~~理~~~~~ • 就是要找規律 • 怎麼做呢？

  11. 研究自然的規律 • 要讀書呀 • 嘗試錯誤 • 熟練的師傅 • 歸納法 • 推演法 • 科學家或~~~~ • 學習前輩點點血跡的寶貴經驗 • Save and Load 大法 • 玩出感覺來，練出一隻快手 • 說的一口好遊戲 • 舉一反三，打遍天下 • 終於進入無間道－－－終身職業，或

  12. 尋找自然規律的方法 • 歸納法 • 我吃的鹽比你吃的飯還要多！！！ • 推演法 • 如果這桶牛奶賣掉的話，就可以買一窩小雞 ＜（￣︶￣）＞

  13. 尋找自然規律的方法 • 物理學史中的好例子 • 第谷 · 布拉赫 （Tycho Brahe, 1546-1601） • 約翰內斯 · 克卜勒 （Johannes Kepler, 1571-1630） • 艾薩克 · 牛頓 （Isaac Newton, 1643-1727） 圖片來源：wiki 物理學與集郵 古代中國的科學發展

  14. 我在哪裡？ 物理研究的兩大支柱 • 理論與實驗 理論 實驗

  15. 世界變得越來越複雜 • 越來越難解的運算問題 • 你算一顆原子，我算兩個原子，他。。。 • 一維系統算完了，算二維。。。 • 謎之音： 漂亮的女人都已經~~~~~~~~，簡單的題目都已經~~~~~~~~。

  16. 世界變得越來越複雜 • 越來越複雜的資料處理 • 路口計算車流量的工讀生 • 放大一萬倍看看 • 本子寫不下 • 分析做不完 • 工讀生要辭職了

  17. 世界變得越來越複雜 • 人工處理越來越難 • 現代人的生活呀 • 把時間留給家人 • 一定要找個好幫手

  18. 超級好幫手－－－電腦 • 特色 • 高速的運算能力，有耐心執行長時間繁複而單調的計算。 • 大量資料的處理能力，能夠儲存及分析大量資料

  19. 計算物理出現了 • 它是什麼？ • 廣義與狹義的定義

  20. 計算物理的主要部份 • 基本的使用 • 作為理論物理計算的幫手 • 作為實驗數據分析的工具 • 進階的使用 • 模擬→建立一個虛擬小世界

  21. 暫停一下 • 怎麼要這個好幫手，幫我的忙？ 小黑，去撿球 Orz ...

  22. 暫停一下 • 怎麼要這個好幫手，幫我的忙？ • 自我管理－－作業系統 • 以前有許多種，現在 T_T • 幫忙做事－－應用程式 • 別人寫好的 • 自己寫 ^_^

  23. 暫停一下 • 可是電腦還是很笨 -_-b • 程式語言－－把你要它做的事講清楚 • 函數，副程式 sin(x) , sort(x) • 邏輯判斷 if ... then ... else ... • 迴圈（重複的一直做，一直做@_@） for i=1 to 100 do while( ... ) ... ... end end

  24. 演算法 把一個概念， 變成可執行的步驟

  25. Newton's method---（Newton-Raphson ethod）， • 尋找方程f(x) = 0的根

  26. 動動腦 • 找錢問題 • 將所找的錢，用最少的鈔票或硬幣組合 • 使用的貨幣種類 • 1000元，500元，100元，50元，10元，5元，1元 • 問題，顧客用1000元鈔票買了376元的物品，該怎麼找錢？ • 寫下程序

  27. 回來吧! 計算物理能幹什麼？ 理論的工具 實驗的幫手 模擬

  28. 作為理論物理計算的幫手 • 方程式求解（聯立方程祖，微分方程。。。） • 求函數的極值（最佳化問題，求解系統的基態問題。。。） • 函數計算或數組的變換（數值積分，傅立葉變換，小波變換。。。） • 矩陣或行列式的運算（座標變換，矩陣力學計算。。。）

  29. 看的到才有感覺 • 波的干涉 • 由方程式變成圖像 • 可以動就更好了

  30. 作為實驗數據分析的工具 • 大量實驗資料的收集與儲存 • 大量實驗資料的資料庫的建立 • 大量實驗資料的分析與比對 • 尋找大量實驗資料中的規律性 AMS太空反物質磁譜儀實驗 http://www-hep.phys.sinica.edu.tw/~ams/

  31. 例如： 計算統計資料

  32. 讓我們痛快的玩電腦吧 • 建立一個想像的世界 • 你來制定規則，建立世界 • 如果你願意的話，比較現實世界

  33. 模擬→建立一個虛擬小世界 • 虛擬實驗 • 設計一組規則或限制 • 給定一個環境與起始條件 • 小世界開始運作 • 用途 • 突破實際技術限制 • 節省時間與金錢 • 加速理論與實驗的連結

  34. 模擬的例子 • 灰塵聚集（DLA - Diffusion Limited Aggregation ） • 簡單的規則 • 設定一個灰塵粒子為中心。 • 從不遠處隨機飄來另一個灰塵粒子。 • 這個隨便亂飄的灰塵粒子，可能會碰到中心的灰塵團，然後就停下來結成一個較大的灰塵團。它也可能在亂飄一陣之後，就飄走了。 • 然後回到第二步，再來一個粒子。 http://apricot.ap.polyu.edu.hk/dla/dla.html

  35. 灰塵聚集的例子（DLA - Diffusion Limited Aggregation ） • 複雜的結果 • 碎形(Fractal) 結構出現了 http://astronomy.swin.edu.au/~pbourke/fractals/dla/

  36. 灰塵聚集的例子（DLA - Diffusion Limited Aggregation ） • 與實驗的比較 • 某些菌類的培養 （日本中央大學 松下貢教授團隊 的實驗結果） 枯草杆菌 http://www.phys.chuo-u.ac.jp/labs/matusita/index.htm

  37. 例子：窗上的冰 Fractal Growth Phenomena Tamas Vicsek, 1992

  38. 例子：雪花 Fractal Growth Phenomena Tamas Vicsek, 1992

  39. 另一個例子 • 細胞自動機（Cellular Automata） • 由 Stanislaw M. Ulam（1909-1984）與 John von Neumann（1903-1957）在 1950 年代提出 • 在電腦上簡單地模擬人工生命 • 給定舞台、演化規則、初始條件後，系統開始演化 • 參考網站：（在Google 上打“細胞自動機”） http://www.atlas-zone.com/complex/alife/ca/index.html 圖片來自 wiki 百科

  40. 更多的例子 • Open Source Physics • http://www.compadre.org/OSP/ • 師範大學黃福坤老師的 物理教學示範網站 • http://www.phy.ntnu.edu.tw/java/index_c.html • http://www.phy.ntnu.edu.tw/demolab/ • Easy Java Simulations • http://www.um.es/fem/Ejs/ • 物理雙月刊：自由軟體專欄 • http://psroc.phys.ntu.edu.tw/bimonth/recent-issues.php

  41. 電腦模擬與情境劇 • 你就是導演 • 舞台及演員？（維度，邊界及變數） • 角色特性與規則？（物理定律） • ㄧ開始的狀況？（起始條件） Schelling model 2005

  42. 再看物理的支柱 實驗 理論 計算

  43. 一點點結論 • 一字，曰心 • 處處有物理 • 科學的方法 • 新的工具，新的思考，新的遊戲

  44. 好好玩

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