Алгоритмизация моделей систем и их машинная реализация

Основным назначением этапа алгоритмизации модели системы и ее машинной реализации является практическое воплощение формализованной концептуальной, т.е. математической модели системы, полученной на первом этапе моделирования, в ее конкретную машинную модель. Процесс функционирования системы S можно рассматривать как последовательную смену ее состояний в k-мерном пространстве. Очевидно, что задачей моделирования является построение функций z, на основании которых можно провести вычисление интересующих исследователя характеристик функционирования системы. Для этого должны иметься соотношения, связывающие функции z с переменными, параметрами и временем, а также начальные условия .

Наиболее универсальным методом, позволяющим определить последовательные состояния процесса функционирования системы, является моделирование ее характеристик через заданные интервалы времени, так называемый принцип Dt. Однако он часто оказывается не экономичным с точки зрения машинного времени. При рассмотрении процессов функционирования некоторых систем можно обнаружить, что для них характерны два типа состояний. Во-первых, особые, присущие процессу в некоторые моменты времени, которые характерны скачкообразными изменениями координат z_i(t). Во-вторых, неособые состояния, в которых процесс находится все остальное время, для которых z_i(t) изменяются плавно и непрерывно или не изменяются совсем. Таким образом, следя только за особыми состояниями системы, можно получать основную информацию, необходимую для построения всего множества z_i(t). Подобный метод называется принципом особых состояний или принципом dz.

Весьма удобной формой представления логической структуры моделей процессов функционирования систем и машинных программ является схема. На различных этапах моделирования составляются обобщенные и детальные логические схемы, а также схемы программ. Требования к оформлению подобных схемы оговорены ГОСТ 19.701-90, входящим в состав Единой системы программной документации. Кроме того, могут использоваться и другие формы представления моделирующих алгоритмов, например граф-схемы или операторные схемы.

Рассмотрим подэтапы второго этапа моделирования.

1.12. Построение логической схемы модели. Рекомендуется использовать блочный принцип со всеми его особенностями, описанными ранее.

1.13. Получение математических соотношений. Схема машинной модели должна представлять собой полное отражение заложенной в модели концепции и иметь: описание всех блоков модели с их наименованиями; единую систему обозначений и нумерацию блоков; отражение логики процесса функционирования системы; задание математических соотношений в явном виде.

1.14. Проверка достоверности модели. Является первой из ряда проверок, выполняемых на этапе реализации модели, дающей ответ на вопросы: возможности решения поставленной задачи; точности отражения замысла в логической схеме; полноте логической схемы модели; правильности используемых математических соотношений.

1.15. Выбор инструментальных средств для моделирования. Сводится к обеспечению следующих условий: наличия необходимых программных и технических средств; доступности выбранной ЭВМ для разработчика модели; обеспечения всех этапов реализации модели; возможности своевременного получения результатов.

1.16. Составление плана работ по программированию. План должен включать: выбор языка программирования; указание типа ЭВМ и необходимых для моделирования устройств; оценку примерного объема необходимой оперативной и внешней памяти; предполагаемые затраты на программирование и отладку программы.

1.17. Спецификация и построение схемы программы. Схема должна отражать: разбиение модели на блоки и подблоки; особенности программирования модели; проведение необходимых изменений; возможности тестирования программы; оценку затрат машинного времени; форму представления входных и выходных данных.

1.18. Верификация и проверка достоверности программы. Верификация программы – доказательство того, что поведение программы соответствует ее спецификации. При этом проводится проверка соответствия каждой операции, представленной в схеме программы, аналогичной ей операции в логической схеме модели.

1.19. Проведение программирования модели. Проводится непосредственная генерация рабочих программ для моделирования конкретного объекта.

1.20. Проверка достоверности программы. Является последней из ряда проверок реализации модели, которую необходимо проводить: обратным переводом программы в исходную схему; проверкой отдельных частей программы при решении различных тестовых задач; объединением всех частей программы и проверкой ее в целом на контрольном примере моделирования варианта системы.

1.21. Составление технической документации по второму этапу. Техническая включает в себя: логическую схему модели и ее описание; адекватную схему программы и принятые обозначения; полный текст программы; перечень входных и выходных величин с пояснениями; инструкцию по работе с программой; оценку затрат машинного времени на моделирование с указанием требуемых ресурсов ЭВМ.