En cualquier rama de la ciencia, a la hora de resolver un problema determinado, existen y han existido tres enfoques fundamentales: enfoque teórico, experimental y computacional.
En el enfoque teórico, el investigador, usando el lenguaje de las matemáticas, desarrolla un modelo que explica y predice el comportamiento de la naturaleza. Un ejemplo de este enfoque podrían ser las leyes de Newton.
En el enfoque experimental, el investigador observa la naturaleza y adquiere datos medibles de su comportamiento. A partir de estos datos experimentales, trata de comprender su funcionamiento. Un ejemplo de este enfoque podría estar en los aceleradores de partículas, donde se experimenta con colisiones controladas y se analizan los datos resultantes para tratar de aprehender los elementos fundamentales de la materia.
A menudo los enfoques teórico y experimental se encuentran interrelacionados, en el sentido de que las teorías que se desarrollan es preciso corroborarlas con las observaciones, y los experimentos que se realicen deben servir para ajustar y validar las teorías.
Finalmente, en el enfoque computacional, el investigador recrea algún aspecto de la naturaleza en su ordenador utilizando conocimiento tanto teórico como práctico. Normalmente, se utiliza este enfoque cuando el enfoque experimental es costoso, difícil o imposible. El enfoque computacional puede dar lugar a nuevas teorías o sugerir nuevos experimentos. También sirve para validar teorías.
Un científico que haga uso del enfoque computacional debe dominar su disciplina, además de las matemáticas, el análisis numérico y la ciencia computacional. Debe ser hábil en el manejo de un sistema operativo que le permita ejecutar acciones sobre el ordenador y hábil en programación para expresar su problema en lenguaje computacional. Casi todos los lenguajes de programación se basan en unos principios comunes, por lo que el lenguaje que elija no es importante, aunque puede estar condicionado por su aprendizaje, la disponibilidad y el tipo de tarea que quiera llevar a cabo.
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