Програмні засоби імітації

Програмування моделі – основне питання, що виникає при машинній імітації. Складність машинної програми, що реалізує модель, залежить від кількості змінних і структури вихідної математичної моделі. Складання програми на одній з імітаційних мов дасть значний виграш часу програмування, однак можуть зрости витрати машинного часу.

У процесі програмування важливо забезпечити мінімальні втрати адекватності моделі, її точності й придатності. У цьому плані алгоритмічні мови моделювання є ефективним засобом розроблення машинної реалізації й аналізу.

Існуючі мови імітаційного моделювання класифікують за орієнтацією на дії, події, потоки й процеси [5].

У мовах, орієнтованих на дії, представниками яких є CSL, FORSIM IV, GSP та інші, які імітують програми, побудовані таким чином, що здійснюється перегляд набору умов, необхідних для виконання дій. Якщо ці умови виконуються, то керуюча імітаційна програма включає відповідну дію до кількості виконаних, у противному випадку дія пропускається. Періодичний перегляд програмою умов, які змінюються, дає можливість оцінити імовірнісні характеристики виконуваних дій.

У мовах, орієнтованих на події, кожне з них розподіляється у певній послідовності. Настання подій так само, як і виконання дій у мовах, орієнтованих на дію, визначається умовами їхньої появи. У програмах, що імітують, складених на мовах даного типу, подія уявляється як миттєве відповідно до регламенту, що забезпечує його настання в той момент, коли динамічний стан моделі вказує на сформовані умови його появи. До подібних мов відносяться SIMSCRIPT, GASP, SIMCON та ін. Вони характеризуються ефективністю програмування, тому що складаються з невеликої кількості типів різних макрокоманд і операторів.

У мовах, орієнтованих на процеси, формують потоки повідомлень (транзактів), які мають можливість переміщення різними логічними об'єктами (блоками).У програмах, складених на мовах цього типу, модельована система подається у вигляді сукупності блоків, що відображають логіку її функціонування. Типовими представниками транзактно-орієнтованих мов є GPSS, SIMDIS.

Кожна мова моделювання відбиває певну структуру понять, що застосовуються для опису досить широкого класу моделюємих явищ.

Засобами реалізації проблемно-орієнтованих програмних імітаційних моделей є також АСЕМБЛЕР і універсальні алгоритмічні мови. Однак їхнє застосування для цілей імітації нераціональне через складність програмування.

Основні відмінності мов імітаційного моделювання один від одного й від універсальних алгоритмічних мов визначаються: способом організації обліку часу й дій, що відбуваються; правилами присвоєння імен структурним елементам; способами перевірки умов, при яких реалізуються дії; видом статистичних випробувань, які можливі при наявності вихідних даних і обраних планів експериментів; ступенем труднощів зміни структури моделі.

Загальними перевагами мов імітаційного моделювання перед звичайними алгоритмічними мовами є: менші витрати часу на програмування; більше висока виразність дій, що імітують, відповідній логіці реальних процесів; можливість створення бібліотек стандартних підпрограм імітації, спеціально розрахованих на відповідні застосування; зручність формування, нагромадження й подання вхідних, вихідних і проміжних даних; ефективні способи налагодження програм і виявлення помилок у програмах імітації.

До числа недоліків відносять такі особливості, як значний час імітації, сувора необхідність витримування встановлених форматів, менша гнучкість моделей, тобто неможливості їхньої перебудови під час процесу моделювання.

Планування імітаційних експериментів

Моделювання ІМ - це творчий процес, під час якого широко застосовуються різні наукові прийоми, враховуючі наступні особливості й проблеми імітаційного моделювання ІМ:

1 Складність вибору параметрів і змінних при складанні вихідної математичної моделі.

2 Психологічні аспекти й неформалізовані фактори, що визначають поведінку користувача в процесі взаємодії з ІМ і діалогу з ЕОМ: неоднозначність реакції, його почуття, риси характеру, воля, евристичні алгоритми й т.п.

3 Семантичні й лінгвістичні аспекти інформаційних процесів в ІМ, тобто розгалуженість тезауруса, розімкнення інформаційних баз, що приводять в остаточному підсумку до неточності у вихідних моделях.

4 Нелінійність систем і відповідних математичних моделей.

5 Багатокомпонентність (велика кількість усіляких факторів).

6 Стохастичний характер численних процесів: випадкові потоки інформації, запити, процеси відмов і відновлення.

7 Складність техніки, застосовуваної в ІМ.

Важливим етапом у процесі моделювання, виконуваним після складання імітаційної програми, є розроблення плану імітаційного експерименту (планування експерименту). План припускає обґрунтований вибір початкових значень змінних, зазначених у вихідній математичній моделі, їхніх варіацій (змін кількісних значень) і визначення напрямку цих змін. Найпростішим варіантом плану є застосування дворівневих збільшень, формування спочатку теоретичного повного плану й вибір з нього конкретних часткових і дробових планів для цілей їхньої практичної реалізації. Тут широко застосовують так звані рототабельні плани й методи побудови поверхні реакції [5].

При моделюванні необхідно враховувати й ті основні проблеми, які ускладнюють завдання планування імітаційних експериментів. До їхнього числа відносяться:

1) проблема стохастичної збіжності (або незбіжності) результатів експерименту; зміст її у тому, щоб з'ясувати як забезпечити збіжність, якщо випадковий розкид у результатах дуже великий;

2) проблема великої кількості факторів. Немає необхідності досліджувати усі їх; потрібно вибрати тільки істотно важливі;

3) проблема багатокомпонентної, багатозначної реакції; результат може бути принципово неоднозначним; пояснення його конкретними причинами, що ускладнюють процес моделювання; важливим моментом у цьому процесі є оброблення результатів експерименту, тому що тільки за достовірними результатами можна виявити правильні закономірності.