Компьютерное моделирование

Lisää tämän kaltaisia

Cенсорные системы

luonut Nik Kasyanov

Внеурочная деятельность

luonut Анна Миронова

Практикум по энзимологии

luonut Регина Щекалёва

ИКиИТО

luonut Вика Лебедева

Компьютерное моделирование

Компьютерные модели и моделирование

Сущность формализации

Построение системы отношений (взаимосвязей) между выбранными элементами

Выбор совокупности характеристик, параметров (свойств) таким образом, чтобы они обеспечивали удобство определения искомых элементов при исследовании объектов методом моделирования и давали возможность получить достаточно простую модель

Решение вопроса о разбиении исследуемого объекта или явления на взаимосвязанные части (элементы)

Виды моделирования

Структурно-функциональное

Имитационное (программное)

Математическое (логико-математическое)

Физическое

Концептуальное

Модель - условный образ объекта исследования, конструируемый исследователем так, чтобы отразить характеристики объекта (свойства, взаимосвязи, параметры), существенные для исследования.

Модель является либо представлением, либо описанием некоторых свойств объекта

Модель создаётся для получения новой информации об объекте

Любая модель строится в соответствии с некоторой целью

Любая модель каким-то образом соответствует объекту

Обязательное наличие объекта, для которого строится (конструируется) модель

Основные этапы построения моделей

Итеративная адаптация (корректировка) компьютерных экспериментов, модели, формализованного описания, постановка задачи моделирования.

Анализ результатов моделирования;

Планирование и проведение компьютерных экспериментов с моделью объекта;

Проверка адекватности модели;

Построение и идентификация модели объекта;

Формализованное описание объекта;

Планирование и проведение экспериментов с объектом для получения информации, необходимой для его формализации;

Постановка задачи моделирования, определение цели моделирования, критериев её достижения и ограничений;

Классификация моделей и моделирования

По способу представления

По принципу построения

По приспособляемости

С учётом временного фактора

По отрасли знаний

Инструментальные средства имитационного моделирования

Языки имитационного моделирования непрерывных динамических систем

Моделирование - метод исследования объектов на их моделях, построение и изучение моделей реально существующих предметов и явлений и конструируемых объектов для определения или улучшения их характеристик, рационализации способов их построения, управления ими и т.п.

Имитационное моделирование непрерывных динамических систем

Компьютерная реализация моделей

Путем создания программ на одном из выбранных языков программирования (pascal, basic, delphi и т.д.)

С помощью табличного процессора Excel

Математические пакеты

Mathematica

Maple

Matlab

Simulink

Mathcad

Stateflow

детерминированные или стохастические имитаионные системы

Интегрированная оболочка MVS

Model Vision Stadium (MVS) – интегрированная графическая обо-лочка для быстрого создания интерактивных визуальных моделей сложных динамических систем и проведения вычислительных экспе-риментов с ними.

Типы данных

Скалярные типы

Целый

Вещестыенный

Булевский

Перечислимый, символьный

Регулярные типы

Векторы

Матрицы

Алгоритмические процедуры и функции

функционалы, специальные процедуры

функции для матриц и векторов, специальные и системные функции

функции, реализующие законы распределения случайных величин

элементарные функции, функции работы со строками

функции преобразования типов

функции, возвращающие значение типа

Основные операторы

цикла

оператор варианта

условный оператор

вызова процедуры

присваивания

возврата

Общая схема моделирования

АНАЛИЗ РЕЗУЛЬТАТОВ МОДЕЛИРОВАНИЯ

КОМПЬЮТЕРНЫЙ ЭКСПЕРИМЕНТ

Шаг 2. Проведение эксперимента

Шаг 1. Соствление плана

РАЗРАБОТКА МОДЕЛИ

Компьютерная модель

Математическая модель

ПОСТАНОКА ЗАДАЧИ

Цели моделирования

Описание задачи

Представление данных

3D моделирование

Диаграммы

Фазовая

Временная

2D моделирование

DYNAMO

СИМФОР

предназначены для моделирования динамических объектов с непрерывным фазовым пространством и непрерывным временем. Как правило, такие объекты описываются с помощью систем дифференциальных (интегро-дифференциальных) уравнений. Системы уравнений могут быть детерминированными или стохасти-ческими, причем в последнем случае в имитационную систему встра-иваются средства статистического моделирования и обработки.

Языки имитационного моделирования дискретных систем

Целью дискретного имитационного моделирования является вос-произведение взаимодействий между компонентами исследуемой си-стемы и изучение ее поведения и функциональных возможностей.

Система имитационного моделирования GPSS

Описание стандарта для записи примеров моделирования

Обсуждение. Здесь обсуждают логику моделирования, использования модели и распечатку результатов.

Выходные данные программы. Распечатка результатов, выдаваемая в процессе моделирования, показывает, чего фактически достиг разработчик своими силами. Она служит основой для обсуждения.

Распечатка диаграммы

Блок схема. В определенном смысле, блок-схема и есть модель. Блок-схема совождается пояснениями, или комментариями.

Таблица определений. Таблица опрделений является списком различных элементов GPSS, использованых в модели, с краткой характеристикой тех частей системы, которые описываются этими элементами. В начале этой таблицы записывается представление транзактов. Далее, описываются все прочие элементы модели и части моделируемой системы

Метод построения модили. Здесь описывают и поясняют, каким образом задачу можно интерпритировать в терминах GPSS. Пытаются объяснить почему избран именно такой подход.

Постановка задачи. В этом разделе делают детальное описание задачи

Объекты GPSS

Группирующие

Группы

Списки пользователя

Запоминающие

Ячейки

Матрицы ячеек

Статистические

Таблицы

Очереди

Вычислительные

Функции

Переменные

Булевские

Булевской переменной является СЧА, определяемый пользователем. Обозначение булевской переменной имеет вид BV»имя числовое» или BV$»имя символьное». Булевское выражение включает следующие типы операторов:

булевские операторы

операторы отношения

логические операторы

Арифметические

Арифметическая переменная в GPSS является СЧА, определяемым пользователем. Обозначение арифметической переменной имеет вид V»имя числовое» или V$»имя символьное».

Аппаратные

Ключи

Многоканальные устройства

Устройства

Операционные

Блоки

Операнды

СЧА

Состав СЧА:

Идентефикация члена группы

Групповое имя

Атрибуты системы - это параметры, которые описывают состояние модели.

Операции

Вспомогательные блоки

WRITE, SAVE, LOAD, REPORT, UPDATE.

Блоки организации цепей

LINK, UNLINK;

Специальные блоки

BUFFER, PRINT, EXECUTE, COUNT, CHANGE, TRACE, UNTRACE, SELECT, HELP, JOIN, REMOVE, EXAMINE, SCAN. ALTER;

Блоки, обеспечивающие получение статистических результа-тов:

• статистические таблицы

TABULATE, TABLE;

• очереди

QUEUE, DEPART;

Блоки, сохраняющие необходимые значения для дальнейшего использования

SAVEVALUE, MSAVEVALUE;

Блоки, организующие использование объектов аппаратной категории

• ключи (логические переключатели)

LOGIC;

• многоканальные устройства

ENTER, LEAVE, SAVAIL. SUNAVAIL

• устройства

SEIZE, RELEASE, FAVAIL, PREEMPT, RETURN, FUNAVAIL;

Блоки, изменяющие последовательность передвижения тран-зактов

TRANSFER, LOOP, TEST, GATE.

Блоки, осуществляющие модификацию атрибутов транзактов

• изменение приоритета: PRIORITY;

• изменение параметров транзактов: ASSIGN, INDEX, MARK;

• синхронизация движения нескольких транзактов: MATCH GATHER,

• временная задержка: ADVANCE;

• генерирование и удаление транзактов: GENERATE, TER-MINATE, SPLIT, ASSEMBLE;

Местоположение Каждый блок занимает вполне определенное место в блок-схеме. Это место может быть определено нумерацией. Первый блок модели занимает место 1, второй блок – место 2 и т.д. Так же разработчику предоставляется возможность присвоить любому блоку символические имена. При использовании символических имен интерпретатор записывает абсолютные значения номеров вместо этих имен. Символические имена составляют из алфавитно-цифровых символов, первые три символа должны быть алфавитными.

Динамические

Транзакты

GPSS (General Purpose Simulating System - общецелевая система моделирования) разработана специалистами фирмы IBM для модели-рования сложных дискретных систем, которые могут быть формали-зованы, например, в виде систем массового обслуживания.

Альтернативные методологичесеие подходы к построению дискретных моделей

Процессно ориентированный подход

SPL

SOL

SIMULA

Подход ориентированный на действия

GSP

AS

ESP

FORSIM

CSL

Событийный подход

SEAL

GASP

СИМКОМ

СИМПАК

SIMSCRIPT

Универсальные языки

В основе универсального языка имитационного моделирования СЛАМ лежит простая идея - объединить достоинства GPSS и DINAMO таким образом, чтобы, допуская раздельное применение этих языков, можно было при необходимости использовать их совместно

Языки

UML

AnyLogic

Model Vision

Dymola

Omola

СИМУЛА-67