Имитационное моделирование на ЭВМ

 

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ  РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ

            УО«Витебский государственный университет

          имени П.М.Машерова »

        Физический факультет

 

 

РЕФЕРАТ

 

 

По курсу: Программирование и математическое моделирование

Тема: Имитационное моделирование  на ЭВМ

 

 

 

 

          Выполнила: студентка ФФ,

 2Н16-ой группы, ДО

 Грекова Н.В.

Проверила: Алейникова Т.Г.

 

 

 

                                 ВИТЕСК 2010

                          СОДЕРЖАНИЕ

1.Введение……………………………………………………………………………………………………………….

2. Определение понятия "имитационное моделирование"………………………………….

3. Виды имитационного моделирования………………………………………………………………..

4. Метод Монте-Карло как разновидность имитационного моделирования……..

5. Вывод…………………………………………………………………………………………………………………….

6. Список используемой литературы……………………………………………………………………….

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

  1.Введение

В исследовании операций широко применяются  как аналитические, так и статистические модели. Каждый из этих типов имеет  свои преимущества и недостатки. Аналитические  модели более грубы, учитывают меньшее  число факторов, всегда требуют каких-то допущений и упрощений. Зато результаты расчета по ним легче обозримы, отчетливее отражают присущие явлению  основные закономерности. А, главное, аналитические  модели больше приспособлены для  поиска оптимальных решений. Статистические модели, по сравнению с аналитическими, более точны и подробны, не требуют столь грубых допущений, позволяют учесть большое (в теории - неограниченно большое) число факторов. Но и у них - свои недостатки: громоздкость, плохая обозримость, большой расход машинного времени, а главное, крайняя трудность поиска оптимальных решений, которые приходятся искать "на ощупь", путем догадок и проб.

Наилучшие работы в области исследования операций основаны на совместном применении аналитических и статистических моделей. Аналитическая модель дает возможность в общих чертах разобраться  в явлении, наметить как бы контур основных закономерностей. Любые уточнения  могут быть получены с помощью  статистических моделей.

Имитационное моделирование применяется  к процессам, в ход которых  может время от времени вмешиваться  человеческая воля. Человек, руководящий  операцией, может в зависимости  от сложившейся обстановки, принимать  те или другие решения, подобно тому, как шахматист, глядя на доску, выбирает свой очередной ход. Затем приводится в действие математическая модель, которая показывает, какое ожидается  изменение обстановки в ответ  на это решение и к каким  последствиям оно приведет спустя некоторое  время . Следующее "текущее решение" принимается уже с учетом реальной новой обстановки и т.д. В результате многократного повторения такой процедуры руководитель как бы "набирает опыт", учится на своих и чужих ошибках и постепенно выучивается принимать правильные решения - если не оптимальные, то почти оптимальные.

 

 

 

 

 

2. Определение понятия "имитационное моделирование"

В современной литературе не существует единой точки зрения по вопросу о  том, что понимать под имитационным моделированием. Так существуют различные  трактовки:

- в первой - под имитационной моделью понимается математическая модель в классическом смысле;

- во второй - этот термин сохраняется лишь за теми моделями, в которых тем или иным способом разыгрываются (имитируются) случайные воздействия;

- в третьей - предполагают, что имитационная модель отличается от обычной математической более детальным описанием , но критерий, по которому можно сказать, когда кончается математическая модель и начинается имитационная , не вводится; 

Попробуем проиллюстрировать процесс  имитационного моделирования через  сравнение с классической математической моделью.

Имитационное моделирование (от англ. simulinion) – это распространенная разновидность аналогового моделирования, реализуемого с помощью набора математических инструментальных средств, специальных имитирующих компьютерных программ и технологий программирования, позволяющих посредством процессов-аналогов провести целенаправленное исследование структуры и функций реального сложного процесса в памяти компьютера в режиме “имитации”, выполнить оптимизацию некоторых его параметров.

Имитационной моделью  называется специальный программный  комплекс, который позволяет имитировать  деятельность какого- либо сложного объекта. Он запускает в компьютере параллельные взаимодействующие вычислительные процессы, которые являются по своим  временным параметрам (с точностью  до масштабов времени и пространства) аналогами исследуемых процессов. В странах, занимающих лидирующее положение  в создании новых компьютерных систем и технологий, научное направление использует именно такую трактовку имитационного моделирования, а в программах магистерской подготовки по данному направлению имеется соответствующая учебная дисциплина.

Следует отметить, что любое  моделирование имеет в своей  методологической основе элементы имитации реальности с помощью какой-либо символики (математики) или аналогов. Поэтому иногда в российских вузах  имитационным моделированием стали  называть целенаправленные серии многовариантных  расчетов, выполняемых на компьютере с применением экономико-математических моделей и методов. Однако с точки  зрения компьютерных технологий такое моделирование – это обычные вычисления, выполняемые с помощью расчетных программ или табличного процессора Ехсеl. Математические расчеты (в том числе табличные) можно производить и без ЭВМ: используя калькулятор, логарифмическую линейку, правила арифметических действий и вспомогательные таблицы. Но имитационное моделирование – это чисто компьютерная работа, которую невозможно выполнить подручными средствами. Поэтому часто для этого вида моделирования используется синоним компьютерное моделирование.

Имитационную модель нужно  создавать. Для этого необходимо специальное программное обеспечение  – система моделирования. Специфика такой системы определяется технологией работы, набором языковых средств, сервисных программ и приемов моделирования.

Имитационная модель должна отражать большое число параметров, логику и закономерности поведения  моделируемого объекта во времени (временная динамика) и в пространстве (пространственная динамика). Моделирование  объектов экономики связано с  понятием финансовой динамики объекта. С точки зрения специалиста (информатика-экономиста, математика-программиста или экономиста-математика), имитационное моделирование контролируемого процесса или управляемого объекта – это высокоуровневая информационная технология, которая обеспечивает два вида действий, выполняемых с помощью компьютера:

-работы по созданию  или модификации имитационной  модели;

-эксплуатацию имитационной  модели и интерпретацию результатов. 

Попробуем проиллюстрировать процесс  имитационного моделирования через  сравнение с классической математической моделью.

Этапы процесса построения математической модели сложной системы:

1. Формулируются основные вопросы о поведении системы, ответы на которые мы хотим получить с помощью модели.

2. Из множества законов, управляющих поведением системы, выбираются те, влияние которых существенно при поиске ответов на поставленные вопросы.

3. В пополнение к этим законам, если необходимо, для системы в целом или отдельных ее частей формулируются определенные гипотезы о функционировании.

Критерием адекватности модели служит практика.

Трудности при построении математической модели сложной системы:

- Если модель содержит много связей между элементами, разнообразные нелинейные ограничения, большое число параметров и т. д.

- Реальные системы зачастую  подвержены влиянию случайных  различных факторов, учет которых  аналитическим путем представляет  весьма большие трудности, зачастую  непреодолимые при большом их  числе; 

- Возможность сопоставления модели  и оригинала при таком подходе  имеется лишь в начале.

Эти трудности и обуславливают  применение имитационного моделирования.

Оно реализуется по следующим  этапам:

1. Как и ранее, формулируются основные вопросы о поведении сложной системы, ответы на которые мы хотим получить.

2. Осуществляется декомпозиция системы на более простые части-блоки.

3. Формулируются законы и "правдоподобные" гипотезы относительно поведения как системы в целом, так и отдельных ее частей.

4. В зависимости от поставленных перед исследователем вопросов вводится так называемое системное время, моделирующее ход времени в реальной системе.

5. Формализованным образом задаются необходимые феноменологические свойства системы и отдельных ее частей.

6. Случайным параметрам, фигурирующим в модели, сопоставляются некоторые их реализации, сохраняющиеся постоянными в течение одного или нескольких тактов системного времени. Далее отыскиваются новые реализации.

Рекомендуется использовать имитационное моделирование в следующих случаях:

1. Если не существует законченной постановки задачи исследования и идет процесс познания объекта моделирования. Имитационная модель служит средством изучения явления.
2. Если аналитические методы имеются, но математические процессы сложны и трудоемки, и имитационное моделирование дает более простой способ решения задачи.
3. Когда кроме оценки влияния параметров (переменных) процесса или системы желательно осуществить наблюдение за поведением компонент (элементов) процесса или системы (ПС) в течение определенного периода.
4. Когда имитационное моделирование оказывается единственным способом исследования сложной системы из-за невозможности наблюдения явлений в реальных условиях (реакции термоядерного синтеза, исследования космического пространства).
5. Когда необходимо контролировать протекание процессов или поведение систем путем замедления или ускорения явлений в ходе имитации.
6. При подготовке специалистов для новой техники, когда на имитационных моделях обеспечивается возможность приобретения навыков в эксплуатации новой техники.
7. Когда изучаются новые ситуации в РПС. В этом случае имитация служит для проверки новых стратегий и правил проведения натурных экспериментов.
8. Когда особое значение имеет последовательность событий в проектируемых ПС и модель используется для предсказания узких мест в функционировании РПС.