Математика и спорт, казалось бы, далеки друг от друга. Когда-то давно так и было, но, в век технологий, математические идеи и методы стали все шире использоваться в спорте. Количество видов спорта, направлений и методов и количество исследователей, применяющих эти методы в своих научных и прикладных работах, быстро увеличивается год от года. Ежегодно устраиваются международные конференции, одна из наиболее заметных - это MathSport International Conference. Сфера применения математических методов в спорте все время расширяется. Во многом этот процесс обусловлен стремительным накоплением данных и развитием компьютерных технологий. На примере целого ряда инженерных областей было показано, насколько эффективно можно использовать математические методы и модели для поиска оптимальных решений.
Математические методы позволяют провести точную оценку способностей спортсмена, определить наиболее выигрышную соревновательную тактику и спрогнозировать результат. Математическая модель помогает выстроить план тренировок и должным образом корректировать тренировочный процесс, выводящий спортсмена на пик спортивной формы, минимизируя «физиологическую цену» спортивного результата.
Математический аппарат используется для описания физиологических и биохимических процессов, происходящих в организме спортсмена, исследования биомеханики движений и анализа спортивной техники. Особенно интересны модели адаптации к предельным физическим нагрузкам, планирования и оптимизации физических нагрузок в процессе достижения спортивной формы.
Использование математических моделей позволяет свести к минимуму тренерскую практику проб и ошибок и дает возможность проводить эксперименты не на самом спортсмене, а на его математической модели, просчитывая наиболее приемлемые режимы тренировок и восстановления. При этом закономерно растет спортивный результат, снижается риск перетренированности и спортивных травм. Тем самым решается задача сохранения здоровья и спортивного долголетия спортсмена.
Широкое внедрение цифровых технологий приводит к увеличению объемов информации, получаемой в процессе тренировочной и соревновательной деятельности спортсменов. Вместе с этим информация становится все более разнородной и слабоструктурированной. В таких условиях традиционные подходы к обработке информации становятся малоэффективными. Возникает проблема разработки и применения новых мультипараметрических подходов к анализу и интерпретации данных.
Фундаментальные проблемы современного спорта, на решение которых ориентированы прикладные исследования, могут быть сведены к четырем основным вопросам:
Что ограничивает уровень достижений в избранном виде спорта (проблема факторной структуры спортивной работоспособности);
Какие средства и методы тренировки оказывают наибольшее воздействие на ограничивающие факторы спортивной работоспособности (проблема наиболее эффективных средств и методов тренировки);
Как лучше всего построить тренировку, чтобы достичь наибольшего прироста спортивного результата (проблема оптимального построения тренировочного процесса);
Как можно корректировать и видоизменять воздействие традиционных тренировочных средств за счет применения дополнительных диетарных, фармакологических, физиотерапевтических и биоклиматических средств (проблема эргогенических средств в спорте).
Среди различных специалистов в сфере спортивной науки – тренеров, врачей, физиологов, биохимиков, биомехаников, психологов в последние годы растет понимание того, что математические методы, в первую очередь, математическое моделирование - это уникальный и мощный инструмент исследования организма человека в процессе адаптации к тренировочным нагрузкам, инструмент анализа тренировочного процесса и прогнозирования спортивного результата. Рассматривая организм спортсмена как систему, метод математического моделирования позволяет существенно углублять знания об изучаемых процессах в организме, выявлять широкий спектр откликов системы, изменяя параметры модели, формулировать конкретные количественные гипотезы, которые могут быть проверены в эксперименте и, наконец, предсказывать и выявлять принципиально новые классы явлений.
Моделирование - это способ изучения реального объекта с помощью виртуальных объектов-заместителей. Модель выступает как своеобразный инструмент познания, который исследователь ставит между собой и объектом и с помощью которого изучает интересующий его объект. Математическое моделирование имеет ряд важных преимуществ перед вербальным моделированием, традиционно используемым в теоретических дисциплинах, описывающих различные процессы, происходящие в организме спортсмена во время спортивных упражнений.
В математических моделях для описания физиологических явлений употребляют строгий язык математики и компьютерного эксперимента, благодаря чему возможно количественно предсказывать различные явления, вытекающие из модельных представлений.
Моделирование является эффективным инструментом верификации умозрительных схем и выявления неочевидных следствий. Возможность манипуляции параметрами модели в широких диапазонах позволяет найти различные режимы функционирования системы, которые в силу сложности и высокой степени нелинейности биологических систем зачастую невозможно предсказать, оперируя словесными схемами. В этом смысле модель, если она достаточно сложна, чтобы быть реалистичной, может быть источником новых знаний, иногда даже противоречащих интуиции.
Основной принцип математического моделирования сложных систем – принцип оптимальности. Это означает, что модель должна быть максимально простой. Сравнительно простые нелинейные модели содержат богатые возможности описания нетривиальных явлений, а сложные модели, содержащие большое число переменных, как правило, не позволяют провести качественный анализ и поэтому оказываются практически бесполезными.
Формулировка и построение окончательной математической модели изучаемого явления – это длительный процесс постоянного совершенствования модели, направленный на достижение максимального количественного соответствия между расчетными и экспериментальными данными. Процесс постепенного уточнения модели проводится физиологами-экспериментаторами совместно с математиками-разработчиками модели.
Возможности математического моделирования имеют универсальный характер и относятся к моделированию любых физиологических процессов, так что можно утверждать, что математическое моделирование и вычислительный эксперимент – это будущее физиологии и биомедицины, в том числе спортивной.
По мнению исследователей в данной области, важнейшим разделом специальной теории спорта будет разработка математических моделей развития адаптации в процессе спортивной тренировки и создание автоматизированной системы управления физическим состоянием спортсменов. Будут также разрабатываться и внедряться в спортивную практику методы дистанционного контроля и управления ключевыми биологическими функциями, определяющими спортивные достижения. Кое-что уже частично реализовано в наши дни, но эти направления, без сомнения, будут расширены и приобретут масштаб международных научных программ в будущем.
Математические методы позволяют провести точную оценку способностей спортсмена, определить наиболее выигрышную соревновательную тактику и спрогнозировать результат. Математическая модель помогает выстроить план тренировок и должным образом корректировать тренировочный процесс, выводящий спортсмена на пик спортивной формы, минимизируя «физиологическую цену» спортивного результата.
Математический аппарат используется для описания физиологических и биохимических процессов, происходящих в организме спортсмена, исследования биомеханики движений и анализа спортивной техники. Особенно интересны модели адаптации к предельным физическим нагрузкам, планирования и оптимизации физических нагрузок в процессе достижения спортивной формы.
Использование математических моделей позволяет свести к минимуму тренерскую практику проб и ошибок и дает возможность проводить эксперименты не на самом спортсмене, а на его математической модели, просчитывая наиболее приемлемые режимы тренировок и восстановления. При этом закономерно растет спортивный результат, снижается риск перетренированности и спортивных травм. Тем самым решается задача сохранения здоровья и спортивного долголетия спортсмена.
Широкое внедрение цифровых технологий приводит к увеличению объемов информации, получаемой в процессе тренировочной и соревновательной деятельности спортсменов. Вместе с этим информация становится все более разнородной и слабоструктурированной. В таких условиях традиционные подходы к обработке информации становятся малоэффективными. Возникает проблема разработки и применения новых мультипараметрических подходов к анализу и интерпретации данных.
Фундаментальные проблемы современного спорта, на решение которых ориентированы прикладные исследования, могут быть сведены к четырем основным вопросам:
Что ограничивает уровень достижений в избранном виде спорта (проблема факторной структуры спортивной работоспособности);
Какие средства и методы тренировки оказывают наибольшее воздействие на ограничивающие факторы спортивной работоспособности (проблема наиболее эффективных средств и методов тренировки);
Как лучше всего построить тренировку, чтобы достичь наибольшего прироста спортивного результата (проблема оптимального построения тренировочного процесса);
Как можно корректировать и видоизменять воздействие традиционных тренировочных средств за счет применения дополнительных диетарных, фармакологических, физиотерапевтических и биоклиматических средств (проблема эргогенических средств в спорте).
Среди различных специалистов в сфере спортивной науки – тренеров, врачей, физиологов, биохимиков, биомехаников, психологов в последние годы растет понимание того, что математические методы, в первую очередь, математическое моделирование - это уникальный и мощный инструмент исследования организма человека в процессе адаптации к тренировочным нагрузкам, инструмент анализа тренировочного процесса и прогнозирования спортивного результата. Рассматривая организм спортсмена как систему, метод математического моделирования позволяет существенно углублять знания об изучаемых процессах в организме, выявлять широкий спектр откликов системы, изменяя параметры модели, формулировать конкретные количественные гипотезы, которые могут быть проверены в эксперименте и, наконец, предсказывать и выявлять принципиально новые классы явлений.
Моделирование - это способ изучения реального объекта с помощью виртуальных объектов-заместителей. Модель выступает как своеобразный инструмент познания, который исследователь ставит между собой и объектом и с помощью которого изучает интересующий его объект. Математическое моделирование имеет ряд важных преимуществ перед вербальным моделированием, традиционно используемым в теоретических дисциплинах, описывающих различные процессы, происходящие в организме спортсмена во время спортивных упражнений.
В математических моделях для описания физиологических явлений употребляют строгий язык математики и компьютерного эксперимента, благодаря чему возможно количественно предсказывать различные явления, вытекающие из модельных представлений.
Моделирование является эффективным инструментом верификации умозрительных схем и выявления неочевидных следствий. Возможность манипуляции параметрами модели в широких диапазонах позволяет найти различные режимы функционирования системы, которые в силу сложности и высокой степени нелинейности биологических систем зачастую невозможно предсказать, оперируя словесными схемами. В этом смысле модель, если она достаточно сложна, чтобы быть реалистичной, может быть источником новых знаний, иногда даже противоречащих интуиции.
Основной принцип математического моделирования сложных систем – принцип оптимальности. Это означает, что модель должна быть максимально простой. Сравнительно простые нелинейные модели содержат богатые возможности описания нетривиальных явлений, а сложные модели, содержащие большое число переменных, как правило, не позволяют провести качественный анализ и поэтому оказываются практически бесполезными.
Формулировка и построение окончательной математической модели изучаемого явления – это длительный процесс постоянного совершенствования модели, направленный на достижение максимального количественного соответствия между расчетными и экспериментальными данными. Процесс постепенного уточнения модели проводится физиологами-экспериментаторами совместно с математиками-разработчиками модели.
Возможности математического моделирования имеют универсальный характер и относятся к моделированию любых физиологических процессов, так что можно утверждать, что математическое моделирование и вычислительный эксперимент – это будущее физиологии и биомедицины, в том числе спортивной.
По мнению исследователей в данной области, важнейшим разделом специальной теории спорта будет разработка математических моделей развития адаптации в процессе спортивной тренировки и создание автоматизированной системы управления физическим состоянием спортсменов. Будут также разрабатываться и внедряться в спортивную практику методы дистанционного контроля и управления ключевыми биологическими функциями, определяющими спортивные достижения. Кое-что уже частично реализовано в наши дни, но эти направления, без сомнения, будут расширены и приобретут масштаб международных научных программ в будущем.