Моделирующие алгоритмы

Удобной формой представления логической структуры моделей процессов функционирования систем и их компьютерной реализации является схема. На различных этапах моделирования составляются обобщенные и детальные логические схемы моделирующих алгоритмов, а также схемы программ.

Обобщенная (укрупненная) схема моделирующего алгоритмазадает общий порядок действий при моделировании системы без каких-либо уточняющих деталей. Обобщенная схема показывает, что необходимо выполнить на очередном шаге моделирования, например обратиться к датчику случайных чисел.

Детальная схема моделирующего алгоритмасодержит уточнения, отсутствующие в обобщенной схеме. Детальная схема показывает не только, что следует выполнить на очередном шаге моделирования системы, но и как это выполнить.

Логическая схема моделирующего алгоритмапредставляет собой логическую структуру модели процесса функционирования системыS.Логическая схема указывает упорядоченную во времени последовательность логических операций, связанных с решением задачи моделирования.

Схема программыотображает порядок программной реализации моделирующего алгоритма с использованием конкретного математического обеспечения. Схема программы представляет собой интерпретацию логической схемы моделирующего алгоритма разработчиком программы на базе конкретного алгоритмического языка. Различие между этими схемами заключается в том, что логическая схема отражает логическую структуру модели процесса функционирования системы, а схема программы — логику машинной реализации модели с использованием конкретных программно-технических средств моделирования.

Получение и интерпретация результатов моделирования

На этапе получения и интерпретации результатов моделирования ЭВМ используется для проведения рабочих расчетов по составленной и реализованной программно модели. Результаты этих расчетов позволяют проанализировать и сформулировать выводы о характеристиках процесса функционирования моделируемой системы S.

При реализации моделирующих алгоритмов на ЭВМ вырабатывается информация о состояниях процесса функционирования исследуемых систем. Эта информация является исходным материалом для определения приближенных оценок искомых характеристик, получаемых в результате машинного эксперимента, т. е. критериев оценки. Критерий оценки– любой количественный показатель, по которому можно судить о результатах моделирования системы [3]. Критериями оценки могут служить показатели, получаемые на основе процессов, действительно протекающих в системе, или получаемых на основе специально сформированных функций этих процессов [1, 3, 17].

Чтобы эффективно проанализировать выходные данные, полученные в результате расчетов на ЭВМ, необходимо знать, что делать с результатами рабочих расчетов и как их интерпретировать. Эти задачи могут быть решены на основании предварительного анализа на двух первых этапах моделирования системы S.Планирование машинного эксперимента с модельюМпозволяет вывести необходимое количество выходных данных и определить метод их анализа.

Использование объектно-ориентированного подхода при моделировании хтп

Известно, что средний человек может одновременно воспринимать адекватно 7 2 единицы информации. Поэтому при моделировании и разработке программного обеспечения для описания модели требуется минимизировать количество видимых компонент. Существует несколько довольно эффективных подходов декомпозиции, т.е. разбиения большой задачи на меньшие подзадачи: модульный подход; алгоритмизация методом ”сверху вниз”; использование структурной декомпозиции. Методы, основанные на этих подходах, имеют общую черту: в них данные и методы существуют отдельно друг от друга.

В результате многолетних исследований был разработан и опробован так называемый объектно-ориентированный подход(ООП). Одно из основных преимуществ этого подхода по сравнению с более ранними методами построения программных систем — тесная связь данных и работающего с ними алгоритма.

Вместе с развитием объектно-ориентированного программирования стали развиваться и общие объектно-ориентированные методы разработки программного обеспечения. Основной задачей этапов разработки программного обеспечения (моделирования и описание предполагаемой системы), предшествующих непосредственному программированию, является спецификация предметной области в терминах, удобных для дальнейшего применения в процессе разработки. Таким образом, осуществляется перевод информации из того вида, в котором она существует в сознании специалистов предметной области на язык программистов.

ООП ‑ наиболее подходящее средство для реализации блочных принципов построения моделей. В последнее время моделирование ХТП требует реализации модели в компьютерном виде, т.е. создания программного обеспечения готового к взаимодействию с пользователем. Соответственно, программное обеспечение, реализующее модель на основе объектно-ориентированного подхода, должно быть спроектировано и реализовано на языке поддерживающем ООП. В течение последних нескольких лет при поддержке OMG (Object Management Group) специалистами ряда известных фирм разрабатывался Унифицированный Язык Моделирования (Unified Modeling Language — UML [21]), который предоставляет объектно-ориентированный метод разработки программного обеспечения с поддержанием объектно-ориентированной реализации.

Описание объектно-ориентированных методологий, которые были положены в основу UML, содержится в публикациях [22-24]. Публикация [23] есть описание методологии OMT (Object Modeling Technology). На настоящий момент существует много CASE-средств, в той или иной степени поддерживающих ее. До UML эта методология была одной из самых распространенных. Работа [24] содержит описание OOSE — объектно-ориентированного подхода к созданию программных систем, основанного на модели случаев использования (use case driven approach), она является систематизацией более чем 20-летнего опыта в области создания больших систем. Модель случаев использования и многое, с ней связанное, вошли в UML.

Публикации [21, 25] являются основными документами по UML. В них описывается метамодель UML и семантика конструкций. Но поскольку UML сам не описывает процесса разработки программного обеспечения (см. [26]), то смысл многих конструкций непонятен. Все эти документы доступны на web-узлах OMG и Rational Corp. В данной работе также использованы материалы новой предварительной версии UML [27].

Поскольку официальная документация по UML затруднительна для понимания, выходит много книг, описывающих его с разными акцентами. Отметим книги, написанные главными авторами UML: Г.Бучем, И.Джекобсоном, Д.Рэмбо, это публикации [28-30]. В первой дается детальная информация об использовании UML; она покрывает около 80% языка. Применение UML здесь описывается на большом количестве примеров. В книге [29] дается описание процесса объектно-ориентированной разработки программного обеспечения. Публикация [30]— справочник по UML, охватывающий весь язык. В книге [31], написанной сотрудником фирмы i-Logix Брюсом Дугласом, содержится описание UML в контексте разработки систем реального времени.

Еще одним источником информации по UML являются материалы, выпускаемые компанией Rational Software Corp. Это прежде всего огромная база данных RUP, которая содержит более 1000 статей, посвященных в том числе и UML и его практическому использованию. В [32] описывается пример разработки программной системы (регистрация студентов на посещение учебных курсов) с использованием Rational Rose, реализующего подмножество UML (анализ и проектирование).