Кажется, что физика и программирование никак не связаны, но это не так. Хорошее знание физики не только помогает решить практические задачи, но и формирует правильное мышление.
Зачем нужна физика в программировании
Физика формирует особый подход к мышлению: учит наблюдать, моделировать, проверять гипотезы, объяснять происходящее. Иногда лучший способ решить программную проблему — представить ее, как физическую: подумать о силах, энергиях, границах, симметрии.
Хороший физик:
- не боится неопределенности;
- умеет выделять главное в сложной задаче;
- строит модели, которые работают;
- знает, что идеального решения не существует, и гораздо важнее решение, которое работает.
Все эти качества важны и для разработчика.
Где физика реально помогает
Есть много сфер, где физика и программирование пересекаются.
Геймдев и VR
Для создания графики используют уравнения движения, расчеты траекторий, силы трения и гравитации. С их помощью можно лучше настроить параметры симуляции и сделать поведение объектов более естественным и реалистичным.
Системное программирование
Многие программисты работают близко к «железу» — с драйверами, процессорами, датчиками. Для этого нужно хорошо понимать аппаратные особенности и архитектуру компьютера.
Например, чтобы оптимизировать доступ к памяти, нужно знать, как работают электрические сигналы и их задержки. А понимание термодинамики поможет снизить потребление энергии.
Машинное обучение и компьютерное зрение
Если вы хотите заниматься ML, нужно знать физику. Она объясняет, как преобразуются сигналы, работают сенсоры. Например, обработка аудио включает преобразование Фурье, которое позволяет разложить сигнал на гармонические составляющие. Для работы с изображениями потребуется знание оптики.
Робототехника
При создании роботов нужно учитывать законы физики: массу, инерцию, момент вращения, трение. Еще физика помогает интерпретировать данные с сенсоров, камеры и лидара. Это важно для хорошей навигации и взаимодействия с окружающим миром.
Что из физики нужно знать программисту
Если вы занимаетесь программированием, обязательно изучите:
- Законы Ньютона: описывают, как объекты движутся под воздействием сил. Это важно, чтобы модели в играх выглядели естественно.
- Термодинамику: поможет в оптимизации производительности программ. Например, для управления тепловыми характеристиками аппаратного обеспечения.
- Электромагнетизм: играет важную роль в компьютерных сетях и обработке данных. Поможет тем, кто занимается разработкой аппаратного обеспечения, делает симуляции физических процессов или создает роботов.
- Статистическую физику: объясняет вероятностные процессы, которые лежат в основе машинного обучения, алгоритмов оптимизации и работы больших распределенных систем.
- Кинематику: изучает движение объектов — скорость, ускорение, перемещение. Это важно для создания реалистичной анимации и симуляции.
Физика и алгоритмы
Физика помогает лучше понять программирование. Многие алгоритмы вдохновлены физическими процессами, например:
- Метод симулированного отжига (simulated annealing) — в основе лежит аналогия с процессом охлаждения металла. Алгоритм ищет глобальный минимум, постепенно уменьшая «температуру».
Где применять: для решения задач оптимизации в ситуациях, где пространство решений велико и традиционные методы могут застрять в локальных минимумах.
- Метод Эйлера и метод Рунге–Кутты: численные подходы для решения дифференциальных уравнений. Помогают понять основы численного анализа и критически оценивать точность и устойчивость.
Где применять: в играх, робототехнике и анимации для получения приближенных решений уравнений, которые описывают физические системы.
- Алгоритмы отрисовки графов force-directed layout — вершины графа представляются заряженными частицами, которые отталкиваются друг от друга, а ребра — пружинами, которые тянут их вместе. Это помогает визуализировать структуру графа и равномерно распределить узлы, как если бы система сама нашла устойчивую конфигурацию.
Где применять: для визуализации данных, чтобы представить сложные структуры в аналитике, научных исследованиях или при разработке интерфейсов.
Нужна ли физика программисту для поступления в вуз
В большинстве вузов нужно сдать ЕГЭ по физике, чтобы поступить на специальность «Программирование и информационные технологии». Однако возможны и другие варианты. Чаще всего университеты просят следующие комбинации экзаменов:
- математика, русский язык, информатика;
- математика, русский язык, физика;
- русский язык, физика, информатика.
Даже если вы поступаете без экзамена по физике, знать предмет все-таки надо, ведь физика и IT тесно связаны.
Где и как учить физику
Есть много способов подтянуть знания:
- Найдите репетитора: он объяснит сложные темы и поможет адаптировать программу под ваши потребности. Еще лучше, если учитель будет понимать связь между физикой и программированием.
- Пройдите курс: идеальный вариант для тех, кто хочет не просто закрыть пробелы, а разобраться во всем основательно. Можно найти обучение на базе университета или онлайн в интернете.
- Изучайте самостоятельно: например, с помощью учебников и видео на YouTube. Начать можно с этих каналов:
- MinutePhysics: короткие ролики с простым объяснением сложных физических концепций.
- Физика от Побединского: уроки по квантовой физике, теории относительности и астрофизике.
- Понятная физика: канал репетитора с лекциями и экспериментами.
Главное о том, зачем нужна физика программистам
- Физика в информатике формирует правильное мышление: учит анализировать, проверять гипотезы, находить решения.
- Базовые знания физики помогают лучше понимать архитектуру компьютеров.
- Физика особенно важна в геймдеве, VR, системном программировании, машинном обучении и робототехнике.
- Программистам полезно изучать механику, термодинамику, электромагнетизм, оптику и статистическую физику.
- Физика часто нужна для поступления в вуз на специальность «Программирование и информационные технологии».
- Учить физику можно с репетитором или самостоятельно по урокам в интернете.
