Co je simulační model?

Článek bude hovořit o simulačních modelech. Toto je poměrně složité téma, které vyžaduje samostatnou úvahu. Proto se pokusíme tuto otázku vysvětlit v přístupném jazyce.

Simulační modely

O čem to jde? Za prvé, simulační modely jsou potřebné k reprodukci všech vlastností komplexního systému, v němž se elementy vzájemně ovlivňují. Kromě toho má takové modelování řadu funkcí.

Nejprve je to objekt modelování, který nejčastěji představuje komplexní komplexní systém. Za druhé jsou to náhodné faktory, které jsou vždy přítomné a mají určitý dopad na systém. Zatřetí, je třeba popsat komplexní a zdlouhavý proces, který je pozorován v důsledku modelování. Čtvrtým faktorem je, že bez použití výpočetní techniky k dosažení požadovaných výsledků je nemožné.

Vývoj simulačního modelu

Spočívá v tom, že každý objekt má určitý soubor vlastností. Všechny jsou uloženy v počítači pomocí speciálních tabulek. Interakce hodnot a indikátorů je vždy popsána pomocí algoritmu.

Zvláštností a krásou modelování je, že každá fáze je postupná a hladká, což umožňuje postupně měnit charakteristiky a parametry a získat různé výsledky. Program, který zahrnuje simulační modely, zobrazuje informace o získaných výsledcích na základě určitých změn. Často se používá grafické nebo animované znázornění, což velmi zjednodušuje vnímání a porozumění mnoha složitým procesům, které jsou obtížně realizovatelné v algoritmické podobě.

Determinismus

Imitační matematické modely jsou založeny na tom, že kopírují kvalitu a vlastnosti některých reálných systémů. Zvažte příklad, kdy je třeba prověřit počet a dynamiku počtu určitých organismů. Chcete-li to provést pomocí modelování, můžete samostatně zvážit každý organismus, aby bylo možné konkrétně analyzovat jeho ukazatele. V tomto případě jsou podmínky nejčastěji verbálně nastaveny. Například po určité době můžete nastavit reprodukci těla a po delší době - ​​jeho smrt. Plnění všech těchto podmínek je možné v simulačním modelu.

Velmi často jsou uvedeny příklady modelování pohybu molekul plynu, neboť je známo, že se pohybují nepravidelně. Můžete studovat interakci molekul se stěnami nádoby nebo mezi sebou a popisovat výsledky ve formě algoritmu. To nám umožní získat průměrné vlastnosti celého systému a provést analýzu. Mělo by být zřejmé, že takový počítačový experiment může být ve skutečnosti nazýván skutečným, protože všechny vlastnosti jsou modelovány velmi přesně. Jaký je však význam tohoto procesu?

Faktem je, že simulační model umožňuje vybrat konkrétní a čisté charakteristiky a ukazatele. Zdá se, že se zbavuje náhodných, zbytečných a řady dalších faktorů, o kterých výzkumníci možná ani nehádají. Všimněte si, že velmi často je odhodlání a matematické modelování podobné, pokud se v důsledku toho nevytvoří samostatná akční strategie. Příklady, které jsme diskutovali výše, se týkají deterministických systémů. Odlišují se tím, že nemají žádné pravděpodobné prvky.

Náhodné procesy

Jméno je velmi snadné pochopit, pokud kreslíte paralelu z běžného života. Například, když stojíte v řadě v obchodě, který se zavře po 5 minutách, a přemýšlel, jestli to dokážete. Také se může projevit náhoda, když někoho zavoláte a započítáte pípnutí a přemýšlejte, s jakou pravděpodobností se dostanete. To se může zdát překvapivé pro některé, ale díky tak jednoduchým příkladům se nejstarší odvětví matematiky, jmenovitě teorie čekání, narodilo na počátku minulého století. Používá statistiku a teorii pravděpodobnosti, aby vyvodila některé závěry. Později vědci prokázali, že tato teorie je velmi úzce spojena s vojenskými záležitostmi, ekonomikou, výrobou, ekologií, biologií atd.

Metoda Monte Carlo

Důležitou metodou pro řešení problému samoobsluhy je statistická zkušební metoda nebo metoda Monte Carlo. Všimněte si, že možnosti analýzy analytických náhodných procesů jsou poměrně složité a metoda Monte Carlo je velmi jednoduchá a univerzální, což je její hlavní rys. Můžeme uvažovat o příkladu obchodu, ve kterém vstoupí jeden nebo několik zákazníků, příchod pacientů do traumatologického centra pro jeden nebo celý dav atd. Zároveň chápeme, že jsou to náhodné procesy a intervaly mezi jednotlivými akcemi jsou nezávislé události, které jsou distribuovány podle zákonů, které lze odvodit až po velkém počtu pozorování. Někdy to není možné, takže průměr je přijat. Jaký je však účel modelování náhodných procesů?

Faktem je, že vám umožňuje získat odpovědi na mnoho otázek. To je triviální výpočet toho, kolik člověk bude muset stát ve frontě při zvažování všech okolností. Zdá se, že je to poměrně jednoduchý příklad, ale je to jen první úroveň a může jít o mnoho takových situací. Někdy je načasování velmi důležité.

Můžete také položit otázku, jak můžete přidělit čas při čekání na službu. Ještě složitější otázka se týká toho, jak by se měly vztahovat parametry, takže fronta nikdy nedosáhne nově zadaného zákazníka. Zdá se, že je to poměrně snadná otázka, ale pokud o tom přemýšlíte a začnete alespoň trochu komplikovanější, bude zřejmé, že odpověď není tak snadná.

Proces

Jak se děje náhodné modelování? Používají se matematické vzorce, a to zákony distribuce náhodných proměnných. Používají se také číselné konstanty. Všimněte si, že v tomto případě není třeba se uchýlit k žádným rovnicím používaným v analytických metodách. V tomto případě se odehrává jen napodobování stejné fronty, o níž jsme hovořili výše. Pouze nejprve se používají programy, které mohou generovat náhodné čísla a souviset s daným distribučním právem. Poté se provádí statistické zpracování získaných hodnot, které analyzuje data o předmětu, ať odpovídají původnímu účelu simulace. Pokračujeme dále, řekněme, že je možné najít optimální počet lidí, kteří budou pracovat v obchodě, aby fronta nikdy nevznikla. V tomto případě je matematickým přístrojem použitým v tomto případě metody matematické statistiky.

Vzdělávání

Malá pozornost je věnována analýze modelů simulace ve školách. Bohužel to může mít vliv na budoucnost zcela vážně. Děti by měly znát některé základní principy modelování ze školy, protože vývoj tohoto moderního světa je bez tohoto procesu nemožný. V základním kurzu informatiky mohou děti snadno použít simulační model života.

Důkladnější studium může být vyučováno na střední škole nebo ve specializovaných školách. Především je nutné studovat simulační modelování náhodných procesů. Pamatujte, že v ruských školách se takový koncept a metody teprve začínají zavádět, takže je velmi důležité udržet úroveň vzdělání učitelů, kteří budou čelit řadě otázek od dětí s absolutní zárukou. V tomto případě nebudeme tento úkol komplikovat, protože se zaměříme na to, že toto je základní úvod k tomuto tématu, který lze podrobně zvážit za 2 hodiny.

Poté, co se děti naučily teoretické základy, stojí za to zdůraznit technické problémy, které se týkají generování sekvence náhodných čísel v počítači. Současně není nutné nakládat s dětmi informace o tom, jak funguje počítač a na jakých zásadách je analytik vybudován. Z praktických dovedností je třeba je naučit vytvářet generátory jednotných náhodných čísel na segmentu nebo náhodných čísel podle zákona o distribuci.

Relevance

Pojďme si trochu promluvit o tom, proč jsou potřebné imitační modely kontroly. Faktem je, že v moderním světě je téměř nemožné bez modelování v jakékoliv sféře. Proč je tak populární a oblíbená? Simulace může nahradit skutečné události, které jsou potřebné k vytváření konkrétních výsledků, jejichž tvorba a analýza jsou příliš drahé. Nebo to může být případ, kdy je zakázáno provádět skutečné experimenty. Také lidé ji používají, když je prostě nemožné vytvořit analytický model kvůli řadě náhodných faktorů, následků a kauzálních vztahů. Poslední případ, kdy se používá tato metoda, je, když je nutné simulovat chování jakéhokoli systému během daného časového období. Za tímto účelem jsou vytvořeny simulátory, které se snaží co nejvíce reprodukovat vlastnosti původního systému.

Zobrazení

Simulační výzkumné modely mohou mít několik typů. Zvažte tedy přístupy simulace. První je dynamika systému, která je vyjádřena ve skutečnosti, že existují propojené proměnné, určité jednotky a zpětná vazba. Proto jsou nejčastěji zvažovány dva systémy, ve kterých existují společné charakteristiky a průsečíky. Dalším typem simulace je diskrétní událost. Vztahuje se na případy, kdy existují určité procesy a zdroje, stejně jako sled činností. Nejčastěji tímto způsobem zkoumají možnost události prostřednictvím hranice řady možných nebo náhodných faktorů. Třetí druh simulace - agent. Skládá se ze studování jednotlivých vlastností organismu v jejich systému. Současně je nutná nepřímá nebo přímá interakce pozorovaného objektu a dalších.

Modelování diskrétních událostí nabízí abstrakci z kontinuity událostí a zvažuje pouze hlavní body. Proto jsou vyloučeny náhodné a zbytečné faktory. Tato metoda je maximálně vyvinuta a používá se v mnoha oblastech: od logistiky po výrobních systémů. To, že je nejvhodnější pro modelování výrobních procesů. Mimochodem, to bylo vytvořeno v šedesátých letech minulého století Jeffreym Gordonem. Systémová dynamika - to je paradigma modelování, kde výzkum vyžaduje grafický obraz vazeb a vzájemných vlivů některých parametrů na druhé. To zohledňuje časový faktor. Pouze na základě všech dat se v počítači vytvoří globální model. Tento typ umožňuje velmi hluboce porozumět podstatě studované události a odhalit některé důvody a souvislosti. Díky tomuto modelování jsou postaveny obchodní strategie, výrobní modely, vývoj nemocí, plánování města a tak dále. Tato metoda byla vynalezena v 50. letech firmou Forrester.

Modelování agentů se objevilo v devadesátých letech, je relativně nové. Tento směr slouží k analýze decentralizovaných systémů, jejichž dynamika v tomto případě není určována všeobecně uznávanými zákony a pravidly, ale individuální činností některých prvků. Podstatou této simulace je získání představy o nových pravidlech obecně charakterizovat systém a najít spojení mezi jednotlivými komponentami. Zároveň je studován prvek, který je aktivní a autonomní, může rozhodovat nezávisle a komunikovat se svým prostředím, stejně jako samostatně měnit, což je velmi důležité.

Etapy

Nyní zvažte hlavní etapy vývoje simulačního modelu. Zahrnují jeho formulaci na samém začátku procesu, konstrukci koncepčního modelu, výběr modelovací metody, výběr modelovacího aparátu, plánování a realizaci úkolu. V poslední fázi jsou analyzovány a zpracovány všechny získané údaje. Vytvoření simulačního modelu je komplexní a zdlouhavý proces, který vyžaduje velkou pozornost a pochopení podstaty záležitosti. Všimněte si, že samotné fáze trvají nejvíce času a proces modelování v počítači trvá déle než několik minut. Je velmi důležité používat správné modely simulace, protože bez toho nebude možné dosáhnout požadovaných výsledků. Některé údaje budou získány, ale nebudou realistické a neproduktivní.

Na závěr tohoto článku bych chtěl říci, že je to velmi důležitý a moderní průmysl. Podívali jsme se na příklady simulačních modelů, abychom porozuměli významu všech těchto bodů. V moderním světě hraje modelování obrovskou roli, neboť je základem pro rozvoj ekonomiky, plánování města, výroby a tak dále. Je důležité si uvědomit, že modely simulačních systémů jsou velmi žádané, protože jsou neuvěřitelně výhodné a pohodlné. Dokonce ani při vytváření reálných podmínek není vždy možné získat spolehlivé výsledky, neboť vždy jsou ovlivněny mnoha scholastickými faktory, které nelze jednoduše vzít v úvahu.