автоматизирован­ной системы моделирования (АСМ),

Понятие пакета прикладных программ. можно выделить три направления работ: 1) создание программных средств, обеспечивающих пользователя различными инструментами для автоматизации разработки программ; 2) создание программных средств, упрощающих процесс эксплуатации сетей ЭВМ обеспечивающих эффективное использование вычислительных ресурсов; 3) создание программных средств, предоставляющих разнообразные услуги

Таким образом, пакеты прикладных программ являются одной из основных форм специализированного программного обеспечения. НИМ — это комплекс взаимосвязанных программ моделирования и средств системного обеспечения, предназначенных для автоматизации решения задач моделирования. Весь круг работ, связанных с разработкой алгоритмов и программ моделирования, а также с подготовкой и проведением машинных экспериментов, называется автоматизацией моделирования и реализуется в виде конкретных АСМ.

В структуре НИМ можно выделить три основных компонента: функциональное наполнение, язык заданий и системное наполнение.

Функциональное наполнение пакета.. системе S, и представляет собой совокупность модулей. Т.е.конструктивных элементов,. Язык, на котором записываются модули будем называть базовым языком ППМ. Одной из ключевых проблем разработки ППМ является модуляризация, т. е. разбиение функционального наполнения пакета на модули. Тщательно выполненный модуляризация позволяют сократить объем работ по реализации ППМ, повышают его надежность и об­легчают дальнейшую эволюцию пакета.

Прежде всего следует выделить программные модули, модули данных и модули документации. конструктивностью модуля. - алгоритмическая конструктивность, технологическую конструктивность модулей, определяемую дисциплиной работы в конкретной машинной модели М_м и системной средой, на базе которой разрабатывается и эксплуатируется ППМ.

Требования, вытекающие из алгоритмической и технологичес­кой конструктивности, составляют в совокупности регламент модуляризации, т. е. принятую разработчиками пакета форму представления материала в функциональном наполнении, а также способы его создания и эволюции. Если описание языка заданий рассматривать как спецификацию сопряжения пользователя с пакетом, то посредством регламента модуляризации определяется сопряжение с пакетом (точнее, с функциональным наполнением пакета) его разработчиков.

Язык заданий пакета. Язык заданий ППМ является средством общения пользователя с пакетом. Он позволяет описывать последовательность выполнения различных операций. Архитектура ППМ, т. е. предостав­ляющийся пользователю внешний вид АСМ, определяется тем, какие задачи система может решать и какие возможности дает она пользователю. Язык заданий отражает основные архитектурные решения, Общая структура и стиль языка заданий ППМ в зависят от дисциплины работы, Можно выделить две основные дисциплины проведения моделирования:

— активную дисциплину, предусматривающую при создании конкретных рабочих программ модели М_м модификацию и настройку имеющихся модулей функционального наполнения, а также разработку новых модулей;

— пассивную дисциплину, предусматривающую проведение ма­шинных экспериментов с моделью М_м без модификации функционального наполнения ППМ.

языками запросов, -скравает работу тем самым упрошая.

Системное наполнение пакета. представляет собой совокупность программ, которые обеспечивают выполнение заданий и взаимодействие пользователя с пакетом,.. Реализация функций системного наполнения ППМ осу­ществляется на основе согласованного использования:

— штатных общецелевых средств системного обеспечения;

— средств системного наполнения, расширяющих и сопрягаю­щих возможности компонентов штатного обеспечения;

— специальных средств системного наполнения, выполняющих управляющие, архивные и обрабатывающие процедуры с учетом специфики моделирования процесса функционирования системы S.

Язык (языки), на котором пишутся программы системного напо­лнения пакета, называется инструментальным языком ППМ.

ПРОГРАММНЫЕ СРЕДСТВА АСМ

(АВТОМАТИЗИРОВАННЫЕ СИСТЕМЫ МОДЕЛИРОВАНИЯ)

Формирование БД объекта моделирования (БДО) и БД о машинном эксперименте (БДЭ). Под ППМ, ориентированным на решение задач машинного моделирования систем, понимается комплекс программных средств и документов, предназначенных для реализации алгоритма процесса функционирования системы S и обеспечивающих автоматизацию управления ведением эксперимента с моделью М_м на ЭВМ.

Сущность такого определения состоит в том, что ППМ представляет набор средств для разработки программ моделирования, служащих для автоматизации определенных функций. К программным средствам ППМ относится набор про­граммных модулей (тело пакета), из которых набирается программа. В состав ППМ также входят управляющая программа, представляющая собой аналог супервизора ЭВМ (средства генерации рабочих программ). Специальная программа (монитор) принимает от пользователя информацию о требуемой модификации программ, формирует из набора стандартных модулей законченные рабочие программы, гибкость .

Различают две разновидности моделирования: статическую-нельзя изменять готовую программу и динамическую-можно изменять готовую программу путем использования таблицы сносок подпрограмм задействованных в данной программе, требует больших затрат ресурсов..озможность замены имеющихся модулей ППМ на собственные.

Таким образом, программные средства ППМ объединяют в себе три главных качества: 1) содержат алгоритмические решения по проведению моделирования, доведенные до законченной машинной реализации; 2) имеют механизм автоматической настройки; 3) позволяют дополнять генерируемые ППМ рабочие программы.

Существенный момент выбор технических средств. Структурно АСМ можно разбить на следующие комплексы программ: формирования базы данных об объекте моделирования (БДО); формирования базы данных о машинном эксперименте (БДЭ); моделирования процесса функционирования объекта; расширения возможностей ППМ; организации различных режимов работы ППМ.

Комплекс программ формирования БДО реализует все работы по созданию в АСМ сведений о моделируемом объекте. Информация об объекте может корректироваться по мере получения новых сведений в процессе машинного модели­рования. Для формирования БДО требуются следующие программы: ввода данных об объекте; перевода в стандартную форму; диспетчеризации процедур ввода; формирования БДО.

Для решения задачи моделирования требуются следующие программы: управления машинным экспериментом, реализации и его диспетчеризация; машинной имитации, Имеются программные пакеты GSPT, Vissim, SIMEX, GPSS/ H, Stella, SimPack, DOBSim, Mosis, QSIM, SIMPLORER, Modsim и де­сятки других. Языки данного класса хорошо согласуются с удобным опи­санием модели системы в форме Q-схемы (системы массового об­служивания).

26. Особенности языка моделирования GPSS.

дискретных систем GPSS.. достоинство— наличие необходимого набора типовых элементов и программная реализация алгоритмов, позволяющая строить сложные модели.

В пакете GPSS используется язык блок-диаграмм. Блок-диаграммой в пакете GPSS называется графическое представление операций, происходящих в моделируемой системе S. В этом случае блок-диаграмма описывает взаимодействия, происходящие внутри моделируемой системы S в процессе ее функционирования.

Рис. 12. Схема процесса создания машинной модели с ис­пользованием языка GPSS

В блок-диаграммах GPSS блоки представляют собой выполняемые над динами­ческими объектами операции, а стрелки между блоками отражают маршруты перед­вижения данных объектов по системе. Альтернативные ситуации отражаются более чем одной стрелкой, выходящей из блока. Процесс разбиения на элемент системы.

Набор операторов языка однозначно соответствует набору блоков для описания блок-диаграмм.Создание ППМ является крупным достижением в автоматизации моделирования больших систем. Однако любой ППМ, создан­ный на базе ЯИМ, характеризуется узостью представлений, диктуемой особенностями. Наиболее эффективно использование ППМ при исследовании и разработке систем на основе метода машинного моделирования при реализации диалоговых процедур и концепции базы данных моделирования.

БАЗЫ ДАННЫХ МОДЕЛИРОВАНИЯ

Перспективным направлением является использование для целей моделирования иерархических многомашинных информационно-вычислительных систем и связан­ных с ними телекоммуникационными сетями удаленных персональ­ных ЭВМ, работающих в режиме телеобработки. Таким образом, появляется необходимость в создании диалоговых систем моделирования коллективного пользования. Рассмотрим основные моменты связанные с разработкой распределенной базы данных моделирования (РБДМ).

Ключевые аспекты разработки баз данных. Важной целью применения технологии БД является создание разделяемого между функционально связанными приложениями информационного ресурса с обеспечением независимости внешнего, логического представления БД от способов ее внутренней, физической организации. в основу этой технологии положено применение реляционной модели данных (РМД), базирующейся на аппарате реляционной алгебры и математической логики. на рис. 13.

База данных. Определение базы данных в качестве разделяемого инфор­мационного ресурса компьютеризированных технологий база данных совокупность связанных данных, с одной стороны, являющихся информацией, и с другой стороны, составляющих основу для получения информации,

Рис. 13. Полная технологическая схема реализация БДМ

Предметная область. предметная область, которая будет рассматри­ваться как совокупность знаний и данных об объектах и процессах, подлежащих проектированию и хранению в БД.

Таким образом, процесс проектирования базы данных по полной технологической схеме есть процесс пошагового отображения исходной классификационной схемы предметной области в реляционную схему реализации базы данных.

Инфологический анализ и проектирование БДМ. Для инфологического проектирования характерны следующие операции:

— расширение интерфейсов описания абстракций не классифицированными свойствами

— построение инфологических структур реализации модели, в качестве структур могут использоваться любые структуры

Инфологическая модель, является основой определения источников, накопителей и получателей информации. Совокупность правил построения инфологической модели об­разует инфологическую семантику проектируемой БД, состоящую из определений связей совместности и соответствия. Она определяет пути доступа к информации . концептуальные компоненты являются символами, а инфологически компоненты соответствуют логическим словам и выражениям.

Объектно-ориентированный подход и БДМ. связан с представлени­ем предметной области в виде классов и объектов, которые в зависимости от предназначения методологии могут иметь различную природу.. Возможность применения ОП определяется способностью представить предмет моделирования в виде объектной модели.Visual C++, C++ Builder, Delphi.

ОП применяется при разработке объектно-ориентированных баз данных (ООБД) и объектно-ориентированных распределенных баз данных (ООРБД). Центральной проблемой является оптимальное сочетание объектно-ориентированного и реляционного подходов (см. рис. 5.6).

ПЛАНИРОВАНИЕ ИМИТАЦИОННЫХ ЭКСПЕРИМЕНТОВ

Основные понятия планирования экспериментов. наиболее подходящей моделью последнего является абстрактная схема, называемая «черным ящиком». При таком кибернетичес­ком подходе различают входные и выходные переменные: x₁, x₂,…, x_k; y₁, y₂, …, y_i. В зависимости от того, какую роль играет каждая переменная в проводимом эксперименте, она может являться либо фактором, либо реакцией.. Например, в агрегативной системе (А-схеме) факторами будут входные и управля­ющие сообщения, а реакциями — выходные.

Каждый фактор х _i, , может принимать в эксперименте одно из нескольких значений, называемых уровнями. Фиксированный набор уровней факторов определяет одно из возможных состояний рассматриваемой системы. Одновременно этот набор пред­ставляет собой условия проведения одного из возможных экспериментов.

Каждому фиксированному набору уровней факторов соответствует определенная точка в многомерном пространстве, называемом факторным пространством., это показано для случая двух факторов х₁ и х₂ на рис. 14 (плоскость х₁0₁х₂).

Существует вполне определенная связь между уровнями факторов и реакцией системы, которую можно представить в виде соотношения

.

Функцию , связывающую реакцию с факторами, называют функцией реакции, а геометрический образ, соответствующий функции реакции,— поверхностью реакции. Исследователю заранее не известен вид зависимостей , , поэтому используют приближенные соотношения:

.

Зависимости  находятся по данным эксперимента. Последний необходимо поставить при минимальных ресурсов (построить математическую модель системы и оценить ее характеристики. Факторы при проведении экспериментов могут быть управляемыми и неуправляемыми, наблюдаемыми и ненаблюдаемыми, изучаемыми и неизучаемыми, количественными и качественными, фиксированными и случайными.

Фактор называется управляемым, если его уровни целенаправленно выбираются исследователем в процессе эксперимента. Фактор называется наблюдаемым, если его значения наблюдаются и регистрируются. Обычно в машинном эксперименте с моделью М_м наблюдаемые факторы совпадают с управляемыми, так как нерационально управлять фактором, не наблюдая его. Но неуправляемый фактор также можно наблюдать. Наблюдаемые неуправляемые факторы. Обычно при машинном эксперименте с мо­делью М_м число сопутствующих факторов велико, поэтому рационально учитывать влияние лишь тех из них, которые наиболее существенно воздействуют на интересующую исследователя реак­цию.

Фактор относится к изучаемым, если он включен в модель М_м для изучения свойств системы S, а не для вспомогательных целей, например для увеличения точности эксперимента.

Фактор будет количественным, если его значения — числовые величины, влияющие на реакцию, а в противном случае фактор называется качественным. Фактор называется фиксированным, если в эксперименте иссле­дуются все интересующие экспериментатора значения фактора, а если экспериментатор исследует только некоторую случайную выборку из совокупности интересующих значений факторов, то фактор называется случайным. На основании случайных факторов могут быть сделаны вероятностные выводы и о тех значениях факторов, которые в эксперименте не исследовались.

В машинных экспериментах с моделями М_м не бывает неуправляемых или ненаблюдаемых факторов применительно к исследуемой системе S. В качестве воздействий внешней среды Е, т. е. неуправляемых и ненаблюдаемых факторов, в машинной имитационной модели выступают стохастические экзогенные переменные. Для полного определения фактора необходимо указать последовательность операций, с помощью которых устанавливаются его конкретные уровни. Такое определение фактора называется операциональным и обеспечивает однозначность понимания фактора.

Основными требованиями, предъявляемыми к факторам, являются требование управляемости фактора и требование непосредственного воздействия на объект. При планировании эксперимента обычно одновременно изменяются несколько факторов. Определим требования, которые предъявляются к совокупности факторов. — совмести­мость и независимость. При проведении машинного эксперимента с моделью М_м для оценки некоторых характеристик процесса функционирования ис­следуемой системы S экспериментатор стремится создать такие условия, которые способствуют выявлению влияния факторов, находящихся в функциональной связи с искомой характеристикой.

Для этого необходимо: отобрать факторы х _i, , влияющие на искомую характеристику, и описать функциональную зависимость; установить диапазон изменения факторов ; определить координаты точек факторного пространст­ва {x_l, x₂, ..., x_k}, в которых следует проводить экспери­мент; оценить необходимое число реализаций и их поря­док в эксперименте.

Для выбора конкретной модели необходимо сформулировать такие особенности, как адекватность, содержательность, простота. Под содержательностью модели планирования понимается ее способность объяснять множество уже известных фактов, выявлять новые и предсказывать их дальнейшее развитие. Простота — одно из главных достоинств модели планирования, выражающееся в реализуемости эксперимента на ЭВМ.

Виды планов экспериментов. Эксперимент, в котором реализуют­ся все возможные сочетания уровней факторов, называется полным факторным экспериментом (ПФЭ). Если выбранная модель планирования включает в себя только линейные члены полинома и их произведения, то для оценки коэффициентов модели используется план эксперимента с варьированием всех k факторов на двух уров­нях, т. е. q=2. Такие планы называются планами типа 2^k, где N=2 ^k — число всех возможных испытаний.

Начальный этап планирования эксперимента для получения коэффициентов линейной модели основан на варьировании факторов на двух уровнях: нижнем х _iн и верхнем x_iв— симметрично рас­положенных относительно основного уровня х _i0, . Геометрическая интерпретация показана на рис. 15, а. Так как каждый фактор принимает лишь два значения x_iн = x_i0 - D x, и x_iв = x_i0 + D x, то для стандартизации и упрощения записи условий каждого ис­пытания и обработки выборочных данных эксперимента масштабы по осям факторов выбираются так, чтобы нижний уровень соответ­ствовал — 1, верхний— +1, а основной — нулю. Это легко достигается с помощью преобразования вида

где    — кодированное значение i-го фактора; х _i — натуральное зна­чение фактора; x_i0 — нулевой уровень; — интервал варьирования фактора.

Расположение точек для ПФЭ типа 2² показано на рис. 14, а также на рис. 15, б. Выписывая комбинации уровней факторов для каждой экспериментальной точки квадрата, получим план D полно­го факторного эксперимента типа 2²:

Номер испытания	1	2	3	4
	-1	+1	-1	+1
	-1	-1	+1	+1
Обозначения строк	(1)	a	b	ab

При этом планы можно записывать сокращенно с помощью условных буквенных обозначений строк. Для этого порядковый номер фактора ставится в соответствие строчной букве латинского алфавита: x₁ ®- a, x₂ ® b и т. д.

Затем для каждой строки плана выписываются латинские буквы только для факторов, находящихся на верхних уровнях; испытание со всеми факторами на нижних уровнях обозначается как (1). Запись плана в буквенных обозначениях показана в последней строчке.

Рис. 15. Геометрическая интерпретация полного факторного эксперимента типа 2²: а — без масштабирования; 6 — при масштабировании по осям.