Компьютерное моделирование (этапы, пример)

Основные функции компьютера при моделировании систем:- исполнение роли вспомогательного средства для решения задач, доступных и для обычных вычислительных средств, алгоритмам, технологиям;- исполнение роли средства постановки и решения новых задач, не решаемых традиционными средствами, алгоритмами, технологиями;- исполнение роли средства конструирования компьютерных обучающих и моделирующих сред типа: "обучаемый - компьютер - обучающий", "обучающий - компьютер - обучаемый", "обучающий - компьютер - группа обучаемых", "группа обучаемых - компьютер - обучающий", "компьютер - обучаемый - компьютер";- исполнение роли средства моделирования для получения новых знаний;- исполнение роли "обучения" новых моделей (самообучение модели). Компьютерное моделирование - основа представления знаний в ЭВМ (построения различных баз знаний). Компьютерное моделирование для рождения новой информации использует любую информацию, которую можно актуализировать с помощью ЭВМ. Прогресс моделирования связан с разработкой систем компьютерного моделирования, которые поддерживает весь жизненный цикл модели, а прогресс в информационной технологии - с актуализацией опыта моделирования на компьютере, с созданием банков моделей, методов и программных систем, позволяющих собирать новые модели из моделей банка. Автономные подмодели модели обмениваются информацией друг с другом через единую информационную шину - банк моделей, через базу знаний по компьютерному моделированию. Особенность компьютерных систем моделирования - их высокая интеграция и интерактивность. Часто эти компьютерные среды функционируют в режиме реального времени. Вычислительный эксперимент - разновидность компьютерного моделирования. Компьютерное моделирование и вычислительный эксперимент становятся новым инструментом, методом научного познания, новой технологией из-за возрастающей необходимости перехода от исследования линейных математических моделей систем (для которых достаточно хорошо известны или разработаны методы исследования, теория) к исследованию сложных и нелинейных математических моделей систем (анализ которых гораздо сложнее)Этапы компьютерного 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.