Серия внутривузовских методических указанийСибАДИ

Министерство науки и высшего образования Российской Федерации Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования

«Сибирский государственный автомобильно-дорожный университет (СибАДИ)» Кафедра «Прикладная информатика в экономике»

КОМПЬЮТЕРНОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ

Методическиеуказания

Составитель: С.Ю.Пестова, А.В.Козлова

Омск 2018

Рецензент

Доктор технических наук В.А Мещеряков (Проректор по информационным технологиям ФГБОУ ВО СибАДИ.)

Работа утверждена редакционно-издательским советом университета в качестве методических указаний.

К63 Компьютерное моделирование [Электронный ресурс] : методические указания / сост. : С.Ю. Пестова, А.В. Козлова. – (Серия внутривузовских методических указаний СибАДИ). – Электрон. дан. – Омск : СибАДИ, 2018. – Режим доступа:…..……………………………………….., свободный после авторизации. – Загл. с экрана.

По темам изложен материал, необходимый для выполнения практических, лабораторных и контрольных работ, дана рекомендуемая литература и перечень дополнительных ресурсов, необходимых для освоения дисциплины «Компьютерное моделирование». Для самостоятельной подготовки к промежуточной аттестации сформированы вопросы и типовые тесты.

Имеется интерактивное оглавление в виде закладок.

Методические указания предназначены для магистрантов направления 09.04.01 «Информатика и вычислительная техника» и 09.03.03 и бакалавров «Прикладная информатика». Также могут быть использованы как дополнительный учебный материал в различных информационных дисциплинах для формирования профессиональных компетенций.

Текстовое (символьное) издание

Системные требования: Intel, 3,4 GHz; 150 Мб; Windows XP/Vista/7; DVD-ROM; 1 Гб свободного места на жестком диске; программа для чтения pdf-файлов:

Adobe Acrobat Reader; Foxit Reader

Издание первое. Дата подписания к использованию 21.12.2018 Издательско-полиграфический комплекс СибАДИ. 644080, г. Омск, пр. Мира, 5

РИО ИПК СибАДИ. 644080, г. Омск, ул. 2-я Поселковая, 1

© ФГБОУ ВО «СибАДИ», 2018

СОДЕРЖАНИЕ

1.ТЕОРЕТИЧЕСКИЙ МАТЕРИАЛ К ЛАБОРАТОРНЫМ РАБОТАМ И

ВВЕДЕНИЕ

Компьютерное моделирование является одной из передовых и перспективных сфер ИТ. Методология компьютерного моделирования пользуется спросом во всех областях . Необходимость изучения данной дисциплины обусловлена научно - техническим прогрессом и глобальной технологизацией.

Для освоения дисциплины «Компьютерное моделирование» необходимы знания, полученные при изучении следующих дисциплин:

−«Моделирование прикладных информационных систем».

−«Распределенные информационные системы».

Целью освоения учебной дисциплины «Компьютерное моделирование» является ознакомление студентов с основными методами решения задач на основе компьютерного моделирования, получение навыков создания моделей систем различного назначения, изучение методов планирования экспериментов, применение полученных знаний при создании и проведении экспериментов с моделями систем различной сложности.

Для достижения цели дисциплина призвана решить задачи, связанные с теоретическими и прикладными аспектами создания компьютерных моделей, методов планирования и проведения экспериментов над моделями различных систем производственных и экономических процессов.

Практические и лабораторные работы помогут студентам приобрести навыки построения компьютерных моделей.Приобретенные навыки будут актуальны для прохождения практик и написания выпускной квалификационной работы (магистерской диссертации).

В результате изучения дисциплины студент должен знать: основы компьютерного и математического моделирования, необходимые для создания прикладных программ, как планировать и проводить исследования моделей систем различной сложности; обрабатывать результаты экспериментов, применять методы математического анализа и моделирования для развития моделей, методы разработки моделей, сбора и обработки результатов, необходимые для профессиональной деятельности, методы компьютерного моделирования, теоретического и экспериментального исследования и навыки их практического применения.

1. ТЕОРЕТИЧЕСКИЙ МАТЕРИАЛ К ЛАБОРАТОРНЫМ РАБОТАМ И КОНТРОЛЬНЫМ ЗАДАНИЯМ

1.1. Моделирование как метод познания

Вопросы для рассмотрения: Основные понятия; особенности разработки систем и использования моделей; принцип системного подхода; общая характеристика проблемы; классификация видов моделирования систем; обеспечение и эффективность машинного моделирования. Компьютерная модель. Применение компьютерного моделирования.

Рекомендуемая литература: 1.

Перечень дополнительных ресурсов: 3, перечень ресурсов в сети Интернет.

Наименование вида самостоятельной работы: изучение литературы, выполнение тестовых заданий, подготовка к практическим занятиям; выполнение контрольной работы.

Любой аналог (образ) какого-либо объекта, процесса или явления, используемый в качестве заменителя (представителя) оригинала, называется моделью (от лат. modulus — образец).

Каждый объект имеет большое количество различных свойств. В процессе построения модели выделяются главные, наиболее существенные, свойства. Так, модель самолета должна иметь геометрическое подобие оригиналу, модель атома — правильно отражать физические взаимодействия, архитектурный макет города – ландшафт и т.д. Признак или величина, которые характеризуют какоелибо свойство объекта и могут принимать различные значения, называются параметрами модели.

Модель воспроизводит в специально оговоренном виде строение и свойства исследуемого объекта. Исследуемый объект, по отношению к которому изготавливается модель, называется оригиналом, образцом, прототипом.

Модель — это некий новый объект, который отражает существенные особенности изучаемого объекта, явления или процесса.

Общие свойства моделей:

1) адекватность – это степень соответствия модели тому реальному явлению (объекту, процессу), для описания которого она строится;

2)конечность – модель отображает оригинал лишь в конечном числе его отношений и, кроме того, ресурсы моделирования конечны;

3)упрощенность - модель отображает только существенные стороны объекта,

4)полнота – учтены все необходимые свойства;

5)приблизительность - действительность отображается моделью грубо или приблизительно;

6)информативность - модель должна содержать достаточную информацию о системе - в рамках гипотез, принятых при построении модели;

7)потенциальность - предсказуемость модели и еѐ свойств. Исследование объектов, процессов или явлений путем

построения и изучения их моделей для определения или уточнения характеристик оригинала называется моделированием.

Моделирование — это метод познания, состоящий в создании и исследовании моделей. Теория замещения объектов-оригиналов объектом-моделью называется теорией моделирования.

Основными этапами моделирования являются:

1)постановка задачи;

2)разработка модели, анализ и исследование задачи;

3)компьютерный (натурный, физический) эксперимент;

4)анализ результатов моделирования.

На этапе разработки модели осуществляется построение информационной модели, то есть формирование представления об элементах, составляющих исходный объект. Если результаты моделирования подтверждаются и могут служить основой для прогнозирования поведения исследуемых объектов, то говорят, что модель адекватна объекту. Степень адекватности зависит от цели и критериев моделирования.

1.2. Процесс создания моделей

Вопросы для рассмотрения: Функциональные, структурные, динамические модели. Создание двух взаимосвязанных моделей. Автоматизированное конструирование моделей бизнес-процессов.

Рекомендуемая литература: 1.

Перечень дополнительных ресурсов: 1, 2, 3, перечень ресурсов в сети Интернет.

Наименование вида самостоятельной работы: изучение ли-

тературы, выполнение тестовых заданий, подготовка к практическим занятиям; выполнение контрольной работы.

В процессе создания модели в виде многоуровневой стохастической сети экономисту-исследователю не всегда понятно, каким образом выделять и детализировать процессы, включаемые в качестве узлов в состав модели.

Главной задачей компьютерного моделирования выступает построение информационной модели объекта, явления.

Самое главное и сложное в компьютерном моделировании - это построение или выбор той или иной модели.

При построении компьютерной модели используют системный подход. Некоторые характеристики моделей являются неизменными, не меняют своих значений, а некоторые изменяются по определенным законам. Если состояние системы меняется со временем, то модели называют динамическими, в противном случае - статическими.

При построении моделей используют два принципа: дедуктивный (от общего к частному) и индуктивный (от частного к общему).

При первом подходе рассматривается частный случай общеизвестной фундаментальной модели. Здесь при заданных предположениях известная модель приспосабливается к условиям моделируемого объекта. Например, можно построить модель свободно падающего тела на основе известного закона Ньютона ma=mg-Fсопр. и в качестве допустимого приближения принять модель равноускоренного движения для малого промежутка времени.

Второй способ предполагает выдвижение гипотез, декомпозицию сложного объекта, анализ, затем синтез. Здесь широко используется подобие, аналогичное моделирование, умозаключение с целью формирования каких-либо закономерностей в виде предположений о поведении системы. Например, подобным способом происходит моделирование строения атома. Вспомним модели Томсона, Резерфорда, Бора.

Существуют два принципиально различных пути построения компьютерной модели:

1)построение алгоритма решения задачи и его кодирование на одном из языков программирования;

2)построение компьютерной модели с использованием одного из приложений (электронных таблиц, СУБД, пр.).