Листинг 9.3. Компонент верхнего уровня Задание и порядок выполнения работы

1. Составить структурную схему объектно-ориентированной многокомпонентной имитационной модели CedarBog экологической системы с базисными компонентами: sun (солнце), plants (растения), herbivores (травоядные), carnivores (хищники), environ (окружающая среда) и organic (донные отложения) с описанием всех переменных состояния и сенсорных переменных модели.

2. Составить рабочие версии описания базисных компонентов sun (солнце), plants (растения), herbivores (травоядные), carnivores (хищники), environment (окружающая среда) и organic (донные отложения) и инсталлировать общую модель системы с помощью компонента верхнего уровня CedarBog_High.

3. Запустить компонент Lake как независимый с начальным значением сенсорной переменной sun = 95,9. Посмотреть результаты имитации для переменных состояния sun.

4. Ввести компонент meteo, учитывающий влияние погодных условий на коэффициент k интенсивности солнечного излучения sun так, что при ясной погоде k =1, пасмурной k = 0,8 и дождливой k = 0,6.

Вопросы для самопроверки

1. Что такое декомпозиция модели?

2. Что дает использование многокомпонентных моделей?

3. Какова структура компонента верхнего уровня в многокомпонентных моделях?

4. Для чего служат сенсорные переменные и примеры их использования?

5. Как и в каких формах определяется связь между переменными состояния и сенсорными переменными?

6. Могут ли многокомпонентные модели не использовать сенсорные переменные?

7. Каковы основные этапы построения многокомпонентных моделей?

Требования к отчету

Отчет должен содержать задание с описанием моделируемой системы и среды, описание событий и алгоритмов динамики состояния, структурную блок-схему и MDL-описания базисных и мобильных компонентов и модели в целом, диалоговый интерфейс и анализ результатов моделирования.

Литература

1. Ивашкин Ю.А. Мультиагентное имитационное моделирование больших систем : учебное пособие / Ю.А. Ивашкин. – М. : МГУПБ, 2008. – 238 с.

2. Шмидт Б. Искусство моделирования и имитации. Введение в универсальную имитационную систему Simplex3 / Б. Шмидт; перевод с немецкого под редакцией Ю.А. Ивашкина и В.Л. Конюха. – Ghent, Belgium, 2003. – 550 с.

3. Schmidt B. The Art of modelling and simulation / B. Schmidt. – SCS - Europe BVBA, Ghent, Belgium, 2001. – 504 c.

Лабораторная работа № 10 многокомпонентная иерархическая модель

Цель работы – изучение и практическая реализация принципов и этапов построения многокомпонентных иерархических имитационных моделей больших систем в среде экспериментирования Simplex3.

Теоретическое введение

В иерархической модели каждый базисный компонент может быть представлен в виде системы подкомпонентов, составляющих нижеследующий уровень иерархической структуры модели. Рассмотрим более детальную модель CedarBog, в которой компонент Lake разбивается на три подкомпонента (рис.10.1) для отображения характерных водных слоев с учетом того, что интенсивность солнечного излучения в каждом слое различна [1, 2].

Рис. 10.1. Модель CedarBog с двумя иерархическими уровнями

Kомпонент Lake становится компонентом верхнего уровня для подкомпонентов трех слоев озера, идентичных по структуре и динамике и представляемых как базисные компоненты класса Layer (листинг 10.1) c описанием состояния и динамического изменения массы растений, кормов травоядных и хищников, донных отложений и потерь в окружающую среду для каждого слоя.

Динамическое состояние в каждом слое отличается введением константы f, отображающей различную интенсивность солнечной радиации.

1 BASIC COMPONENTS Layer

2 USE OF UNITS

3 TIMEUNIT = [a]

4 DECLARATION OF ELIMENTS

5 CONSTANT

6 f (REAL) := 1, # Коэффициент солнечной активности

7 BioFac (REAL[a]) := 1E-15 [a]

8 STATE VARIABLES

9 CONTINUOUS

10 p (REAL[t]) := 0 [t], # Растения

11 h (REAL[t]) := 0 [t], # Корм травоядных

12 c (REAL[t]) := 0 [t], # Корм хищников

13 o (REAL[t]) := 0 [t], # Донные отложения

14 e (REAL[t]) := 0 [t] # Выброс в окружающую среду

15 DEPENDENT VARIABLE

16 CONTINUOUS

17 sun bio (REAL[t/a]) := 0 [t/a]

18 SENSOR VARIABLE

19 CONTINUOUS

20 sun (REAL[kJ/m^2]) := 0 [kJ/m^a] # Солнечная активность

21 sun_bio := sun * BioFac;

22 DIFFERENTIAL EQUATIONS

23 p' := f * sun_bio - 4.03 [1/а] * P;

24 h' := 0.48 [1/a] * p - 17.87 [1/а] * h;

25 c' := 4.85 [1/a] * h - 4.65 [1/а] * c;

26 o' := 2.55 [1/a] * p + 6.12 [1/а] * h + 1.95[1/a] * c;

27 e' := 1.00 [1/a] * p + 6.90 [1/а] * h + 2.70 [1/a] * c;

28 END

29 END OF Layer

Листинг 10.1. Описание модели компонента класса Layer

В общем описании компонента класса Layer, константа f инициализируется со значением f: = 1. В дальнейшем переменным состояния в каждом подкомпоненте класса Layer (Layer1, Layer2 и Layer3) придаются индивидуальные значения путем инициализации в компоненте верхнего уровня Lake (листинг 10.2).

1 HIGH LEVEL COMPONENT Lake

2 SUBCOMPONENTS

3 Layer l, Layer_2 , Layer 3 OF CLASS Layer

6 INPUT CONNECTIONS

7 sun --> (Layer1. sun, Layer2. sun, Layer3. sun);

8 OUTPUT EQUIVALENCES

9 o1 := Layer l.o;

10 e1 := Layer l.e;

11 o2 := Layer 2.o;

12 e2 := Layer 2.e;

13 o3 := Layer_3.o;

14 e3 := Layer_3.e;

15 INITIALIZE

16 Layer l.f := 1;

17 Layer 2.f := 0.8;

18 Layer 3.f := 0.6;

19 END OF Lake

Листинг 10.2. Описание модели для компонента Lake

В разделе Input Connection дается описание входных переменных (входных связей), соответствующих сенсорным переменным. Раздел Output

Equivalences содержит описание выходных переменных.