Автореферат (Разработка метода проектирования многоагентных имитационных моделей на основе формализма машин абстрактных состояний), страница 2

Для существующей имитационной модели теории коллективных действийразработанаисполняемаяспецификация,продемонстрированавозможностьавтоматическойверификациисоответствующегомногоагентного имитационного комплекса и проведена апробация этогокомплекса на практике в серии имитационных экспериментов.Практическая ценностьПредставленные в диссертации результаты использованы в ряде проектов ипозволяют научно обоснованно решать важные задачи, возникающие присоздании, верификации и валидации программных комплексов, такие как выборалгоритмов функционирования и структур программной реализации,разработка средств взаимодействия с программными компонентами, а такжеинструментальных средств проектирования самих программных комплексов.Наиболее значимыми с практической точки зрения являются следующие,полученные в работе, результаты:1.

Разработаны инструменты, позволяющие проводить автоматическуюверификацию многоагентных комплексов имитационного моделирования.Разработанные инструменты, поддерживают одновременную работунескольких вариантов одной и той же имитационной модели в составеодного и того же программного комплекса имитационного моделирования,что позволяет формулировать и проверять гипотезы в ходевычислительного эксперимента.2.

В соответствии с предложенной архитектурой создана программнаяреализациясерверногокомпонентапрограммногокомплекса7имитационногомоделирования,позволяющаяорганизовыватьраспределенные многоагентные эксперименты.3. Разработан новый алгоритм трансляции исполняемых спецификациймногоагентных имитационных моделей, описанных на языке C#, впрограммный код на языке C++.Результаты, выносимые на защиту1.

Новый метод формальной спецификации и автоматической верификациимногоагентных имитационных комплексов с использованием исполняемыхспецификаций на основе формализма машин абстрактных состояний.2. Оригинальная программная архитектура высокопроизводительногомногоагентного программного комплекса.3. Архитектура, алгоритмы и программная реализация инструментов всоставе программного комплекса для создания и анализа многоагентныхимитационных экспериментов.4. Результаты практической аппробации, подтверждающие применимостьпредложенного метода и программной архитектуры.Совокупность полученных в работе и выносимых на защиту теоретическихи практических результатов решает важную научную и прикладную задачу вчастиматематическогомоделирования,созданиятеоретического,методологического и алгоритмического основания процессов проектирования,реализации и анализа сложных программных комплексов для имитационногомоделирования.Обоснованность и достоверность результатовОбоснованность и объективная достоверность результатов обусловленаприменением строгих формальных методов описания алгоритмов и структурыпрограмм, а также целесообразным использованием математического аппарататеории абстрактных машин состояний.

Результаты подтверждены проведениемсерии имитационных экспериментов с последующей обработкой достоверныхстатистических данных, программной реализацией, тестированием иэксплуатацией наиболее важных программных компонентов.8Апробация результатов работыОсновные положения и полученные результаты диссертационной работыапробированы в докладах на следующих конференциях и семинарах:Кограф2007 - 17-я Международная научно-практическая конференция по графическиминформационным технологиям и системам (НГТУ, Нижний Новгород, 2007),Современные проблемы в области экономики, менеджмента, социологии,бизнес-информатики и юриспруденции - 5-я научно-практическая конференциистудентов и преподавателей НФ ГУ-ВШЭ (Нижний Новгород, 2007), 14-яНижегородская сессия молодых ученых (математические науки) (Министерствообразования Нижегородской области,Нижний Новгород, 2009), Семинары в НФГУ-ВШЭ (2008-2010).ПубликацииПо теме диссертации автором опубликовано 6 работ, список которыхприводится в конце автореферата, в том числе в журналах входящих в списокВАК – 1 работа.Структура и объем работыДиссертация состоит из введения, четырех глав и заключения,библиографии и приложений.

Работа содержит 144 страницы машинописноготекста, 28 рисунков и 5 таблиц, список литературы включает 77 наименований.9II.Краткое содержание работыВо введении дается общая характеристика работы, представляетсяхарактеристика применяемых методов, формулируются цели исследования,обосновывается актуальность задачи, раскрывается научная новизна ипрактическая ценность полученных результатов, определяются выносимые назащиту положения.

Также во введении содержится аннотированный обзор главдиссертации.Первая глава содержит обзор отечественных и зарубежных литературныхисточников по проблемам создания и анализа многоагентных программныхкомплексов. Проводится анализ основных решений с указанием достоинств,недостатков и нерешенных проблем.В разделе 1.1 приведены основные решения в области разработкимногоагентных систем, их назначение и характерные особенности.Акцент при разработке инструментов для многоагентных систем делаетсяна облегчении создания системы и контроле агентов, входящих в систему.Зачастую при этом в качестве исходного средства служат языки и платформы,позволяющие быстро создать рабочий прототип системы, а затем постепеннонаращивать функциональность. Большая часть инструментов при этомиспользует управляемые (managed), динамические или скриптовые языки, такиекак Java, Python, Gopher.В разделе 1.2 исследуется производительность систем имитационногомоделирования RePast и Swarm на модельной задаче.

Выбор именно этихсистем обусловлен тем, что задачи, которые они призваны решать, наиболееблизки к задачам, решаемым в данной диссертации.В разделе 1.3 описываются основные подходы к обеспечениюраспределенных вычислений в многоагентных системах.В разделе 1.4 приведено обоснование новой разработки и поставлена задачаисследования.

Основные черты, которыми должны обладать метод исоответствующие программные инструменты:– процесс проектирования и анализа должен основываться наматематических методах, при этом позволяя осуществлятьавтоматическую верификацию многоагентной системы;– ядро многоагентной системы должно обеспечивать высокуюпроизводительность имитации за счет построения распределенных10экспериментовииспользованияоптимизированногокода,1выполняющегося напрямую процессором ;– должны быть предложены средства исследования корректности, какспецификации (валидация), так и системы (верификация).В поддержку метода требуется разработать архитектуру и реализоватьпрототипвысокопроизводительногопрограммногокомплексадлямногоагентного имитационного моделирования.Вторая глава содержит теоретическую часть работы и включает в себяописание формализма машин действий, основанного на машинах абстрактныхсостояний, а также определение нового подхода к проектированию, созданию ианализу многоагентных имитационных комплексов.

В этой же главепредлагается описание разработанной сервис-ориентированной архитектурывысокопроизводительногораспределенногопрограммногокомплексаимитационного многоагентного моделирования.На основе формализма машин действий в работе задается формальнаяспецификация поведения многоагентного комплекса, определяемая какмножество всевозможных последовательностей вызова методов агентов.Особенностью предложенного метода является возможность автоматическойверификации: проверки соответствия поведения исполняемой спецификацииреальному поведению программного комплекса. Основная идея метода состоитв использовании исполняемых спецификаций, определяющих поведение.Спецификация выступает в роли предсказателя возможного поведенияпрограммного комплекса.

Поведение комплекса уточняет поведение модели.При этом учитываются только факт вызова метода, аргументы и возвращаемыезначения. Спецификация абстрагируется от деталей реализации вызова методовверифицируемого программного обеспечения (многоагентной модели).Автомат, соответствующий такому поведению содержал бы слишком большоеколичество состояний, поэтому используются обобщение автоматов – машиныдействий.В разделе 2.1 дается формальное математическое определение машиндействий как одного из вариантов дальнейшего развития известногоформализма машин абстрактных состояний – ASM.1(англ.

unmanaged code) – код выполняющийся напрямую процессором, без виртуальной машины11Математический формализм машин действий является одной изразновидностей входно-выходных автоматов (систем помеченных переходов,LTS), где метки представляют наблюдаемые активности (действия)описываемого объекта, а состояния представляют собой полные слепкиданных. Метки действий могут иметь структуру, например, представлять вызовметода с аргументами.

Метки и состояния могут быть частичными, ссимволическим представлением неизвестных частей. Состояния могут иметьассоциированные ограничения для символических частей. Формализм машиндействий основан на нотации термов с заданной сигнатурой, при этом действияявляются специальным видом термов. Состояния машины действий – это парыконтекстов (environment), представляющих состояние данных, иконтрольных точек (control points), представляющих состояние потокауправления.Машина действий – это кортежт.н. контрольных точек,точек (множества, где– это множество– это множество допускающих контрольныханалогичны состояниям автоматов);–начальное отношение переходов (initialization transition relation);– (обычное) отношение переходов;– множество контекстов,{ }. Элементыпредставляющих снимки глобального состояния данных;множествавыражают вердикт (внешней) решающей процедуры ввычислительном домене, лежащем в основе, о возможности доказательстваутверждений, содержащих символьную часть:может быть окончательно доказано, аозначает, что свойство не, что такое доказательствовозможно.Машины действий в данной работе задаются с помощью модельнойпрограммы, при этом действия представляют собой методы модельнойпрограммы, помеченные специальными атрибутами, разрешающие функциизадаются неявно, с помощью предикатов, вычисляемых в методах.В качестве демонстрации применения формализма ASM и машин действийприводится пример моделирования системы контроля и управленияпрограммными сервисами в среде SpecExplorer.В разделе 2.2 предлагается новый итеративный подход к проектированию ианализумногоагентныхкомплексовимитационногомоделирования,основанный на ASM-методологии в виде формализма машин действий.12Впервые предлагается систематизированный подход, предполагающиймоделирование программного обеспечения для многоагентного имитационногомоделирования и обеспечивающий возможность анализа спецификации самойпо себе и автоматической проверки соответствия.Исполняемая спецификация многоагентного комплекса задается какмашина абстрактных состояний, т.е.