Имитационное моделирование

Потребность в долгосрочном прогнозировании поведения сложных экологических систем вызвала создание третьего типа математического моделирования – имитационного, вобравшего в себя идеи первого типа и опыт построения второго типа моделей.

Имитационная модель – это компьютерная программа, которая описывает структуру и воспроизводит поведение реальной системы во времени. Имитационная модель позволяет получать подробную статистику о различных аспектах функционирования системы в зависимости от входных данных. Имитационное моделирование – разработка компьютерных моделей и постановка экспериментов на них. Целью моделирования в конечном счете является принятие обоснованных, целесообразных управленческих решений. Имитационное моделированиереализуется с помощью математических инструментальных средств, специальных компьютерных программ и приемов, которые позволяют с помощью компьютера провести целенаправленное моделирование в режиме «имитации» структуры и функций сложного процесса и оптимизацию некоторых его параметров.

Имитационныйхарактер исследования предполагает наличие логико или логико-математических моделей, описываемых изучаемый процесс (систему). При имитационном моделировании происходит запуск в компьютере взаимодействующих вычислительных процессов, которые являются по своим временным параметрам аналогами исследуемых процессов. Имитация позволяет воссоздавать причинно-следственные связи экологических явлений и процессов, предоставляя возможность не только теоретически изучать поведение сложных экосистем, но и исследовать альтернативные стратегии управления экологической ситуацией. При отсутствии точных формальных правил, создаваемая модель не является единственной даже при одинаковых исходных данных.

Как отмечают ведущие специалисты по имитационному моделированию сложных экологических систем, разработка самой модели – только первый шаг. Не менее важным является организация комплекса программ, реализующих модель, структуру и механизм проведения машинных экспериментов. Поэтому правильнее говорить об имитационной системе: человеко-машинной системе, обеспечивающей проведение имитационных экспериментов в режиме диалога.

Назовем основные этапы создания имитационной системы:

1) формулирование задач изучения экологической системы и определение вектора состояния системы;

2) введение системного времени (временного шага), моделирующего ход времени в реальной экосистеме;

3) декомпозиция объекта исследования и построение блочной конструкции имитационной системы;

4) формирование законов и правдоподобных гипотез функционирования экосистемы в целом и по блокам;

5) разработка программ, реализующих блочные составляющие;

6) верификация блоков по фактическим (опытным) данным;

7) объединение блоков на базе стандартного или специально разработанного математического обеспечения;

8) верификация модели в целом и проверка ее адекватности с учетом мнении специалистов-экспертов;

9) планирование математических экспериментов;

10) анализ результатов машинного экспериментирования с пополнением исходного байка данных