Компьютерное моделирование и его особенности

Государственный комитет связи, информатизации и  телекоммуникационных технологий Республики Узбекистан

Ташкентский Университет  Информационных технологий

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Самостоятельная работа

По предмету: «Основы системного анализа».

На тему «Компьютерное моделирование и его особенности».

 

 

 

 

 

 

Выполнила: Кадаева Л.,

Гр. 293-10 АКр

 

 

 

 

 

 

 

Ташкент 2013 г.

План:

1. Моделирование и его виды.
2. Компьютерное моделирование.
3. Этапы моделирования.
4. Особенности компьютерного моделирования.
5. Список использованных источников.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Моделирование и  его виды

Моделирование является одним  из способов познания мира.

Понятие моделирования достаточно сложное, оно включает в себя огромное разнообразие способов моделирования: от создания натуральных моделей (уменьшенных  и или увеличенных копий реальных объектов) до вывода математических формул.

Для различных явлений  и процессов бывают уместными  разные способы моделирования с  целью исследования и познания.

Объект, который получается в результате моделирования, называется моделью. Должно быть понятно, что это совсем не обязательно реальный объект. Это может быть математическая формула, графическое представление и т.п. Однако он вполне может заменить оригинал при его изучении и описании поведения.

Хотя модель и может  быть точной копией оригинала, но чаще всего в моделях воссоздаются какие-нибудь важные для данного  исследования элементы, а остальными пренебрегают. Это упрощает модель. Но с другой стороны, создать модель – точную копию оригинала –  бывает абсолютно нереальной задачей. Например, если моделируется поведение  объекта в условиях космоса. Можно  сказать, что модель – это определенный способ описания реального мира.

Моделирование проходит три  этапа:

1. Создание модели.
2. Изучение модели.
3. Применение результатов исследования на практике и/или формулирование теоретических выводов.

Видов моделирования огромное количество. Вот некоторые примеры  типов моделей:

Математические  модели. Это знаковые модели, описывающие определенные числовые соотношения.

Графические модели. Визуальное представление объектов, которые настолько сложны, что их описание иными способами не дает человеку ясного понимания. Здесь наглядность модели выходит на первый план.

Имитационные  модели. Позволяют наблюдать изменение поведения элементов системы-модели, проводить эксперименты, изменяя некоторые параметры модели.

Над созданием модели могут  работать специалисты из разных областей, т.к. в моделировании достаточно велика роль межпредметных связей.

 

Компьютерное  моделирование.

Компьютерное моделирование – это метод решения задачи анализа или синтеза сложной системы на основе использования ее компьютерной модели. Суть компьютерного моделирования заключена в получении количественных и качественных результатов на основе имеющейся модели.

Под компьютерной моделью понимают:

• Условный образ объекта или некоторой системы, описанный с помощью взаимосвязанных компьютерных таблиц, блок-схем, диаграмм, графиков, рисунков, анимационных фрагментов, гипертекстов и т.д. и отображающий структуру и взаимосвязи между элементами объекта – структурно-функциональная модель;
• Отдельная программа, совокупность программ, программный комплекс, позволяющий с помощью последовательности вычислений и графического отображения их результатов воспроизводить (имитировать) процессы функционирования объекта при условии воздействия на него различных (включая случайные) факторов – имитационные модели.

 

Компьютерное моделирование  имеет ряд преимуществ по сравнению  с другими подходами. В частности, оно дает возможность учитывать  большое количество переменных, предсказывать  развитие нелинейных процессов, возникновение  синергетических эффектов. Компьютерное моделирование позволяет не только получить прогноз, но и определить, какие управляющие воздействия  приведут к наиболее благоприятному развитию событий.

Качественные выводы, сделанные  по результатам компьютерного моделирования, позволяют обнаружить такие свойства сложной системы, как ее структуру, динамику развития, устойчивость, целостность  и др.. Количественные выводы в основном носят характер прогноза некоторых  будущих или объяснения прошлых  значений переменных, характеризующих  систему. Одно из основных направлений использования компьютерного моделирования – поиск оптимальных вариантов внешнего воздействия на объект с целью получения наивысших показателей его функционирования.

Компьютерное моделирование  – эффективный метод решения  задач анализа и синтеза сложных  систем. Методологической основой компьютерного  моделирования является системный  анализ (в то время, как у моделирования на ЭВМ – те или иные разделы теории математических моделей), - именно поэтому в ряде источников наряду с термином «компьютерное» используется термин системного моделирования, а саму технологию системного моделирования призваны осваивать системные аналитики.

Однако, ситуацию не стоит представлять так, что традиционные виды моделирования противопоставляются компьютерному моделированию. Наоборот, доминирующей тенденцией сегодня является взаимопроникновение всех видов моделирования, симбиоз различных информационных технологий в области моделирования, особенно для сложных приложений и комплексных проектов по моделированию. Так, например, имитационное моделирование включает в себя концептуальное моделирование (на ранних этапах формирования имитационной модели), логико-математическое (включая методы искусственного интеллекта) – для целей описания отдельных подсистем модели, а также в процедурах обработки и анализа результатов вычислительного эксперимента и принятия решений; технология проведения, планирования вычислительного эксперимента с соответствующими математическими методами привнесена в имитационное моделирование из физического (натурного) моделирования; наконец, структурно-функциональное моделирование используется при создании стратифицированного описания многомодельных комплексов.

 

 

 

Этапы моделирования.

1. Постановка задачи: 
   - формулировка задачи. 
   - определение цели и приоритетов моделирования.  
   - сбор информации о системе, объекте моделирования. 
   - описание данных (их структуры, диапазона, источника и т.д.) 
   2) Предмодельный анализ: 
   - анализ существующих аналогов и подсистем. 
   - анализ технических средств моделирования (эвм, периферия). 
   - анализ программного обеспечения (языки программирования, пакеты прикладных программ, инструментальные среды). 
   - анализ математического обеспечения (модели, методы, алгоритмы). 
   3) Анализ задачи (модели):  
   - разработка структур данных. 
   - разработка входных и выходных спецификаций, форм представления данных. 
   - проектирование структуры и состава модели (подмоделей). 
   4) Исследование модели: 
   - выбор методов исследования подмоделей. 
   - выбор, адаптация или разработка алгоритмов, их псевдокодов. 
   - сборка модели в целом из подмоделей. 
   - идентификация модели, если в этом есть необходимость. 
   - формулировка используемых критериев адекватности, устойчивости и чувствительности модели. 
   5) Программирование (проектирование программы):  
   - выбор метода тестирования и тестов (контрольных примеров). 
   - кодирование на языке программирования (написание команд). 
   - комментирование программы. 
   6) Тестирование и отладка: 
   - синтаксическая отладка. 
   - семантическая отладка (отладка логической структуры). 
   - тестовые расчеты, анализ результатов тестирования. 
   - оптимизация программы. 
   7) Оценка моделирования:  
   - оценка средств моделирования. 
   - оценка адекватности моделирования. 
   - оценка чувствительности модели. 
   - оценка устойчивости модели. 
   8) Документирование:  
   - описание задачи, целей. 
   - описание модели, метода, алгоритма. 
   - описание среды реализации. 
   - описание возможностей и ограничений. 
   - описание входных и выходных форматов, спецификаций. 
   - описание тестирования. 
   - создание инструкций для пользователя. 
   9) Сопровождение:  
   - анализ применения, периодичности использования, количества пользователей, типа использования (диалоговый, автономный и др.), анализ отказов во время использования модели. 
   - обслуживание модели, алгоритма, программы и их эксплуатация. 
   - расширение возможностей: включение новых функций или изменение режимов моделирования, в том числе и под модифицированную среду. 
   - нахождение, исправление скрытых ошибок в программе, если таковые найдутся. 
   10) Использование модели.

 
Пример. Компьютерной (физической) моделью может служить простая  модель броуновского движения, получаемая генерацией компьютером нового случайного положения точки на экране и траектории ее движения; при этом отметим, что сам "датчик случайных чисел компьютера (или языка)" - это компьютерная модель, соответствующая математической модели распределения случайной величины (обычно нормального распределения) или так называемой функции распределения. Это распределение - псевдослучайное, получаемое по вполне детерминированному алгоритму.

Особенности компьютерного  моделирования

Совершенствование вычислительной техники и широкое распространение  персональных компьютеров открыло  перед моделированием огромные перспективы  для исследования процессов и  явлений окружающего мира, включая  сюда и человеческое общество.

Компьютерное моделирование  – это в определенной степени, то же самое, что и другие виды моделирования, но реализуемое с помощью компьютерной техники.

Для компьютерного моделирования  важно наличие определенного  программного обеспечения.

При этом программное обеспечение, средствами которого может осуществляться компьютерное моделирование, может  быть как достаточно универсальным (например, обычные текстовые и  графические процессоры), так и  весьма специализированными, предназначенными лишь для определенного вида моделирования.

Очень часто компьютеры используются для математического моделирования. Здесь их роль неоценима в выполнении численных операций, в то время  как анализ задачи обычно ложится  на плечи человека.

Обычно в компьютерном моделировании различные виды моделирования  дополняют друг друга. Так, если математическая формула очень сложна, что не дает явного представления об описываемых  ею процессах, то на помощь приходят графические  и имитационные модели. Компьютерная визуализация может быть намного  дешевле реального создания натуральных  моделей.

С появлением мощных компьютеров  распространилось графическое моделирование  на основе инженерных систем для создания чертежей, схем, графиков.

Если система сложна, а  требуется проследить за каждым ее элементом, то на помощь могут придти компьютерные имитационные модели. На компьютере можно воспроизвести последовательность временных событий, а потом обработать большой объем информации.

Однако следует четко  понимать, что компьютер является хорошим инструментом для создания и исследования моделей, но он их не придумывает. Абстрактный анализ окружающего  мира с целью воссоздания его  в модели выполняет человек.

 

 

 

Список использованных источников:

1. http://www.mista.ru/gorod/diplom/2_3.htm
2. http://www.inf1.info/book/export/html/215
3. http://www.intuit.ru/studies/courses/643/499/info