Советов Б.Я., Яковлев С.А. Моделирование систем (2001) (1186219), страница 25
Текст из файла (страница 25)
Проверка достоверности модели системы. Эта проверка является первой из проверок, выполняемых на этапе реализации модели.Так как модель представляет собой приближенное описание процесса функционирования реальной системы S, то до тех пор, пока недоказана достоверность модели Мм, нельзя утверждать, что с еепомощью будут получены результаты, совпадающие с теми, которые могли бы быть получены при проведении натурного эксперимента с реальной системой S.
Поэтому определение достоверностимодели можно считать наиболее важной проблемой при моделировании систем. От решения этой проблемы зависит степень доверияк результатам, полученным методом моделирования. Проверкамодели на рассматриваемом подэтапе должна дать ответ на вопрос,насколько логическая схема модели системы и используемые математические соотношения отражают замысел модели, сформированный на первом этапе. При этом проверяются: а) возможность99решения поставленной задачи; б) точность отражения замысла в логической схеме; в) полнота логической схемы модели; г) правильность используемых математических соотношений.Только после того, как разработчик убеждается путем соответствующей проверки в правильности всех этих положений, можносчитать, что имеется логическая схема модели системы 5, пригодная для дальнейшей работы по реализации модели на ЭВМ.2.4. Выбор инструментальных средств для моделирования.
Наэтом подэтапе необходимо окончательно решить вопрос о том,какую вычислительную машину (ЭВМ, АВМ, ГВК) и какое программное обеспечение целесообразно использовать для реализациимодели системы S. Вообще, выбор вычислительных средств можетбыть проведен и на предыдущих подэтапах, но рассматриваемыйподэтап является последним, когда этот выбор должен быть сделанокончательно, так как в противном случае возникнут трудностив проведении дальнейших работ по реализации модели.* Вопросо выборе ЭВМ сводится к обеспечению следующих требований:а) наличие необходимых программных и технических средств; б)доступность выбранной ЭВМ для разработчика модели; в) обеспечение всех этапов реализации модели; г) возможность своевременного получения результатов.2.5.
Составление плана выполнения работ по программированию.Такой план должен помочь при программировании модели, учитывая оценки объема программы-и трудозатрат на ее составление.План при использовании универсальной ЭВМ должен включатьв себя: а) выбор языка (системы) программирования модели; б) указание типа ЭВМ и необходимых для моделированияустройств; в) оценку примерного объема необходимой оперативнойи внешней памяти; г) ориентировочные затраты машинного времени на моделирование; д) предполагаемые затраты времени на программирование и отладку программы на ЭВМ.2.6.
Спецификация и построение схемы программы. Спецификацияпрограммы — формализованное представление требований, предъявляемых к программе, которые должны быть удовлетворены приее разработке, а также описание задачи, условия и эффекта действиябез указания способа его достижения. Наличие логической блоксхемы модели позволяет построить схему программы, котораядолжна отражать: а) разбиение модели на блоки, подблоки и т. д.;б) особенности программирования модели; в) проведение необходимых изменений; г) возможности тестирования программы; д) оценку затрат машинного времени; е) форму представления входныхи выходных данных.Построение схемы программы представляет собой одну из основных задач на этапе машинной реализации модели. При этомособое внимание должно быть уделено особенностям выбранногодля реализации модели языка: алгоритмического языка общего100назначения или языка моделирования (например, SIMULA,SIMSCRIPT, GPSS).2.7.
Верификация и проверка достоверности схемы программы.Верификация программы — доказательство того, что поведениепрограммы соответствует спецификации на программу. Эта проверка является второй на этапе машинной реализации модели системы.Очевидно, что нет смысла продолжать работу по реализации модели, если нет уверенности в том, что в схеме программы, по которойбудет вестись дальнейшее программирование, допущены ошибки,которые делают ее неадекватной логической схеме модели, а следовательно, и неадекватной самому объекту моделирования. Приэтом проводится проверка соответствия каждой операции, представленной в схеме программы, аналогичной ей операции в логической схеме модели.2.8. Проведение программирования модели. При достаточно подробной схеме программы, которая отражает все операции логической схемы модели, можно приступить к программированию модели.
Если имеется адекватная схема программы, то программирование представляет собой работу только для программиста без участия и помощи со стороны разработчика модели. При использовании пакетов прикладных программ моделирования проводится непосредственная генерация рабочих программ для моделированияконкретного объекта, т. е. программирование модели реализуетсяв автоматизированном режиме.2.9. Проверка достоверности программы. Эта последняя проверкана этапе машинной реализации модели, которую необходимо проводить: а) обратным переводом программы в исходную схему;б) проверкой отдельных частей программы при решении различныхтестовых задач; в) объединением всех частей программы и проверкой ее в целом на контрольном примере моделирования вариантасистемы S.На этом подэтапе необходимо также проверить оценки затратмашинного времени на моделирование.
Полезно также получитьдостаточно простую аналитическую аппроксимацию зависимостизатрат машинного времени от количества реализаций, что позволитразработчику модели (заказчику) правильно сформулировать требования к точности и достоверности результатов моделирования.2.10. Составлевие технической документации по второму этапу.Для завершения этапа машинной реализации модели Мм необходимо составить техническую документацию, содержащую: а) логическую схему модели и ее описание; б) адекватную схему программыи принятые обозначения; в) полный текст программы; г) переченьвходных и выходных величин с пояснениями; д) инструкцию поработе с программой; е) оценку затрат машинного времени намоделирование с указанием требуемых ресурсов ЭВМ.Таким образом, на этом этапе разрабатывается схема моделисистемы S, проводится ее алгоритмизация и программирование101с использованием конкретных программно-технических средств,т.
е. строится машинная модель Мм, с которой предстоит работатьдля получения необходимых результатов моделирования по оценкехарактеристик процесса функционирования системы S (задача анализа) или для поиска оптимальных структур, алгоритмов и параметров системы S (задача синтеза).ЗА ПОЛУЧЕНИЕ И ИНТЕРПРЕТАЦИЯ РЕЗУЛЬТАТОВМОДЕЛИРОВАНИЯ СИСТЕМНа третьем этапе моделирования — этапе получения и интерпретации результатов моделирования — ЭВМ используется дляпроведения рабочих расчетов по составленной и отлаженной программе. Результаты этих расчетов позволяют проанализироватьи сформулировать выводы о характеристиках процесса функционирования моделируемой системы S.Особенности получения результатов моделирования.
При реализации моделирующих алгоритмов на ЭВМ вырабатывается информация о состояниях процесса функционирования исследуемых систем z(t)eZ. Эта информация является исходным материалом дляопределения приближенных оценок искомых характеристик, получаемых в результате машинного эксперимента, т. е. критериев оценки.Критерием оценки будем называть любой количественный показатель, по которому можно судить о результатах моделированиясистемы.
Критериями оценки могут служить показатели, получаемые на основе процессов, действительно протекающих в системе,или получаемых на основе специально сформированных функцийэтих процессов [4, 29, 35].В ходе машинного эксперимента изучается поведение исследуемой модели М процесса функционирования системы S на заданноминтервале времени [0, 7].
Поэтому критерий оценки является в общем случае векторной случайной функцией, заданной на этом жеинтервале:?(0 = (fc (О, М О , - , ?.('))•Часто используют более простые критерии оценки, напримервероятность определенного состояния системы в заданный моментвремени t*e[Q, 7], отсутствие отказов и сбоев в системе на интервале [0, 7] и т. д. При интерпретации результатов моделированиявычисляются различные статистические характеристики закона распределения критерия оценки.Рассмотрим общую схему фиксации и обработки результатовмоделирования системы, которая приведена на рис. 3.4. Будемрассматривать гипотетическую модель М, предназначенную дляисследования поведения системы S на интервале времени [О, Т].В общем случае критерием интерпретации результатов моделирова102ния является нестационарный случайный имерный процес q(i), 0<г<Г.
Полагаем дляопределенности, что состояние моделируемойсистемы S проверяется каждые At временныхединиц, т. е. используется «принцип At». Приэтом вычисляют значения q (/ДО, j=0, к, критерия q (t). Таким образом, о свойствах случайного процесса q (t) судят по свойствам случайной последовательности qijAt), j=0, к, или,иначе говоря, по свойствам m-мерного векторавидаq=(q(0),q(At),...,q[(k-l)At],q(T)),m=n(k + l), T=kAt.СПускe*w[sw]1-2-1=0СI=I*IСсс3=0*1U3XHTгЛвыч19ЦГ)111Процесс функционирования системы S наинтервале [0, 7] моделируется Л^-кратно с получением независимых реализаций qt, i— 1, N, вектора q.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
