Лекция: Понятие о технологии информационного моделирования.

Бурное развитие компьютерных технологий, расширение возможностей средств вычислительной техники, появление быстродействующих вычислительных систем, новых языков программирования с расширенными вычислительными возможностями существенно расширили возможности информационного моделирования объектов, процессов, явлений. Компьютерные технологии позволили при этом не только автоматизировать и ускорить обработку результатов научных экспериментов, но также автоматизировать и процессы проведения научных исследований. А поскольку многие исследуемые процессы настолько сложны, что ручная обработка данных и необходимые вычисления занимают очень много времени, то компьютерные методы здесь стали незаменимыми. Это и обусловило особое положение в современных условиях метода компьютерного моделирования.

Основной технологической схемой решения любой задачи моделирования с использованием компьютерных технологий является:

§ Постановка задачи моделирования;

§ Построение модели;

§ Разработка моделирующего алгоритма и программы;

§ Отладка и исполнение моделирующей программы;

§ Компьютерный эксперимент;

§ Анализ результатов компьютерного эксперимента.

Дадим пояснения каждому из упомянутых этапов.

Постановка задачи. При изучении нового объекта обычно строится его описательная информационная модель на естественном языке, т.е. составляется описательная информационная модель исследуемого объекта. Определяются цели и задачи моделирования, проводится детальный анализ объекта моделирования, его основных свойств и характеристик.

Построение модели.На этом этапе сначала выясняются свойства, состояния, действия и другие характеристики элементарных объектов, из которых состоит оригинал, формируется представление об элементарных объектах, производится их формализация. Иными словами создается формализованная модель объекта исследования с использованием формальных языков, при этом выбор наиболее существенной информации при создании информационной модели и её сложность обусловлены целью моделирования.

Разработка алгоритма ипрограммы.На основании данных второго этапа строится моделирующий алгоритм, алгоритмы моделирования элементарных объектов оригинала, алгоритмы схем сопряжения этих объектов. Далее, с учетом целей и задач моделирования, выбирается язык программирования, с помощью которого разработанные модельные алгоритмы воплощаются в конкретные моделирующие программные модули, образующие в совокупности программную модель объекта-оригинала. Таким образом на третьем этапе формализованная информационная модель преобразуется в компьютерную модель, то есть она выражается на понятном для компьютера языке.

Отладка и исполнение моделирующей программы.На этом этапе модельные программные модули объединяются в моделирующую программную систему, производится тестирование и отладка созданного программного комплекса с учетом данных второго и третьего этапов. При необходимости уточняются и модифицируются отдельные моделирующие алгоритмы и программные модули, их реализующие.

Компьютерный эксперимент. Состоит в проведении исследований на компьютерной модели, иными словами в проведении Вычислительного эксперимента Исследователь задает различные начальные условия (начальные значения определенных характеристик и параметров элементарных объектов-моделей, условия взаимодействия этих элементарных моделей друг с другом), устанавливает режимы работы модельной программной системы, правила вывода результатов исследований на регистрирующие устройства и т.д. и запускает процессы воспроизведения моделирующих программ на компьютере. По завершении работы программы исследователь получает определенные результаты.

Анализ результатов эксперимента.По данным пятого этапа проводится изучение процессов, протекающих в модели, исследуются функциональные зависимости между параметрами и характеристиками модели, производятся (по возможности) перенос результатов моделирования на объект-оригинал. Если результаты компьютерного эксперимента вступают в явное противоречие с заранее известными некоторыми сведениями об объекте-оригинале, полученными теоретическим или экспериментальным путем, то производится коррекция модели на этапах формализации и построения моделирующих алгоритмов и программ. После того, как измененные моделирующие модули будут протестированы и внедрены в моделирующий программный комплекс, процесс компьютерных исследований на компьютерной модели повторяется, и так до тех пор, прока поведение модели не станет достаточно адекватно отражать поведение объекта-оригинала. С этого момента исследователь может производить полномасштабные компьютерные эксперименты с компьютерной моделью с целью получения интересующих его данных и сведений об исследуемом объекте-оригинале.