ВУЗ:
Составители:
Рубрика:
Вычислительный эксперимент
— это собственно проведение расчетов на ЭВМ и получение информации, представ-
ляющей интерес для исследователя. Точность этой информации определяется достоверностью, прежде всего модели, моде-
лирующего алгоритма, программы ЭВМ и исходных данных. Именно по этой причине в серьезных прикладных исследова-
ниях полномасштабным вычислениям предшествует период проведения тестовых расчетов. Они необходимы не только для
того, чтобы «отладить» программу, т.е. отыскать и исправить все ошибки и опечатки, допущенные как при создании алго-
ритма, так и при его программной реализации. В этих предварительных расчетах тестируется также сама математическая
модель, выясняется ее адекватность исследуемому объекту. Для этого проводится расчет некоторых контрольных экспери-
ментов, по которым имеются достаточно надежные измерения. Сопоставление опытных данных с результатами расчетов
позволяет уточнить математическую модель, обрести уверенность в правильности предсказаний, которые будут получены с
ее помощью.
Только после проведения длительной работы в вычислительном эксперименте наступает фаза прогноза (имитации)
– с помощью компьютерной модели предсказывается поведение исследуемого объекта в условиях, где натурные экспе-
рименты пока не проводились или где они вообще невозможны.
Важное место в вычислительном эксперименте занимают обработка результатов расчетов, их всесторонний анализ и,
наконец, выводы. Выводы бывают в основном двух типов: или становится ясна необходимость уточнения модели, или ре-
зультаты, пройдя проверку, передаются заказчику. При оптимизации или проектировании ХТС из-за сложности и высокой
размерности математической модели проведение расчетов по описанной выше схеме может оказаться чересчур дорогим.
Тогда идут на упрощение модели, на построение своего рода инженерных методик (формул), опирающихся на сложные мо-
дели и расчеты и дающих возможность получить необходимую информацию значительно более дешевым способом. При
этом проводится огромная предварительная работа по анализу сложных моделей, квинтэссенцией которой и являются про-
стые на первый взгляд формулы.
Удобной формой представления логической структуры моделей процессов функционирования ХТС и моделирующих
алгоритмов являются схемы. При этом используются:
−
обобщенная
(
укрупненная
)
схема
, которая
задает общий порядок действий при моделировании и оптимизации ХТС;
−
детальная схема
, она
содержит уточнения, отсутствующие в обобщенной схеме, и показывает, что и как следует вы-
полнить на очередном шаге моделирования и оптимизации системы;
−
логическая схема
представляет собой логическую структуру модели процесса функционирования системы, она по-
казывает упорядоченную во времени последовательность логических операций при моделировании.
Третья процедура – создание программы для реализации разработанного моделирующего алгоритма на ЭВМ (создание
компьютерной модели). Применение большинства языков высокого уровня порождает ряд проблем, из которых главными
являются трудоемкость и недостаточная гибкость. В процессе исследования реальных систем часто приходится уточнять
модели, что влечет за собой перепрограммирование моделирующего алгоритма. Ясно, что процесс моделирования в этом
случае не будет эффективным, если не обеспечить его гибкости. Для этой цели можно использовать формальные схемы,
описывающие классы математических моделей из определенной предметной области, поскольку программировать тогда
нужно функционирование данной схемы, а не описываемые ею частные модели.
Схема программы ЭВМ
представляет собой интерпретацию логической схемы моделирующего алгоритма и отображает
порядок программной реализации моделирующего алгоритма с использованием конкретного математического обеспечения.
Логическая схема алгоритма и схема программы могут быть выполнены как в укрупненной, так и в детализированной фор-
мах. В результате разработки схемы модели, ее алгоритмизации и программирования, т.е. создания триады
«модель– алго-
ритм–программа», исследователь получает в руки универсальный, гибкий и сравнительно недорогой инструмент, который
вначале отлаживается, тестируется в «пробных» вычислительных экспериментах. После проверки адекватности
триады ис-
ходной ХТС с моделью можно проводить разнообразные «опыты», которые позволяют оценить требуемые свойства и харак-
теристики системы. Процесс компьютерного моделирования сопровождается улучшением и уточнением, по мере необходи-
мости, всех звеньев триады.
Чтобы эффективно проанализировать выходные данные, полученные в результате расчетов на ЭВМ, необходимо знать,
что делать с результатами рабочих расчетов и как их надо интерпретировать. Эта задача может быть решена на основании
предварительного анализа результатов выполнения первых двух процедур моделирования ХТС. Планирование вычислительно-
го эксперимента с моделью позволяет предварительно оценить необходимое количество выходных данных и определить метод
их анализа. При этом следует полнее использовать возможности ЭВМ с точки зрения обработки результатов моделирования и
представления этих результатов в наиболее наглядном виде, например, в виде таблиц, графиков, диаграмм, схем, средств муль-
тимедиа и т.п.
При массовом использовании методов компьютерного моделирования в технических проектах следует добиваться рез-
кого сокращения сроков разработки моделей, обеспечивающих различные этапы проектирования. Решение этой задачи воз-
можно при соответствующем уровне развития технологии компьютерного моделирования, которая является основой целе-
направленной деятельности в обеспечении возможности эффективного выполнения на ЭВМ исследований функционирова-
ния сложных систем. С ее помощью организуются действия исследователя на всех этапах его работы с моделями, начиная от
изучения предметной области, выделения моделируемой проблемной ситуации и кончая построением и реализацией компь-
ютерных экспериментов для анализа поведения системы.
При решении задач моделирования следует учитывать два важных аспекта:
1) методологическую составляющую технологии как науки, занимающейся выявлением закономерностей, применение
которых на практике позволяет находить наиболее эффективные и экономичные приемы компьютерного моделирования
ХТС на ЭВМ;
2) прикладные цели и задачи технологии как искусства, мастерства, умения достигать в ходе компьютерного моделиро-
вания сложных ХТС практически полезных результатов.
Страницы
- « первая
- ‹ предыдущая
- …
- 21
- 22
- 23
- 24
- 25
- …
- следующая ›
- последняя »
