Моделирование, обработка, анализ и интерпретация результатов моделирования

В технологической цепи компьютерного моделирования можно выделить несколько этапов (рис. 19.1).

Моделирование начинается с объекта изучения. На первом этапе формируются законы, управляющие исследованием, происходит отделение информации от реального объекта, формируется существенная информация, отбрасывается несущественная, происходит первый шаг абстракции. Преобразование информации определяется решаемой задачей. Информация, существенная для одной задачи, может оказаться несущественной для другой. Потеря существенной информации приводит к неверному решению или не позволяет вообще получить решение. Учет несущественной информации вызывает излишние сложности, а иногда создает непреодолимые препятствия на пути к решению. Переход от реального объекта к информации о нем осмыслен только тогда, когда поставлена задача. В то же время постановка задачи уточняется по мере изучения объекта. Таким образом, на первом этапе параллельно идут процессы целенаправленного изучения объекта и уточнения задачи. Также на этом этапе информация об объекте подготавливается к обработке на компьютере. Строится так называемая формальная модель явления, которая содержит:

¦ набор постоянных величин, констант, которые характеризуют моделируемый объект в целом и его составные части, называемых статистическим или постоянными параметрами модели;

¦ набор переменных величин, меняя значение которых можно управлять поведением модели, называемых динамическими или управляющими параметрами;

¦ формулы и алгоритмы, связывающие величины в каждом из состояний моделируемого объекта;

¦ формулы и алгоритмы, описывающие процесс смены состояний моделируемого объекта.

На втором этапе формальная модель реализуется на компьютере, выбираются подходящие программные средства д ля этого, строится.

Рис. 19.1. Этапы компьютерного моделирования алгоритм решения проблемы, пишется программа, реализующая этот алгоритм, затем написанная программа отлаживается и тестируется на специально подготовленных тестовых моделях. Тестирование — это процесс исполнения программы с целью выявления ошибок. Подбор тестовой модели — своего рода искусство, хотя для этого разработаны и успешно применяются некоторые основные принципы тестирования. Тестирование — процесс деструктивный, поэтому считается, что тест удачный, если обнаружена ошибка. Проверить компьютерную модель на соответствие оригиналу, выявить, насколько хорошо или плохо отражает модель основные свойства объекта, часто удается с помощью простых модельных примеров, когда результат моделирования известен заранее.

На третьем этапе, работая с компьютерной моделью, осуществляют непосредственно вычислительный эксперимент. Исследуют, как поведет себя модель в том или ином случае, при тех или иных наборах динамических параметров, пытаются прогнозировать или оптимизировать что-либо в зависимости от поставленной задачи.

Результатом компьютерного эксперимента является информационная модель явления в виде графиков, зависимостей одних параметров от других, диаграмм, таблиц, демонстрации явления в реальном или виртуальном времени и т. п.