Формализиране и алгоритмизиране на компютърни модели
Общите методологични аспекти на широк клас компютърни модели дават възможност да се изследва механизмът на явлението, възникващо в реален обект с висока или ниска скорост, когато е трудно (или невъзможно) да се проследят промените, възникващи в рамките на кратко време в полето експерименти с обект или когато получаването на надеждни резултати е свързано с дълъг експеримент. Ако е необходимо, моделът на машината се „разтяга“ или „компресира“ в реално време, тъй като машинното моделиране е свързано с понятието системно време, което е различно от реалното време. Освен това, използвайки машинно моделиране, можете да обучите персонала на ASOIU за вземане на решения в управлението на обекти.
Същността на машинното моделиране системата се състои в извършване на числеен експеримент с модел, който представлява определен софтуерен пакет, който формално и (или) алгоритмично описва поведението на системните елементи С в процеса на нейното функциониране, т.е.в взаимодействието им помежду си и външната среда Е.
Изисквания потребител, който да моделира М процес на работа на системата С са:
един. Пълнота на модела трябва да предостави на потребителя възможността да получи необходимия набор от оценки на производителността на системата с необходимата точност и надеждност.
2. Гъвкавост на модела трябва да направи възможно възпроизвеждането на различни ситуации при промяна на структурата, алгоритмите и параметрите на системата.
3. Продължителността на разработването и внедряването на модел на голяма система трябва да бъде възможно най-малка, като се вземат предвид ограниченията на наличните ресурси.
4. Структурата на модела трябва да бъде блокова, тоест да дава възможност за подмяна, добавяне и изключване на някои части, без да се преработва целият модел.
5. Информационната поддръжка трябва да предоставя възможност на модела да работи ефективно с база данни на системи от определен клас.
6. Софтуерът и хардуерът трябва да осигурят ефективно (по отношение на скорост и памет) машинно внедряване на модела и удобна комуникация с потребителя.
7. Целенасочени (планирани) машинни експерименти със системен модел, използващи аналитичен и симулационен подход, трябва да бъдат приложени при наличие на ограничени изчислителни ресурси.
В машинна симулация на системата С характеристиките на процеса на неговото функциониране се определят въз основа на модела М, конструиран въз основа на наличната първоначална информация за обекта на моделиране.
При получаване на нова информация за обект, моделът му се ревизира и актуализира, като се вземе предвид новата информация, т.е. процесът на моделиране, включително разработването и машинното внедряване на модела, е итеративно . Този итеративен процес продължава, докато се получи модел М, което може да се счита за адекватно в рамките на решаването на задачата за изследване и проектиране на системата С.
Компютърна симулация на системи може да се използва в следните случаи:
а) да проучи системата С преди да бъде проектиран, за да се определи чувствителността на характеристиката към промени в структурата, алгоритмите и параметрите на обекта за моделиране и външната среда;
б) на етапа на проектиране на система за анализ и синтез на различни варианти на системата и избор на вариант, който да отговаря на даден критерий за оценка на ефективността на системата при приетите ограничения;
в) по време на експлоатацията на системата да получава информация, допълваща резултатите от полеви изпитания (експлоатация) на реална система и да получава прогнози за развитието на системата навреме.
Основните етапи от моделирането на големи системи:
1) изграждане на концептуален (описателен) модел на системата и нейното формализиране;
2) алгоритмизиране на модела и компютърната му реализация;
3) получаване и интерпретиране на резултатите от симулация.
1. Изграждане на концептуален модел на системата и нейното формализиране
На първия етап от машинното моделиране (изграждане на концептуален модел и неговото формализиране) се формира модел и се изгражда неговата формална схема. Основната цел на този етап - преход от смислено описание на обект към неговия логико-математически модел, с други думи, процес на формализация. Компютърната симулация е най-ефективният метод за оценка на ефективността на големите системи.
Моделът трябва да бъде адекватен, в противен случай не могат да се получат надеждни резултати от симулацията. Под адекватен модел ще разберем модел, който с известна степен на сближаване на нивото на разбиране на моделираната система С разработчикът на модела отразява процеса на неговото функциониране във външната среда Е..
Най-разумно е да се изгради модел на системата, функционираща според блоковия принцип. Могат да се разграничат три автономни групи блокове от такъв модел:
1-ва група: представляват симулатор на влияния на околната среда Е. на система С;
2-ра група: всъщност е модел на процеса на функциониране на изследваната система С;
Група 3: служи за машинно изпълнение на блокове от първите две групи, както и за фиксиране и обработка на резултатите от симулацията.
След прехода от описанието на моделираната система С към нейния модел М, въз основа на блоковия принцип се изграждат математически модели на процесите, протичащи в различни блокове. Компютърният модел е набор от връзки (например уравнения, логически условия, оператори), които определят характеристиките на процеса на функциониране на системата С в зависимост от структурата на системата, алгоритмите на поведение, системните параметри, влиянията на околната среда Е., начални условия и време.