И. И. Раскина, Н. А. Курганова

Решение прикладных задач средствами компьютерного моделирования

Учебно-методическое пособие

ОМСК 2011

И. И. Раскина, Н. А. Курганова. Решение прикладных задач средствами компьютерного моделирования: Учебно-методическое пособие. – Омск: Изд-во ОмГПУ, 2011, с. 

ISBN

Учебно-методическое пособие составлено с учетом современных требований к подготовке студентов, обучающихся по специальности «Информатика», материалы используются авторами в преподавании курсов «Компьютерное моделирование» на различных специальностях. В работе представлен теоретический материал, необходимый для освоения имитационного моделирования дискретных и непрерывных динамических систем, подкрепленный примерами решения разнотипных задач с применением инструментальных средств моделирования. Каждый раздел содержит задания для самостоятельного выполнения, а также лабораторный практикум. Для реализации непрерывных моделей используется язык MVS, для дискретных – GPSS.

Учебный материал, представленный в пособии, может быть использован учителями информатики средних учебных заведений для организации элективных курсов, факультативных занятий.

Рецензенты: Когут А.Т., д.т.н, профессор ОмГУПС;

Котенко В.В., к.п.н., доцент кафедры Информатики и вычислительной техники ОмГПУ

ISBN

© Раскина И.И., Курганова Н.А., 2011 г.

Содержание

Введение 5

1. Компьютерные модели и моделирование 7

1.1. Моделирование как метод познания. Понятие модели и моделирования 7

1.2. Классификация моделей и моделирования 10

1.3 Понятие формализации 11

1.4. Основные этапы построения моделей 13

1.5. Компьютерные модели и моделирование 14

2. Имитационное моделирование непрерывных динамических систем 20

2.1. Программное обеспечение для моделирования непрерывных динамических систем 20

2.2. Основные сведения о MVS 21

2.3. Общая схема моделирования в среде MVS на примере модели «Хищник-жертва» предметной области «Биология» 30

2.4. Задания на моделирование процессов из различных предметных областей в среде MVS. 44

2.5. Модели для самостоятельного исследования 60

3. Имитационное моделирование дискретных динамических систем 62

3.1. Программное обеспечение для моделирования дискретных динамических систем 62

3.2. Система имитационного моделирования GPSS 65

3.3. Задания для самопроверки 134

3.4. Лабораторный практикум 139

3.5. Варианты заданий для моделирования [33] 159

4. Приложения 179

Приложение 1 179

Приложение 2 180

Приложение 3 181

Приложение 4 184

Приложение 5 185

Приложение 6 186

5. Список литературы 189

Введение

Интенсивное внедрение информационных технологий во все сферы человеческой деятельности неразрывно связано с развитием компьютерного моделирования, как одного из мощнейших способов познания окружающей действительности.

Моделирование составляет неотъемлемую часть современной фундаментальной и прикладной науки, по важности оно приближается к традиционным экспериментальным и теоретическим методам. По мнению академика А.А.Самарского, «технические, экологические, экономические и иные системы, изучаемые современной наукой, больше не поддаются исследованию (в нужной полноте и точности) обычными теоретическими методами. Прямой натурный эксперимент над ними долог, дорог, часто либо опасен, либо попросту невозможен, т.к. многие из этих систем существуют в единственном экземпляре. Цена ошибок и просчетов в обращении с ними недопустимо высока» [32].

Возможности компьютерного моделирования многообразны как по используемым формальным моделям, так и по способам реализации методов моделирования. Существенное значение имеет и технологическое развитие систем моделирования, которые на сегодняшний день являются мощным аналитическим средством, вобравшим в себя весь арсенал новейших информационных технологий, включая развитые графические оболочки для целей конструирования моделей и интерпретации выходных результатов моделирования, мультимедийные средства и видео, поддерживающие анимацию в реальном масштабе времени, объектно-ориентированное программирование, Internet – решения и др.

Целью данного методического пособия является освоение студентами современной методологии и технологии компьютерного моделирования на примере построения имитационных моделей непрерывных и дискретных динамических систем различной природы, а также комплексное применение полученных знаний по моделированию и современным инструментальным средствам автоматизации моделирования

Настоящее учебное пособие разработано в соответствии с требованиями Государственного образовательного стандарта высшего профессионального образования по специальности «05202.65 – Информатика» к подготовке и осуществлению профессиональной деятельности.

Одним из важнейших видов компьютерного моделирования является имитационное моделирование, при котором логико-математическая модель исследуемого объекта представляет собой алгоритм функционирования объекта, реализованный в виде программного комплекса для компьютера.

В пособии рассматриваются методологические и практические вопросы создания и использования имитационных моделей их различных областей знания. Изучаются способы описания и формализации моделируемых систем, этапы и технология построения и использования имитационных моделей, вопросы организации целенаправленных экспериментальных исследований на имитационных моделях.

Для построения имитационных моделей непрерывных динамических систем используется инструментальная среда имитационного моделирования MVS (Model Vision Stadium). Дискретные динамические системы, которые могут быть формализованы, например, в виде систем массового обслуживания, реализуются при помощи языка имитационного моделирования GPSS (General Purpose Simulating System - общецелевая система моделирования).

Система заданий для самопроверки и лабораторный практикум дают возможность студентам освоить основные понятия моделирования и научиться применять полученные знания к решению практических задач из различных областей знания.