Компьютерный эксперимент

Компьютерное моделирование является завершающим этапом математического моделирования и в смысле доведения исследования до конкретного результата является более мощным методом. До недавнего времени эксперимент можно было провести либо в лабораторных условиях на специально создаваемых для него установках, либо на настоящем образце изделия, подвергая его всяческим испытаниям.

С развитием вычислительной техники появился новый уникальный метод исследования – компьютерный эксперимент, который приобретает все большее в современном научном познании. В широком смысле под экспериментом можно понимать некоторую процедуру организации и наблюдения каких-то явлений, которые осуществляются в условиях, близких к естественным, либо имитируют их.

Можно отметить следующие отличительные особенности и преимущества вычислительного эксперимента перед натурным экспериментом. Во-первых, вычислительный эксперимент проводится даже тогда, когда натурный эксперимент невозможен. Такая ситуация имеет место с крупномасштабными экологическими экспериментами. В этой связи у ученых появилась возможность моделировать процессы, происходящие не только в созданных или задуманных ими установках, но и в недостижимых ситуациях (например, с помощью компьютерных моделей удалось представить последствия ядерной войны). Во-вторых, при использовании вычислительного эксперимента резко снижается стоимость разработок и экономится время. Это обеспечивается многовариантностью выполняемых расчетов, простотой модификации математических моделей для имитации тех или иных реальных условий. Этап проведения компьютерного эксперимента включает две стадии: составление плана и технологии моделирования.

III.1. План моделирования – должен четко отражать последовательность работы с моделью. Часто план отображается в виде последовательности пронумерованных пунктов с описанием действий, которые необходимо осуществить исследователю с компьютерной моделью. Здесь не следует конкретизировать, как им надо воспользоваться программным инструментарием. Подробный план является своего рода отражением стратегии компьютерного эксперимента.

Первым пунктом такого плана всегда является разработка теста, а затем тестирование модели. Тестирование – процесс проверки правильности модели. Тест – набор исходных данных, для которых заранее известен результат. Чтобы быть уверенным в правильности получаемых результатов моделирования, необходимо предварительно провести компьютерный эксперимент на модели для составленного теста.

При этом необходимо помнить следующее:

– во-первых, тест всегда должен быть ориентирован на то, чтобы проверить разработанный алгоритм функционирования компьютерной модели. Тест не отражает ее смыслового содержания;

– во-вторых, исходные данные в тесте могут совершенно не отражать реальную ситуацию. Это может быть любая совокупность простейших чисел или символов.

Важно то, чтобы вы могли заранее знать ожидаемый результат при конкретном варианте исходных данных. После тестирования, когда появилась уверенность в правильности функционирования модели, переходят к технологии моделирования.

III.2. Технология моделирования – совокупность целенаправленных действий пользователя над компьютерной моделью. Каждый эксперимент должен сопровождаться осмыслением результатов, которые станут основой анализа результатов моделирования.

Анализ результатов моделирования

Конечная цель моделирования – принятие решения, которое должно быть выработано на основе всестороннего анализа полученных результатов. Этап анализа результатов не может существовать автономно. Полученные выводы часто способствуют проведению дополнительной серии экспериментов, а подчас и изменению модели.

Основой для выработки решения служат результаты тестирования и экспериментов. Если результаты не соответствуют целям поставленной задачи, значит, допущены ошибки на предыдущих этапах. Это может быть слишком упрощенное построение информационной модели, либо неудачный выбор метода или среды моделирования, либо нарушение технологических приемов при построении модели. Если такие ошибки выявлены, то требуется корректировка модели, т.е. возврат к одному из предыдущих этапов. Процесс повторяется до тех пор, пока результаты эксперимента не будут отвечать целям моделирования.

Математические модели при принятии решений

Анализ различного вида моделей показал, что при принятии решений чаще всего используются:

- модели технологических процессов (прежде всего модели контроля и управления);

- модели обеспечения качества продукции (в частности, модели оценки и контроля надежности);

- модели массового обслуживания;

- модели управления запасами (модели логистики);

- имитационные и эконометрические модели деятельности предприятия в целом, и др.

В процессе подготовки и принятия решений часто используют имитационные модели и системы. Имитационная модель позволяет отвечать на вопрос: "Что будет, если…" Имитационная система - это совокупность моделей, имитирующих протекание изучаемого процесса, объединенная со специальной системой вспомогательных программ и информационной базой, позволяющих достаточно просто и оперативно реализовать вариантные расчеты.