Этапы разработки и исследования моделей на компьютере

Процесс разработки моделей и их исследования на компьютере можно разделить на несколько этапов:

· изначально строится описательная информационная модель, в которой выделяются существенные параметры (свойства) объекта; несущественными пренебрегают.

>> От первого этапа зависит очень многое. Если говорить о БД, то в ER-модели (инфологическая) выделяются свойства; составляется структура и описание. ER-модель - полное описание в первом приближении тех свойств, которые собираемся моделировать со всеми взаимосвязями, с определенной структурой и последовательностью.
Документооборот. Необходимо автоматизировать. Приходит письмо, бумага: секретарь, руководитель, начальник подразделения, руководитель. Все действия и изменения письма должны быть где-то отражены и зарегистрированы. И все это образует инфологическую модель. Наша задача - полностью формализовать данный процесс.
Еще один момент: несущественными пренебрегают, но нельзя ошибиться. Наше "несущественное" может играть какую-нибудь роль. И модель будет неадекватна.

· Строится формализованная модель, то есть описательная информационная модель; представляется и записывается на формальном языке.

В модели формулами, уравнениями, неравенствами описываются формальные соотношения между начальными и конечными значениями характеристик объектов; накладывается ограничение на значения характеристик.
Кроме того, при невозможности подобрать формулы, используются приближенные математические методы для решений тех уравнений, которые составлены.
>> С помощью формул - простота; но если необходимо внести какие-либо изменения (различные исходные данные), чтобы внести изменения в формулу, необходимо все переписывать, что осложняет саму процедуру моделирования.
В описательной же модели, хотя оно не дает точного решения, проще на данном этапе.

· Из формализованной модели получают компьютерную модель, то есть реализуют формализованную модель (на языки программирования). Причем различают два пути построения компьютерной модели:

o построение алгоритма и его кодирование на языке программирования

o использование одного из приложений или пакетов прикладных программ (Excel, Access и т.д.)

В процессе создания компьютерной модели полезно разработать удобный графический интерфейс.
>> На современном этапе интерфейсу уделяется очень много внимания, даже больше, чем он этого заслуживает. Если мы проанализируем возможности ПК, то большая часть используется именно для работы с графикой. В ИИ первое, о чем заговорили, это создание дружественного интерфейса.

· Компьютерный эксперимент. Если компьютерная модель создана в виде программы на языке программирования, ее необходимо запустить для получаения результатов изменения параметров и повторного моделирования. Если модель создана в приложении, данные сортируют, строят диаграмму, графики и т.д. При необходимости моделирование повторяют.

>> Релаизация модели как раз на этом этапе и производится.
При различных исходных данных производится рассчет и в зависимости от этого корректируется модель.
Даже при использовании схемотехнического САПРа (где, помимо синтеза схемы, рассчитывания параметров всех компонентов схемы).

· Анализ результатов и корректировка модели. Корректировка выполняется при отличии результатов исследования информационной модели и параметров реального объекта.

>> Без корректировки не обходится ни один этап моделирования.
Любой шаг должен быть обоснован. К сожалению, ошибки могут быть внесены в модель на каждом из перечисленных пяти этапов.

Во-первых, модель может быть представлена в совершенно общем виде.
На самом деле любой язык (естественный, программирования, описания, технический) имеют общие свойства.

Мы говорили о том, что язык, который представляется в виде грамматики может быть записан с помощью множества символов.

Теория формальных языков. Если говорить о моделировании, то даже такое самое общее описание - есть описание модели. Хотя его и недостаточно для реализации модели. И поэтому необходима детализация, начиная с теоретического и до практического уровня.
Любое моделирование начинается с эксперимента. Таким образом в Декартовой СК имеется несколько экспериментальных точек, по которым необходимо выполнить моделирование - некое описание для представления динамики объекта.
Теория экспериментов. Любой эксперимент должен быть правильно поставлен, поведен, и должна быть правильная выборка. Это целое направление. И если кто будет исследователем, то без знания этой теории мало что можно сделать.
И как составляются модели, и как правильно описывать, формализовать.
Итак, некоторое множество точек, которые могут быть представлены в виде таблицы X, Y.

Далее необходимо сделать описание, некоторое приближение к той функции, которая описывает поведение объекта.

Необходимо выбрать правильный шаг. Будем считать количество точек достаточным.
Приближение, аппроксимация, экстраполяция - соединяем точки прямыми отрезками. Насколько точно мы - это уже другой вопрос. Но говорить, что это единственный и правильный подход - не следует, потому что в точках перегиба однозначно получим неадекватное значение объекта. И это приближение не является точным, адекватным. Потому что есть точки разрыва, которых в реальных системах быть не должно. Y = kX+B, при втором порядке же более адекватная модель, хотя и не такую, как третьей степени.

Полиномы. Для того, чтобы провести некоторый полином через четыре точки, мы должны использовать полином третьей степени. График разбивается на участки. В точках пергиба сплайны обеспечивают плавные переходы.

Как правило, точность, которая обеспечивается данным подходом вполне достаточна.

Тема 3. Методы алгоритмизаци, блок-схемы, языки.