Советов Б.Я., Яковлев С.А. Моделирование систем (3-е изд., 2001) (1186218), страница 26

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 26)

Планирование машинного эксперимента при­звано дать в итоге максимальный объем необходимой информацииоб объекте моделирования при минимальных затратах машинныхресурсов. При этом различают стратегическое и тактическое плани­рование машинного эксперимента. При стратегическом планирова­нии эксперимента ставится задача построения оптимального планаэксперимента для достижения цели, поставленной перед моделиро­ванием (например, оптимизация структуры, алгоритмов и параметэв системы 5, исследуемой методом моделирования на ЭВМ),актическое планирование машинного эксперимента преследуетчастные цели оптимальной реализации каждого конкретного экс­перимента из множества необходимых, заданных при стратегичес­ком планировании (например, решение задачи выбора оптимальныхправил остановки при статистическом моделировании системы S наЭВМ).

Для получения наиболее эффективного плана машинногоэксперимента необходимо использовать статистические методы [10,18, 21].3.2. Определение требований к вычислительным средствам. Необ­ходимо сформулировать требования по времени использования вы­числительных средств, т. е. составить график работы на одной илинескольких ЭВМ, а также указать те внешние устройства ЭВМ,которые потребуются при моделировании. При этом также рацио­нально оценить, исходя из требуемых ресурсов, возможность ис­пользования для реализации конкретной модели персональнойЭВМ или локальной вычислительной сети.3.3.

Проведение рабочих расчетов. После составления программымодели и плана проведения машинного эксперимента с модельюсистемы S можно приступить к рабочим расчетам на ЭВМ, которыеобычно включают в себя: а) подготовку наборов исходных данныхдля ввода в ЭВМ; б) проверку исходных данных, подготовленныхдля ввода; в) проведение расчетов на ЭВМ; г) получение выходныхданных, т. е. результатов моделирования.Проведение машинного моделирования рационально выполнятьв два этапа: контрольные, а затем рабочие расчеты. Причем конт­рольные расчеты выполняются для проверки машинной моделиМм и определения чувствительности результатов к изменению ис­ходных данных.¥ins3.4.

Анализ результатов моделирования системы. Чтобы эффек­тивно проанализировать выходные данные, полученные в резуль­тате расчетов на ЭВМ, необходимо знать, что делать с резуль­татами рабочих расчетов и как их интерпретировать.

Эти задачимогут быть решены на основании предварительного анализа надвух первых этапах моделирования системы S. Планирование ма­шинного эксперимента с моделью Мм позволяет вывести необходи­мое количество выходных данных и определить метод их анализа.При этом необходимо, чтобы на печать выдавались только терезультаты, которые нужны для дальнейшего анализа. Также необ­ходимо полнее использовать возможности ЭВМ с точки зренияобработки результатов моделирования и представления этих ре­зультатов в наиболее наглядном виде. Вычисление статистическиххарактеристик перед выводом результатов из ЭВМ повышает эф­фективность применения машины и сводит к минимуму обработкувыходной информации после ее вывода из ЭВМ.3.5.

Представление результатов моделирования. Как уже отмеча­лось, необходимо на третьем этапе моделирования уделить внима­ние форме представления окончательных результатов моделирова­ния в виде таблиц, графиков, диаграмм, схем и т. п. Целесообразнов каждом конкретном случае выбрать наиболее подходящуюформу, так как это существенно влияет на эффективность их даль­нейшего употребления заказчиком.

В большинстве случаев наиболеепростой формой считаются таблицы, хотя графики более наглядноиллюстрируют результаты моделирования системы S. При диало­говых режимах моделирования наиболее рациональными средст­вами оперативного отображения результатов моделирования явля­ются средства мультимедиа технологии.3.6. Интерпретация результатов моделирования. Получив и про­анализировав результаты моделирования, их нужно интерпретиро­вать по отношению к моделируемому объекту, т. е. системе S.Основное содержание этого подэтапа — переход от информации,полученной в результате машинного эксперимента с моделью Мы,к информации применительно к объекту моделирования, на основа­нии которой и будут делаться выводы относительно характеристикпроцесса функционирования исследуемой системы S.3.7.

Подведение итогов моделирования и выдача рекомендаций.Проведение этого подэтапа тесно связано с предыдущим вторымэтапом (см. п. 3.3). При подведении итогов моделирования должныбыть отмечены главные особенности, полученные в соответствиис планом эксперимента над моделью Мм результатов, проведенапроверка гипотез и предположений и сделаны выводы на основанииэтих результатов. Все это позволяет сформулировать рекомендациипо практическому использованию результатов моделирования, на­пример на этапе проектирования системы S.3.8.

Составление технической документации по третьему этапу.Эта документация должна включать в себя: а) план проведения106машинного эксперимента; б) наборы исходных данных для модели­рования; в) результаты моделирования системы; г) анализ и оценкурезультатов моделирования; д) выводы по полученным результа­там моделирования; указание путей дальнейшего совершенствова­ния машинной модели и возможных областей ее приложения.Полный комплект документации по моделированию конкретнойсистемы 5" на ЭВМ должен содержать техническую документациюпо каждому из трех рассмотренных этапов.Таким образом, процесс моделирования системы S сводитсяк выполнению перечисленных этапов моделирования.

На этапепостроения концептуальной модели Мх проводится исследованиемоделируемого объекта, определяются необходимые аппроксима­ции и строится обобщенная схема модели, которая преобразуетсяв машинную модель Мм на втором этапе моделирования путемпоследовательного построения логической схемы модели и схемыпрограммы. На последнем этапе моделирования проводят рабочиерасчеты на ЭВМ, получают и интерпретируют результаты модели­рования системы S.Рассмотренная последовательность этапов и подэтапов отража­ет наиболее общий подход к построению и реализации моделисистемы S.

В дальнейшем остановимся на наиболее важных состав­ляющих процесса моделирования.Контрольные вопросы3.1. В чем суть методики машинного моделирования систем?3.2. Какие требования пользователь предъявляет к машинной модели системы?3.3. Что называется концептуальной моделью системы?3.4. Какие группы блоков выделяются при построении блочной конструкции моде­ли системы?3.5.

Каковы основные принципы построения моделирующих алгоритмов процессовфункционирования систем?3.6. Какие схемы используются при разработке алгоритмического и программногообеспечения машинного моделирования?3.7. Какие циклы можно выделить в моделирующем алгоритме?3.8. Что называется прогоном модели?3.9. Какая техническая документация оформляется по каждому этапу моделирова­ния системы?ГЛАВА 4СТАТИСТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕСИСТЕМ НА ЭВМВ практике моделирования систем информатики наиболее часто приходитсяиметь дело с объектами, которые в процессе своего функционирования содержатэлементы стохастичносги или подвергаются стохастическим воздействиям вне­шней среды.

Поэтому основным методом получения результатов с помощьюимитационных моделей таких стохастических систем является метод стати­стического моделирования на ЭВМ, использующий в качестве теоретическойбазы предельные теоремы теории вероятностей. Возможность полученияпользователем модели результатов статистического моделирования сложныхсистем в условиях ограниченности машинных ресурсов существенно зависитот эффективности процедур генерации псевдослучайных последовательностейна ЭВМ, положенных в основу имитации воздействий на элементы моде­лируемой системы.4.1. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА МЕТОДА СТАТИСТИЧЕСКОГОМОДЕЛИРОВАНИЯНа этапе исследования и проектирования систем при построениии реализации машинных моделей (аналитических и имитационных)широко используется метод статистических испытаний (Монте-Кар­ло), который базируется на использовании случайных чисел, т.

е.возможных значений некоторой случайной величины с заданнымраспределением вероятностей. Статистическое моделирование пред­ставляет собой метод получения с помощью ЭВМ статистическихданных о процессах, происходящих в моделируемой системе.Для получения представляющих интерес оценок характеристикмоделируемой системы S с учетом воздействий внешней сре­ды Е статистические данные обрабатываются и классифицируют­ся с использованием методов математической статистики [10,13, 18].Сущность метода статистического моделирования. Таким обра­зом, сущность метода статистического моделирования сводитсяк построению для процесса функционирования исследуемой систе­мы S некоторого моделирующего алгоритма, имитирующего пове­дение и взаимодействие элементов системы с учетом случайныхвходных воздействий и воздействий внешней среды Е, и реализацииэтого алгоритма с использованием программно-техническихсредств ЭВМ.108Различают две области применения метода статистического мо­делирования: 1) для юучения стохастических систем; 2) для решениядетерминированных задач.

Основной идеей, которая используетсядля решения детерминированных задач методом статистическогомоделирования, является замена детерминированной задачи эквива­лентной схемой некоторой стохастической системы, выходные хара­ктеристики последней совпадают с результатом решения детерми­нированной задачи. Естественно, что при такой замене вместоточного решения задачи получается приближенное решение и погре­шность уменьшается с увеличением числа испытаний (реализациймоделирующего алгоритма) N.В результате статистического моделирования системы S получа­ется серия частных значений искомых величин или функций, стати­стическая обработка которых позволяет получить сведения о пове­дении реального объекта или процесса в произвольные моментывремени.

Характеристики

Список файлов книги