2. Методы моделирования систем
2.1. Классификации методов моделирования систем
2.1.1. Проблема принятия решения
Проблема принятия решения «предшествует» классификации методов моделирования систем.
Потребность в термине «проблема принятия решения» возникает тогда, когда для постановки и решения задачи не может быть сразу определен аппарат формализации, необходимые специалисты различных областей знаний.
Постановка задачи становится проблемой, для решения которой нужно разрабатывать специальные подходы, приемы, методы.
Необходимо определить область проблемы принятия решения (проблемную ситуацию); выявить факторы, влияющие на ее решение; подобрать приемы и методы, позволяющие так ставить задачу, чтобы ее решение было достигнуто.
Для принятия решения необходимо получить выражение, связывающее цель со средствами ее достижения. Эти выражения получили названия «критерий, или показатель эффективности», «целевая или критериальная функция», «функция цели» и т. д.
Если удается получить выражение, связывающее цель со средствами, то задача практически всегда решается. Эти выражения могут быть в виде как простых соотношений, так и составных критериев, аддитивного или мультипликативного вида.
Модель формирования критериальной функции, разработанная М.Месаровичем, представлена на рис. 2.1. Эта модель имеет многоуровневое представление типа «слоев».
Получить выражение легко, если известен закон, связывающий цель со средствами.
Если закон неизвестен, то определяют закономерности на основе статистических исследований или эмпирических, экономических и функциональных зависимостей. Если и это трудно сделать, то выбирают или разрабатывают теорию, в которой содержится ряд утверждений и правил, позволяющих сформулировать концепцию и конструировать на ее основе процесс принятия решения.
Если и теории не существует, то выдвигается гипотеза, и на ее основе создаются имитационные модели, с помощью которых исследуются возможные варианты принятия решения.
Рис.2.1
В наиболее общем случае могут учитываться и варьироваться не только компоненты (средства достижения цели) и критерии (отражающие цели и ограничения), но и сами цели, если их первоначальная формулировка не привела к желаемому результату.
При решении задач организации современного производства требуется учитывать большое число факторов различной природы. Один человек не может принять решение о выборе факторов, влияющих на достижение цели.
В формировании и анализе принятия решения должны участвовать коллективы разработчиков, состоящих из специалистов разных областей знаний. Проблема принятия решения становится проблемой коллективного выбора целей, критериев, средств и вариантов достижения целей, т.е. проблемой коллективного принятия решения.
2.1.2. Классификации методов моделирования систем
Постановка задачи связана с переводом ее словесного, или вербального, описания в формальное описание.
Для несложных задач формальная модель имеет вид формулы, которая опирается на фундаментальный закон или эксперимент. Этим доказывается адекватность модели.
Для сложных задач доказательство адекватности усложняется, задача переходит в класс проблем принятия решений. Постановка задачи, формирование модели, становится важной частью процесса принятия решения.
Следует говорить о создании «механизма» моделирования для сложных развивающихся систем.
Формирование «механизмов» или развивающихся моделей является основным предметом системного анализа.
Специальные приемы и методы отражены на рис.2.2.
Рис.2.2
Расположение приемов и методов слева направо произведено в соответствии с особенностями формализации. Справа находятся аналитические методы, основанные на применении в описании аналитических выражений (формул). Слева находятся трудноформализуемые методы, основанные на вербальном описании систем.
Проблема перевода вербального описания в формальное породила появление методов типа «мозговая атака», «сценарии», экспертные оценки, «дерево целей» и прочее.
Наряду с детерминированными, аналитическими методами возникла теория вероятностей и математическая статистика. Для задач с большей неопределенностью применяются теория множеств, математическая логика, теория графов и прочее.
Методы возникали и развивались параллельно.
Системный анализ может один и тот же объект отображать различными классами систем и, соответственно, разными моделями, организуя процесс постепенной формализации задачи.
При исследовании обычно выбирают методы попеременно, из левой и правой частей их расположения (рис. 2.2).
Методы моделирования систем делят на два класса:
- методы формализованного представления систем (МФПС);
- методы, направленные на активизацию использования интуиции и опыта специалистов (МАИС).
На сочетании средств МФПС и МАИС разработаны методы, объединенные в группу, названную специальными методами. Среди них наибольшее распространение получили следующие.
Имитационное динамическое моделирование (System Dynamics Symulation Modeling) предложено Дж. Форрестером (США) в 50-х гг. XX в. [18, 19] и использует структурный язык, позволяющий выражать реальные взаимосвязи, аналитические представления и реализовать моделирование на ЭВМ с применением языка DYNAMO.
Ситуационное моделирование - предложено Д.А.Поспеловым и направлено на отображение в памяти ЭВМ и анализе проблемных ситуаций с помощью специального языка.
Структурно-лингвистическое моделирование - основано на использовании структурных представлений разного рода и средств математической лингвистики (языки, основанные на теоретико-множественных представлениях, на использовании средств математической логики, семиотики).
Теория информационного поля и информационных цепей (информационный подход) - основана на использовании законов диалектики для активизации интуиции ЛПР, аппарата математической теории поля и теории цепей.
Подход, базирующийся на идее постепенной формализации задач с неопределенностью путем поочередного использования средств МАИС и МФПС стал основой всех методик системного анализа.