Ю. Карпов - Иммитационное моделирование систем с AnyLogic 5 (1124147), страница 37
Текст из файла (страница 37)
В главе 10 описаны методы и средства разработки и анализа моделей систем, функционируюших в условиях неопределенности. Гласа 11 содержит сведения о возможностях интеграции модели Апу1лц5с с другими программными системами обработки и хранения данных. Глава 9 Компьютерный эксперимент Исследование систем с помощью имитационного моделирования состоит в организации н проведении компьютерного эксперимента на имитационной модели. Такое исследование отличается как от натурного эксперимента с реальным объектом, так и умозрительного эксперимента. Компьютерный эксперимент с построенной имитационной моделью лежит между этими двумя крайностями. В зависимости от полноты и точности модели он может приближаться к любой из крайних точек диаграммы рис. 9.1. Более того, он имеет преимущества перед обоими этими подходами. Натурный эксперимент Умозрительный эксперимент Компьютерный эксперимент Рис.
9.т. различные подходы к обоснованию решений Действительно, правильно организованный натурный эксперилкент обычно дает точный ответ на поставленный вопрос, но он часто дорог или экономически неэффективен. Иногда такой эксперимент попросту невозможен, например в случае, если системы еще не существует. С компьютерной моделью можно проигрывать ситуации, которые трудно или нежелательно по-.
лучить в натурном эксперименте. Модель можно выполнять многократно, постепенно усложнять, обрагцая внимание на все более тонкие детали, которые при наблюдении реального процесса могут и ускользнуть от наблюдения или быть незарегистрированными.
Прогоняя компьютерную модель в различных масштабах времени, можно часто получить значительно больше информации из наблюдения анимационной картины процесса, чем наблюдая реальный эксперимент. С другой стороны, умозрительный эксперимент — это волюнтаристское решение проблемы на основе "здравого смысла" и общих интуитивных предположений о поведении системы. Но для сложных систем очевидные 182 Часть И Методологические вопросы использования моделей на первый взгляд решения зачастую оказываются ненерными (так называемое контринтуитивное поведение сложных'систем). Поэтому основанные на интуиции методы прогноза и традиционные методы "волевого" принятия решения во многих случаях оказываются неадекватными. Моделирование и проведение компьютерного эксперимента позволяет избежать недостатков обеих крайностей, в снязи с чем этот подход заноевывает все большую популярность.
В данной главе мы рассмотрим различные виды компьютерных экспериментов и средстна Апу(.орс, позноляюшие их реализовать. 9.1. Детерминированные задачи принятия решений. Задачи типа айаЯ (что-если) При компьтерном эксперименте среди множества параметров модели должны быть ньщелены те из них, которые будут считаться "факторами", влияние которых на выходные переменные модели должно быть проанализировано. Все факторы, которые могут изменяться при поиске "хорошего" варианта, составляют набор сх1,х2,...,хо>, который можно считать вектором х длины и.
Обозначим через х все множество возможных наборов факторов. Компьютерный эксперимент с моделью состоит в том, что модель запускается на компьютере при различных значениях факторов и/или различных структурных характеристиках, которые, конечно, тоже можно считать факторами (например, представив логический параметр включеногне включено" для какой-либо ветви структуры как фактор с двумя значениями, ! и О). Каждый прогон модели приведет к получению вектора исходов, например плотности народонаселения через 20 лет в некотором районе, вектору коэффициентов загрузки оборудования и т.
и. В результате таких экспериментов исследователь может получить ответ на вопрос: 'Х каким последствиям могло бы привести данное излтенение в реальной системе с течением времени?" или по-другому: чЧто будет, если в заданных условиях мы примем конкретное решение я из области допустимык решений ху" Это так называемая прямая задача имитационного моделирования (задача типа "1ч)тат-и"", или "что-если"). Например, для нашего примера моделирования телефонной станции из главы 3 при проведении экспериментов с моделью можно изменять число телефонных каналов и тип станции.
Определение влияния этих изменений на интересую|цие нас выходные значения (например, на процент отнергнугых заявок) является примером прямой задачи моделирования. Глава 9. Компьютерный эксперимент Формально прямая задача имитационного моделирования может быть представлена следующим образом. Обозначим у=<у1,уг,...,ут> вектор значений интересуюших исследователя признаков. Пусть множество у обозначает множество всех возможных результатов. х и у в общем случае множества вещественных векторов конечной размерности. Если построенная имитационная модель не содержит неопределенностей и позволяет однозначно определить связь каждого конкретного набора параметров системы я=<я1, яг,..., яс> из множества допустимых решений х с вектором результирующих показателей у=<у1,уг,...,ув> из множества у, то такой наиболее простой случай назовем двтерминированиыи.
Рис. 9.2. Имитационная мсдель в детерминированном случае В детерминированном случае имитационная модель выступает как функ- р циональное отображение х — — +у, а сам имитационный эксперимент можно рассматривать как реализацию этого отображения (рис. 9.2): один прогон имитационной модели для каждого набора х параметров системы дает набор усу интересующих пользователя выходных значений.
Эти выходные значения могут зависеть также и от времени. 9.2. Простой эксперимент Если имитационная модель используется для понимания функционирования сложной системы во времени, то компьютерный эксперимент сводится к выполнению модели и наблюдению ее поведения при заданных значениях входных факторов, т. е. проведению экспериментов вида "что-если". Инструмент имитационного моделирования при выгюлнении компьютернога эксперимента в этом случае должен обеспечить улобный интерфейс лля задания значений исходных параметров (факторов) и регистрации соответствующих значений выходных показателей и их изменения во времени.
Задачи вида "что-если" в АпуЕов1с решаются с помощью так называемого проспюго эксперимента. Мы уже рассматривали понятие простого эксперимента в авиве 4. Такой эксперимент позволяет визуально отображать результаты работы модели с помощью анимации, графиков (диаграмм) и т. п. Широкие возможности лля отображения данных предоставляет библиотека бизнес-графики (Вцз1пезз СгарЫсз ЫЬгагу). 7 Зак 4243 Часть Яб Методологические вопросы использования моделей рис. 9.3. Средства отображенив данных библиотеки бизнес-графики Рисунок 9.3 представляет окно анимации модели вивълеввсхарьъсв, находящейся в папке Моде! Ехагпр!ее~Реп ПВ В этой модели использовано несколько объектов данной библиотеки для отображения в различных формах значений трех переменных х, у и з, заданных простыми функциями от времени.
Для построения, например, графика зависимости переменных ст времени, в поле анимации сначала нужно построить прямоугольник, в пределах которого будет размещаться график, после чего в любое место поля редактора перенести экземпляр объекта сьатетъле из Вив1пезз ОтарЬ1св ЫЬ|а1у. Затем в окне свойств данного объекта следует настроить параметры, определяющие цвет и толщину линий, имена отображаемых переменных, названия переменных, которые будут отображаться, цвет текста и т.
п. Настройка всех параметров всех объектов библиотеки полностью очевидна. Примеры в модели вовъееввохарьъсв показывают некоторые возможности обсуждаемой библиотеки. Простой эксперимент используется в большинстве случаев при разработке и анализе моделей, созданных в АпуЫВ1с. В частности, он полдерживает средства для отладки модели. Вы можете организовать несколько простых экспериментов с различными значениями исходных факторов и, сделав один из этих экспериментов текущим, запустить модель на выполнение. Глава 9. Компьютерный эксперимент 9.3. Анализ чувствительности модели. Эксперимент для варьирования параметров Другой тип компьютерного эксперимента — это анализ чувствительности, т.
е. процелура оценки влияния исходных гипотез и значений ключевых факторов на выходные показатели модели. Обычно эксперимент с варьированием параметров и анализом реакции модели помогает оценить, насколько чувствительным является выдаваемый моделью прогноз к изменению гипотез, лежащих в основе модели. Например, в примере с телефонной станцией из главы 3 можно проанализировать, насколько процент отвергнутых заявок зависит от статистических характеристик потока телефонных вызовов — ведь эти характеристики могут измениться в будущем, когда мы построим систему. При анализе чувствительности обычно рекомендуется выполнять изменение значений факторов по отдельности, что позволяет ранжировать их влияние на результирующие показатели.
Для того чтобы оценить влияние изменения отдельных факторов на поведение модели на Апу1.оя)с, пользователь не должен многократно запускать модель раз за разом, вручную меняя значения параметров между запусками и пытаясь отследить закономерности поведения молели, анализируя результаты каждого запуска по отдельности. Механизм автоматического запуска модели заданное количество раз с варьированием значений выбранных параметров (рис. 9.4) доступен в Апу1 оя)с — это экспернлтенпт для впрьпровпния парпметпров. При запуске данного эксперимента пользователь может изучить и сравнить поведение модели при разных значениях параметров с помощью графиков. Имитационная модель Рис. 9.4. Имитационная модель при решении прямых задач Чтобы запустить процесс варьирования параметров, нужно выполнить следующие шаги: 1.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
