2.7. Верификация и проверка достоверности схемы программы.

Верификация программы — доказательство того, что поведение программы соответствует спецификации на программу. Эта провер­ка является второй на этапе машинной реализации модели системы. Очевидно, что нет смысла продолжать работу по реализации моде­ли, если нет уверенности в том, что в схеме программы, по которой будет вестись дальнейшее программирование, допущены ошибки, которые делают ее неадекватной логической схеме модели, а следо­вательно, и неадекватной самому объекту моделирования. При этом проводится проверка соответствия каждой операции, пред­ставленной в схеме программы, аналогичной ей операции в логичес­кой схеме модели.

2.8. Проведение программирования модели. При достаточно под­робной схеме программы, которая отражает все операции логичес­кой схемы модели, можно приступить к программированию моде­ли. Если имеется адекватная схема программы, то программирова­ние представляет собой работу только для программиста без уча­стия и помощи со стороны разработчика модели. При использова­нии пакетов прикладных программ моделирования проводится не­посредственная генерация рабочих программ для моделирования конкретного объекта, т. е. программирование модели реализуется в автоматизированном режиме.

2.9. Проверка достоверности программы. Эта последняя проверка на этапе машинной реализации модели, которую необходимо про­водить: а) обратным переводом программы в исходную схему; б) проверкой отдельных частей программы при решении различных тестовых задач; в) объединением всех частей программы и провер­кой ее в целом на контрольном примере моделирования варианта системы S.

На этом подэтапе необходимо также проверить оценки затрат машинного времени на моделирование. Полезно также получить достаточно простую аналитическую аппроксимацию зависимости затрат машинного времени от количества реализаций, что позволит разработчику модели (заказчику) правильно сформулировать тре­бования к точности и достоверности результатов моделирования.

2.10. Составление технической документации по второму этапу. Для завершения этапа машинной реализации модели М_м необходи­мо составить техническую документацию, содержащую: а) логичес­кую схему модели и ее описание; б) адекватную схему программы и принятые обозначения; в) полный текст программы; г) перечень входных и выходных величин с пояснениями; д) инструкцию по работе с программой; е) оценку затрат машинного времени на . моделирование с указанием требуемых ресурсов ЭВМ.

Таким образом, на этом этапе разрабатывается схема модели системы S, проводится ее алгоритмизация и программирование

с использованием конкретных программно-технических средств, т. е. строится машинная модель М_м, с которой предстоит работать для получения необходимых результатов моделирования по оценке характеристик процесса функционирования системы S (задача ана­лиза) или для поиска оптимальных структур, алгоритмов и параме­тров системы 5 (задача синтеза).

Получение и интерпретация результатов моделирования систем

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

Особенности получения результатов моделирования. При реализа­ции моделирующих алгоритмов на ЭВМ вырабатывается информация о состоянии процесса функционирования исследуемых систем. Эта информация является исходным материалом для определения приближенных оценок искомых характеристик, получа­емых в результате машинного эксперимента, т. е. критериев оценки. Критерием оценки будем называть любой количественный показатель, по которому можно судить о результатах моделирования системы. Критериями оценки могут служить показатели, получа­емые на основе процессов, действительно протекающих в системе, или получаемых на основе специально сформированных функций этих процессов.

Подэтапы третьего этапа моделирования. Прежде чем приступить к последнему, третьему, этапу моделирования системы, необходимо для его успешного проведения иметь четкий план действий, сводя­щийся к выполнению следующих основных подэтапов.

3.1. Планирование машинного эксперимента с моделью системы. Перед выполнением рабочих расчетов на ЭВМ должен быть состав­лен план проведения эксперимента с указанием комбинаций пе­ременных и параметров, для которых должно проводиться модели­рование системы S. Планирование машинного эксперимента при­звано дать в итоге максимальный объем необходимой информации об объекте моделирования при минимальных затратах машинных ресурсов. При этом различают стратегическое и тактическое плани­рование машинного эксперимента. При стратегическом планирова­нии эксперимента ставится задача построения оптимального плана эксперимента для достижения цели, поставленной перед моделиро­ванием (например, оптимизация структуры, алгоритмов и парамет­ров системы S, исследуемой методом моделирования на ЭВМ). Тактическое планирование машинного эксперимента преследует частные цели оптимальной реализации каждого конкретного экс­перимента из множества необходимых, заданных при стратегичес­ком планировании (например, решение задачи выбора оптимальных правил остановки при статистическом моделировании системы S на ЭВМ). Для получения наиболее эффективного плана машинного эксперимента необходимо использовать статистические методы.

3.2. Определение требований к вычислительным средствам. Необ­ходимо сформулировать требования по времени использования вы­числительных средств, т. е. составить график работы на одной или нескольких ЭВМ, а также указать те внешние устройства ЭВМ, которые потребуются при моделировании. При этом также рацио­нально оценить, исходя из требуемых ресурсов, возможность ис­пользования для реализации конкретной модели персональной ЭВМ или локальной вычислительной сети.

3.3. Проведение рабочих расчетов. После составления программы модели и плана проведения машинного эксперимента с моделью системы S можно приступить к рабочим расчетам на ЭВМ, которые обычно включают в себя: а)подготовку наборов исходных данных для ввода в ЭВМ; б) проверку исходных данных, подготовленных для ввода; в) проведение расчетов на ЭВМ; г) получение выходных данных, т. е. результатов моделирования.

Проведение машинного моделирования рационально выполнять в два этапа: контрольные, а потом рабочие расчеты. Причем контрольные расчёты выполняются для проверки машинной модели М_м и определения чувствительности результатов к изменению ис­ходных данных.

3.4. Анализ результатов моделирования системы. 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 моделью позволяет вывести необходимое количество выходных данных и определить метод их анализа. При этом необходимо, чтобы на выдавались только те результаты, которые нужны для дальнейшего анализа. Также необ­ходимо полнее использовать возможности ЭВМ с точки зрения обработки результатов моделирования и представления этих ре­зультатов в наиболее наглядном виде. Вычисление статистических характеристик перед выводом результатов из ЭВМ повышает эф­фективность применения машины и сводит к минимуму обработку выходной информации после ее вывода из ЭВМ.

3.5. Представление результатов моделирования. Как уже отмеча­лось, необходимо на третьем этапе моделирования уделить внима­ние форме представления окончательных результатов моделирования в виде таблиц, графиков, диаграмм, схем и т. п. Целесообразно в каждом конкретном случае выбрать наиболее подходящую форму, так как это существенно влияет на эффективность их даль­нейшего употребления заказчиком. В большинстве случаев наиболее простой формой считаются таблицы, хотя графики более наглядно иллюстрируют результаты моделирования системы S. При диало­говых режимах моделирования наиболее рациональными средст­вами оперативного отображения результатов моделирования явля­ются средства мультимедиа технологии.

3.6. Интерпретация результатов моделирования. Получив и про­анализировав результаты моделирования, их нужно интерпретиро­вать по отношению к моделируемому объекту, т. е. системе S. Основное содержание этого подэтапа – переход от информации, полученной в результате машинного эксперимента с моделью М_т к информации применительно к объекту моделирования, на основании которой и будут делаться выводы относительно характеристик процесса функционирования исследуемой системы S.

3.7. Подведение итогов моделирования и выдача рекомендаций. Проведение этого подэтапа тесно связано с предыдущим вторым этапом (см. п. 3.3). При подведении итогов моделирования должны быть отмечены главные особенности, полученные в соответствии с планом эксперимента над моделью М результатов, проведена проверка гипотез и предположений и сделаны выводы на основании этих результатов. Все это позволяет сформулировать рекомендации по практическому использованию результатов моделирования, на­пример на этапе проектирования системы.

3.8. Составление технической документации по третьему этапу. Эта документация должна включать в себя: а) план проведения машинного эксперимента; б) наборы исходных данных для модели­рования; в) результаты моделирования системы; г) анализ и оценку результатов моделирования; д) выводы по полученным результа­там моделирования; указание путей дальнейшего совершенствова­ния машинной модели и возможных областей ее приложения.

Полный комплект документации по моделированию конкретной системы S на ЭВМ должен содержать техническую документацию по каждому из трех рассмотренных этапов.

Таким образом, процесс моделирования системы S сводится к выполнению перечисленных этапов моделирования. На этапе построения концептуальной модели М_х проводится исследование моделируемого объекта, определяются необходимые аппроксимации и строится обобщенная схема модели, которая преобразуется в машинную модель М_м на втором этапе моделирования путем последовательного построения логической схемы модели и схемы программы. На последнем этапе моделирования проводят рабочие расчеты на ЭВМ, получают и интерпретируют результаты модели­рования системы S.

Рассмотренная последовательность этапов и подэтапов отража­ет наиболее общий подход к построению и реализации модели системы 5. В дальнейшем остановимся на наиболее важных состав­ляющих процесса моделирования.