Введение

Компьютерное моделирование стало широко применяться после появления персональных компьютеров с графическим дисплеем, программного обеспечения, сделавших возможным появление современных визуальных инструментов моделирования. Вместе со строгим математическим описанием, позволяющим разрабатывать достаточно полные аналитические и алгоритмические модели, визуальное моделирование предполагает использование графической формы описания модели и зримого представления результатов исследования.

Основным элементом графического представления моделируемой системы в современных средах является структурная схема, построенная из образов отдельных компонентов, соединенных функциональными связями. Для представления результатов используется математическая графика, а также двух- и трехмерная анимация.

Моделирование направлено на решение задач и проведение исследований. При исследовании систем методами системного анализа необходимо построить модель, т.е. реальному объекту ставится в соответствие некоторый математический объект, называемый его моделью. Исследование модели позволяет получить рекомендации относительно поведения реального объекта [1, 2].

Моделирование - это творческий процесс, требующий определенного искусства, математических знаний, практических навыков и умения предвидеть результат исследований, поэтому при решении задач моделирования могут быть получены неоднозначные результаты [2, 3].

Работа проектировщика связана с аналитическим сравнением множества различных вариантов проектируемой системы при заданных ограничениях. Современные инструменты визуального моделирования предоставляют проектировщику новое средство проектирования - виртуальный испытательный стенд, который следует рассматривать, как некоторый специализированный набор программных продуктов для решения задач моделирования. Проектировщик на стенде может проводить эксперименты, используя ту же технологию, что и на обычном испытательном стенде, но значительно быстрее.

В данном пособии не ставится задача обучения конкретным пакетам прикладных программ для решения задач моделирования, например, Matlab-Simulink-Stateflow, UML, Simulink, Stateflow, Model Vision Studium, Modeliсa, AnyLogiс и других.

Одним из современных направлений компьютерного моделирования является объектно-ориентированное моделирование, которое рассматривают как расширение языка проектирования сложных вычислительных систем — Unified Modeling Language (UML) [4].

В пособии излагается материал по дисциплине «Компьютерное моделирование» согласно государственному образовательному стандарту.

В первом разделе изложены основные концепции моделирования. Рассмотрена классификация моделей, тесно связанная с классификацией систем.

Во втором разделе рассмотрены классические схемы моделей в виде аналитического задания: модели в виде дифференциальных уравнений; модели в виде сумм и интегралов свертки; модели на основе передаточных функций; модели в виде конечных автоматов и приведена их алгоритмизация.

В третьем разделе приведено описание стохастических моделей объектов. Рассмотрены способы задания моделей объектов в виде стохастических распределений, классификация стохастических моделей, модели марковских процессов.

Чертвертый раздел позвящет имитационным моделям случайных событий. Формально определены датчики случайных чисел, приведены способы и алгоритмы генерации случайных величин, описано применение проверочных тестов. Рассмотрены алгоритмы имитации марковских процессов.

В пятом разделе приведен материал, связанный с обработкой результатов моделирования на ЭВМ. Рассмотрены тербования к выбору числа реализаций, задачи значимости оценки, формулы и алгоритмы для оценки результатов моделирования.

В шестом разделе приведено аналитическое определение вероятностных автоматов, а также алгоритмы для их имитационного моделирования.

Седьмой раздел посвящен аналитическому моделированию и алгоритмизации систем массового обслуживания.

В восьмом разделе изложены принципы поcтpоения моделиpующиx алгоpитмов процессов функционирования систем.

В девятом и десятом разделах изложены основные сведения об унифицированном языке моделирования UML, об объектно-ориентированном моделировании. За основу взяты материалы работы [4].