Áreas de Aplicación de la informática
Matemáticas
Un sistema algebraico computacional o sistema de álgebra computacional SAC (CAS, del inglés computer algebra system) es un programa de ordenador o calculadora avanzada que facilita el cálculo simbólico. La principal diferencia entre un CAS y una calculadora tradicional es la habilidad del primero para trabajar con ecuaciones y fórmulas simbólicamente, en lugar de numéricamente. Es decir, una expresión como a + b es interpretada siempre como "la suma de dos variables", y no como "la suma de dos números" (con valores asignados).
Un CAS nos permite automatizar manipulaciones tediosas o difíciles, como por ejemplo, desarrollar por el binomio de Newton la expresión (x − 10)500.
Manipulación de expresiones
Suelen incluir los siguientes tipos de manipulaciones:
· Con expresiones simbólicas:
o Simplificación de una expresión a la forma más simple o a una forma estándar.
o Cambio en la forma de las expresiones: expansión de productos y potencias, factorización, reescritura de un cociente de polinomios como suma de fracciones parciales, reescritura de funciones trigonométricas como exponenciales (y viceversa), etc.
o Operaciones con matrices incluyendo productos de matrices, inversa de una matriz, etc.
o Resolución de algunas ecuaciones.
o Cálculo de algunos límites de funciones.
o Cálculo de derivadas y derivadas parciales.
o Cálculo de algunas integrales indefinidas, definidas y de algunas transformadas integrales.
o Aproximación de funciones por desarrollo en series de potencias.
o Resolución de algunas ecuaciones diferenciales.
· Con expresiones numéricas:
o Manipulación exacta de fracciones y radicales.
o Realización de operaciones con precisión arbitraria.
· Respecto a la presentación de resultados:
o Visualizado de las expresiones matemáticas en una forma bidimensional, usando con frecuencia sistemas de composición similares a TeX.
En los párrafos precedentes, la palabra algunos indica que la operación no siempre puede ser realizada por el sistema. Un programa de esta clase puede encontrar limitaciones a la hora de resolver ciertas expresiones derivadas, integrales, antiderivadas, límites, cuando éstas tienen alguna ambigüedad o indefinición, o por las propias limitaciones del sistema.
Algunas versiones ofrecen al usuario la posibilidad de programar sus propios algoritmosmatemáticos y solventar, en parte, tales limitaciones. El estudio de algoritmos aplicables a los sistemas algebraicos computarizados se denomina álgebra computacional.
El análisis o cálculo numérico es la rama de las matemáticas que se encarga de diseñaralgoritmos para, a través de números y reglas matemáticas simples simular procesos matemáticos más complejos aplicados a procesos del mundo real.
El Análisis numérico es una rama de las matemáticas cuyos límites no son del todo precisos. De una forma rigurosa, se puede definir como la disciplina ocupada de describir, analizar y crearalgoritmos numéricos que nos permitan resolver problemas matemáticos, en los que estén involucradas cantidades numéricas, con una precisión determinada.
En el contexto del cálculo numérico, un algoritmo es un procedimiento que nos puede llevar a una solución aproximada de un problema mediante un número finito de pasos que pueden ejecutarse de manera lógica. En algunos casos, se les da el nombre de métodos constructivos a estos algoritmos numéricos.
El análisis numérico cobra especial importancia con la llegada de los ordenadores. Losordenadores son útiles para cálculos matemáticos extremadamente complejos, pero en última instancia operan con números binarios y operaciones matemáticas simples.
Desde este punto de vista, el análisis numérico proporcionará todo el andamiaje necesario para llevar a cabo todos aquellos procedimientos matemáticos susceptibles de expresarse algorítmicamente, basándose en algoritmos que permitan su simulación o cálculo en procesos más sencillos empleando números.
Los gráficos realizados por ordenador (CG) es el campo de la informática visual, donde uno utilizan computadoras tanto para generar imágenes visuales sintéticamente como integrar o cambiar la información visual y espacial probada del mundo real.
El primer mayor avance en la gráfica realizada por ordenador era el desarrollo de Sketchpad en1962 por Ivan Sutherland.
Este campo puede ser dividido en varias áreas: Interpretado 3D en tiempo real (a menudo usado en juegos de vídeo), animación de computadora, captura de vídeo y creación de vídeointerpretado, edición de efectos especiales (a menudo usado para películas y televisión), edición de imagen, y modelado (a menudo usado para ingeniería y objetivos médicos). El desarrollo en la gráfica realizada por ordenador fue primero alimentado por intereses académicos y patrocinio del gobierno. Sin embargo, cuando las aplicaciones verdaderas mundiales de la gráfica realizada por ordenador (CG) en televisión y películas demostraron una alternativa viable a efectos especiales más a las tradicionales y las técnicas de animación, los comerciales han financiado cada vez más el avance de este campo.
Científicas
La química computacional es una rama de la química que utiliza computadores para ayudar a resolver problemas químicos. Utiliza los resultados de la química teórica, incorporados en algún software para calcular las estructuras y las propiedades de moléculas y cuerpos sólidos. Mientras sus resultados normalmente complementan la información obtenida en experimentosquímicos, pueden, en algunos casos, predecir fenómenos químicos no observados a la fecha. La química computacional es ampliamente utilizada en el diseño de nuevas drogas y materiales.
Ejemplos de propiedades y estructuras (i.e. la posición esperada de átomos constituyentes) pueden ser la energía absoluta y relativa, distribución de carga electrónica, dipolo eléctrico y momentos multipolares superiores, frecuencias vibratorias, reactividad u otras cantidadesespectrales y secciones eficaces para la colisión con otras partículas.
Los métodos empleados cubren situaciones estáticas y dinámicas. En todos los casos, el tiempo de cálculo aumenta rápidamente a medida que el tamaño del sistema estudiado crece. este sistema puede ser una simple molécula, un grupo de éstas o un cuerpo sólido. Estos métodos, por lo tanto, se basan en teorías que van desde la alta precisión, pero apropiados para pequeños sistemas, a las buenas aproximaciones, pero apropiadas para grandes sistemas. Los métodos más precisos son llamados métodos ab initio, los cuales están basados totalmente en la teoría de los primeros principios. Los menos precisos son llamados empíricos o semi-empíricos, debido a que son obtenidos de resultados experimentales, a menudo de átomos o moléculas relacionadas, se usan en conjunto a la teoría.
Se denomina física computacional a una rama de la física que se centra en la elaboración de modelos por ordenador de sistemas con muchos grados de libertad. En general, se efectúan modelos microscópicos en los cuales las "partículas" obedecen a una dinámica simplificada, y se estudia el que puedan reproducirse las propiedades macroscópicas a partir de este modelo muy simple de las partes constituyentes.
La manera en que se realizan las simulaciones es resolviendo las ecuaciones que gobiernan el sistema. Por lo general, son grandes sistemas de ecuaciones diferenciales ordinarias o ecuaciones diferenciales a derivadas parciales, que no pueden ser resueltos de manera analítica.
A menudo, la dinámica simplificada de las "partículas" tiene cierto grado de aleatoriedad. En general, esta vertiente se denomina Método de Monte Carlo, nombre le viene por los casinos de Monte Carlo como forma jocosa de recordar que el método usa la aleatoriedad.
Otras simulaciones se basan en que la evolución de una "partícula" en el sistema depende, exclusivamente, del estado de las partículas vecinas, y se rige mediante reglas muy simples y, en principio, determinadas. A esto se le llama simulaciones con autómatas celulares. Un ejemplo clásico, aunque más matemático que físico, es el famoso Juego de la vida, ideado por John Conway.
La física computacional tiene sus aplicaciones más relevantes en física del estado sólido(magnetismo, estructura electrónica, dinámica molecular, cambios de fase, etc.), Física No Lineal, dinámica de fluidos y astrofísica (simulaciones del Sistema Solar, por ejemplo).
Las simulaciones que se realizan en física computacional requieren gran capacidad de cálculo, por lo que en muchos casos es necesario utilizar supercomputadores o clusters de computadores en paralelo.
La bioinformática es la aplicación de tecnología de computadores a la gestión y análisis dedatos biológicos. Los términos bioinformática, biología computacional y, en ocasiones,biocomputación, utilizados en muchas situaciones como sinónimos, hacen referencia a campos de estudios interdisciplinarios muy vinculados, que requieren el uso o el desarrollo de diferentes técnicas que incluyen informática,[]matemática aplicada, estadística, ciencias de la computación, inteligencia artificial, química y bioquímica para solucionar problemas, analizar datos, o simular sistemas o mecanismos, todos ellos de índole biológica, y usualmente (pero no de forma exclusiva) en el nivel molecular. El núcleo principal de estas técnicas se encuentra en la utilización de recursos computacionales para solucionar o investigar problemas sobre escalas de tal magnitud que sobrepasan el discernimiento humano. La investigación en biología computacional se solapa a menudo con la biología de sistemas.
Los principales esfuerzos de investigación en estos campos incluyen el alineamiento de secuencias, la predicción de genes, montaje del genoma, alineamiento estructural de proteínas,predicción de estructura de proteínas, predicción de la expresión génica, interacciones proteína-proteína, y modelado de la evolución.[
Una constante en proyectos de bioinformática y biología computacional es el uso de herramientas matemáticas para extraer información útil de datos producidos por técnicas biológicas de alta productividad, como la secuenciación del genoma. En particular, el montaje o ensamblado de secuencias genómicas de alta calidad desde fragmentos obtenidos tras lasecuenciación del ADN a gran escala es un área de alto interés. Otros objetivos incluyen el estudio de la regulación genética para interpretar perfiles de expresión génica utilizando datos de chips de ADN o espectrometría de masas.
-Gestion de Negocios
La administración de empresas, o ciencia administrativa es una ciencia social que estudia la organización de las empresas y la manera como se gestionan los recursos, procesos y resultados de sus actividades.
Son ciencias administrativas o ciencias económicas y financieras, la contabilidad, las finanzas corporativas y la mercadotecnia, la administración, la dirección estratégica etc.
Es uno de los campos de aplicación de las computadoras más extendido, y trata de automatizar las funciones de gestión típicas de una empresa, incluyendo aplicaciones o programas para realizar procesos tales como:
- Contabilidad Control de Caja
- Control de Proveedores y clientes
- Control de Almacen
- Control de Producción y de Producción
- Gestión de Personal Investigación y prospección de mercado
- Ofimática.
-Ciencias Físicas e Ingeniería
Se utiliza la computadora como instrumento para la resolución de modelos y cálculos matemáticos, tales como:
- Resolución de ecuaciones y de problemas matemáticos
- Análisis de datos experimentales utilizando técnicas estadísticas
- Simulación y evaluación de modelos
-Ciencias de la Vida y médicas
- Investigación médica, biológica y farmacéutica (bases de datos sobre DNA)
- Ayuda al Dianostico Bases de Datos con Historias Clinicas
- Medicina preventiva
- Electromedicina.
-Ciencias Sociales y del Comportamiento
- Análisis de datos (evaluación de encuestas, por ejemplo).
- Bases de datos juridicas (Protocolo)
-Aplicaciones en educación.
CAI (computer assisted Instruction) Enseñanza con ayuda del computador CAL (computer aided learning). Consiste en la utilización de la computadora como herramienta pedagogica, aplicable a una gran cantidad de discìplinas. Evaluación automatica de Examenes. Juegos con computadoras. Documentación cientifica y técnica.
-Arte y Humanides
Aquí se considera el uso de la computadora en aspectos tales como:
- Composición de cuadros
- Composición Musical.
- Elaboración de Publicaciones tales como libros, periodicos y revistas
- Realizaciones de escenas animadas para peliculas
- Análisis automáticos de textos (determinación de frecuencias de uso de palabras).
-Ingenieria con ayuda de computadoras
Comprenden aplicaciones en las que se usa la computadora como herramienta para facilitar diseños de ingenieria, diseño de productos comerciales, trazados de plano, etc.
Diseño, fabricación y test con ayuda de computadora, este campo se suele conocer con el nombre de CAD (Computer aided design), CAM (computer aided manufacturing) y CADMAT (computer aided design manufacturing and testing).
Esta disciplina se aplica a numerosas y variadas áreas del conocimiento o la actividad humana, como por ejemplo: gestión de negocios, almacenamiento y consulta de información, monitorización y control de procesos, industria, robótica, comunicaciones, control detransportes, investigación, desarrollo de juegos, diseño computarizado, aplicaciones/herramientas multimedia, medicina, biología, física, química, meteorología,ingeniería, arte, etc. Una de la aplicaciones más importantes de la informática es facilitar información en forma oportuna y veraz, lo cual, por ejemplo, puede tanto facilitar la toma de decisiones a nivel gerencial (en una empresa) como permitir el control de procesos críticos.
Actualmente es difícil concebir un área que no use, de alguna forma, el apoyo de la informática. Ésta puede cubrir un enorme abanico de funciones, que van desde las más simples cuestiones domésticas, hasta cálculos científicos complejos.
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