66. Программные среды для проведения моделирования

Программирование моделей значительно упрощается с использованием языка моделирования высокого уровня. Основными моментами при выборе ЯМ является:

-        проблемная ориентация;

-        возможности сбора, обработки, вывода результатов;

-        быстродействие;

-        простота отладки;

-        доступность восприятия.

Этими свойствами обладают процедурные языки высокого уровня. Для моделирования могут быть использованы языки Имитационного моделирования (ЯИМ) и общего назначения (ЯОМ).

Более удобными являются ЯИМ. Они обеспечивают:

удобство программирования модели системы;

Недостатки ЯИМ: неэффективность рабочих программ; сложность отладки; недостаток документации.

Рассмотрим некоторые среды для проведения моделирования.

GPSS. Каждый оператор GPSS/PC относится к одному из  четырех  типов:

   Операторы-блоки  формируют  логику  модели,  каждый выполняет  свою конкретную функцию. За каждым из таких блоков стоит соответствующая подпрограмма транслятора,  а операнды каждого блока служат параметрами этой подпрограммы.

   Операторы  определения  объектов  служат для описания  параметров некоторых  объектов  GPSS/PC. (количество каналов в   многоканальной  системе  массового  обслуживания,  количество  строк и столбцов матрицы и т.п.)

   Управляющие операторы  служат для управления процессом моделирования (прогоном модели). 

   Операторы-команды  позволяют  управлять работой интегрированной среды GPSS/PC. 

     После трансляции  исходной программы в памяти ПК создается так  называемая  текущая модель, являющаяся совокупностью  разного  типа объектов, каждый  из  которых  представляет  собой  некоторый набор чисел в памяти ПК, описывающих свойства и текущее состояние объекта.   

Объекты GPSS/PC можно разделить на семь классов:         

Динамические объекты,   соответствующие   заявкам  в  системах массового обслуживания, называются  в   GPSS/PC  транзактами.  

Операционные объекты GPSS/PC, называемые  блоками, соответствуют операторам-блокам исходной программы.  Они формируют логику модели, давая транзактам указания: куда идти и что делать дальше.

Аппаратные объекты GPSS/PC - это абстрактные элементы,  на которые может быть расчленено (декомпозировано) оборудование реальной системы. К  ним  относятся   одноканальные и  многоканальные устройства и логические переключатели. 

Статистические объекты  GPSS/PC  служат  для сбора и обработки статистических данных о функционировании модели.  К  ним  относятся очереди и  таблицы.

 К вычислительным объектам GPSS/PC относятся переменные (арифметические и булевские)  и  функции.  Запоминающие объекты GPSS/PC обеспечивают хранение в памяти ПК отдельных величин,  используемых в модели,  а также массивов  таких величин.

К объектам  группирующего класса относятся списки пользователя и  группы. Списки  пользователя используются для организации очередей с дисциплинами, отличными от дисциплины "раньше пришел – раньше обслужен".

Каждому объекту  того  или иного класса соответствуют  числовые атрибуты, описывающие его состояние в данный момент модельного времени.  Кроме того,  имеется ряд так называемых системных атрибутов,  относящихся не к отдельным объектам,  а к модели в целом.  Значения атрибутов всех объектов модели по окончании моделирования выводятся в стандартный отчет GPSS/PC.

Большая часть атрибутов доступна программисту  и составляет стандартные числовые атрибуты  (СЧА),  которые могут использоваться в качестве операндов операторов исходной программы. Все СЧА являются целыми числами.

В начальный момент времени в GPSS-модели нет ни  одного  транзакта.  В  процессе  моделирования симулятор генерирует транзакты в определенные моменты времени в соответствии с теми логическими потребностями,  которые возникают в моделируемой системе.  Подобным же образом транзакты покидают модель в определенные моменты времени  в зависимости от специфики моделируемой системы. В общем случае в модели одновременно существует большое  число  транзактов,  однако  в каждый момент времени симулятор осуществляет продвижение только какого-либо одного транзакта.

Каждое продвижение транзакта в модели является событием, которое должно произойти в определенный момент модельного времени.  Для того, чтобы поддерживать правильную  временную  последовательность событий, симулятор имеет  таймер  модельного  времени, который автоматически корректируется в соответствии с логикой,  предписанной  моделью.

AnyLogic — программное обеспечение для имитационного моделирования сложных систем и процессов. Программа обладает графической средой пользователя и позволяет использовать язык Java для разработки моделей.

Продукт поддерживает все три известных метода моделирования: системная динамика; дискретно-событийное (процессное) моделирование; агентное моделирование.

А также любую комбинацию этих подходов в пределах одной модели.

AnyLogic включает в себя графический язык моделирования, а также позволяет пользователю расширять созданные модели с помощью языка Java. Интеграция компилятора Java в AnyLogic предоставляет более широкие возможности при создании моделей, а также создание Java апплетов, которые могут быть открыты любым браузером. В дополнение к Java апплетам, AnyLogic Professional поддерживает создание Java приложений, в этом случае пользователь может запустить модель без инсталляции AnyLogic.

Графическая среда моделирования AnyLogic включает в себя следующие элементы:

Stock & Flow Diagrams (диаграмма потоков и накопителей) применяется при разработке моделей, используя метод системной динамики.

Statecharts (карты состояний) в основном используется в агентных моделях для определения поведения агентов. Но также часто используется в дискретно-событийном моделировании, например для симуляции машинных сбоев.

Action charts (блок-схемы) используется для построения алгоритмов. Применяется в дискретно-событийном моделировании (маршрутизация звонков) и агентном моделировании (для логики решений агента).

Process flowcharts (процессные диаграммы) основная конструкция, используемая для определения процессов в дискретно-событийном моделировании.

При разработке моделей в AnyLogic можно использовать концепции и средства из нескольких методов моделирования, например, в агентной модели использовать методы системной динамики для представления изменений состояния среды или в непрерывной модели динамической системы учесть дискретные события..

Среда моделирования также включает в себя: низкоуровневые конструкции моделирования (переменные, уравнения, параметры, события и т.п), формы представления (линии, квадраты, овалы и т.п), элементы анализа (базы данных, гистограммы, графики), стандартные картинки и формы экспериментов.

Среда моделирования AnyLogic поддерживает проектирование, разработку, документирование модели, выполнение компьютерных экспериментов с моделью, включая различные виды анализа — от анализа чувствительности до оптимизации   относительно некоторого критерия.

AnyLogic включает в себя набор стандартных библиотек.