Реферат: Построение и использование компьютерных моделей
Название: Построение и использование компьютерных моделей Раздел: Рефераты по информатике, программированию Тип: реферат Добавлен 00:19:53 26 марта 2010 Похожие работы Просмотров: 5413 Комментариев: 22 Оценило: 12 человек Средний балл: 4.1 Оценка: 4 Скачать
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ЭКОНОМИКИ И ФИНАНСОВ
Реферат на тему:
«Построение и использование компьютерных моделей»
студентка 1-го курса гр№119.
Построение и использование компьютерных моделей
Пути построения компьютерных моделей
Компьютерное моделирование начинается как обычно с объекта изучения, в качестве которого могут выступать: явления, процесс, предметная область, жизненные ситуации, задачи. После определения объекта изучения строится модель. При построении модели выделяют основные, доминирующие факторы, отбрасывая второстепенные. Выделенные факторы перекладывают на понятный машине язык. Строят алгоритм, программу.
Когда программа готова, проводят компьютерный эксперимент и анализ полученных результатов моделирования при вариации модельных параметров. И уже в зависимости от этих выводов делают нужные коррекции на одном из этапов моделирования: либо уточняют модель, либо алгоритм, либо точнее, более корректнее определяют объект изучения.
Компьютерные модели проходят очень много изменений и доработок прежде, чем принимают свой окончательный вид. Этапы компьютерного моделирования можно представить в виде схемы:
Объект — Модель — Компьютер — Анализ — Информац. модель
!______! !_____! !____________! !______!
модел-е прогр-е к.эксперимент знание
В методе компьютерного моделирования присутствуют все важные элементы развивающего обучения и познания: конструирование, описание, экспериментирование и т.д. В результате добываются знания об исследуемом объекте-оригинале.
Однако важно не путать компьютерную модель (моделирующую программу) с самим явлением. Модель полезна, когда она хорошо согласуется с реальностью. Но модели могут предсказывать и те вещи, которые не произойдут, а некоторые свойства действительности модель может и не прогнозировать. Тем не менее, полезность модели очевидна, в частности, она помогает понять, почему происходят те или иные явления.
Современное компьютерное моделирование выступает как средство общения людей (обмен информационными, компьютерными моделями и программами), осмысления и познания явлений окружающего мира (компьютерные модели солнечной системы, атома и т.п.), обучения и тренировки (тренажеры), оптимизации (подбор параметров).
Компьютерная модель — это модель реального процесса или явления, реализованная компьютерными средствами.
Компьютерные модели, как правило, являются знаковыми или информационными. К знаковым моделям в первую очередь относятся математические модели, демонстрационные и имитационные программы.
Информационная модель — набор величин, содержащий необходимую информацию об объекте, процессе, явлении.
— Главной задачей компьютерного моделирования выступает построение информационной модели объекта, явления.
— Самое главное и сложное в компьютерном моделировании — это построение или выбор той или иной модели.
При построении компьютерной модели используют системный подход, который заключается в следующем. Рассмотрим объект — солнечную систему. Систему можно разбить на элементы — Солнце и планеты. Введем отношения между элементами, например, удаленность планет от Солнца. Теперь можно рассматривать независимо отношения между Солнцем и каждой из планет, затем обобщить эти отношения и составить общую картину солнечной системы (принципы декомпозиции и синтеза).
Некоторые характеристики моделей являются неизменными, не меняют своих значений, а некоторые изменяются по определенным законам. Если состояние системы меняется со временем, то модели называют динамическими, в противном случае — статическими.
Построение компьютерной модели. Моделирование
При построении моделей используют два принципа: дедуктивный (от общего к частному) и индуктивный (от частного к общему).
При первом подходе рассматривается частный случай общеизвестной фундаментальной модели. Здесь при заданных предположениях известная модель приспосабливается к условиям моделируемого объекта. Например, можно построить модель свободно падающего тела на основе известного закона Ньютона ma = mg-Fсопр и в качестве допустимого приближения принять модель равноускоренного движения для малого промежутка времени.
Второй способ предполагает выдвижение гипотез, декомпозицию сложного объекта, анализ, затем синтез. Здесь широко используется подобие, аналогичное моделирование, умозаключение с целью формирования каких-либо закономерностей в виде предположений о поведении системы. Например, подобным способом происходит моделирование строения атома. Вспомним модели Томсона, Резерфорда, Бора.
Технология построения модели при дедуктивном способе:
1. Теоретический этап:
2. Знания, информация об объекте (исходные данные об объекте).
3. Постановка задачи для целей моделирования.
4. Выбор модели (математические формулировки, компьютерный дизайн).
Технология построения модели при индуктивном способе:
1. Эмпирический этап:
2. Постановка задачи для моделирования.
3. Оценки.Количественное и качественное описание
4. Построение модели.
Этапы решения задачи с помощью компьютера (построение модели — формализация модели — построение компьютерной модели — проведение компьютерного эксперимента — интерпретация результата).
Основные этапы разработки и исследования моделей на компьютере
1. описательная информационная модель
2. формализованная модель
3. компьютерная модель
4. компьютерный эксперимент
5. Анализ полученных результатов и корректировка исследуемой модели
1 этап — описательная информационная модель : такая модель выделяет существенные (с точки зрения целей проводимого исследования ) параметры объекта, а несущественными параметрами пренебрегает
2 этап — Описательная информационная модель записывается с помощью какого-либо формального языка. В такой модели с помощью формул, уравнений, неравенств и пр. фиксируются формальные соотношения между начальными и конечными значениями свойств объектов, а также накладываются ограничения на допустимые значения этих свойств.
3 этап— компьютерная модель
Описательная информационная модель записывается с помощью какого-либо формального языка.
В такой модели с помощью формул, уравнений, неравенств и пр. фиксируются формальные соотношения между начальными и конечными значениями свойств объектов, а также накладываются ограничения на допустимые значения этих свойств.
Пути построения компьютерной модели
— Построение алгоритма решения задачи и его кодирование на одном из языков программирования;
— Построение компьютерной модели с использованием одного из приложений (электронных таблиц, СУБД и пр.)
4 этап – компьютерный эксперимент
— Если компьютерная модель существует в виде программы на одном из языков программирования, её нужно запустить на выполнение и получить результаты.
— Если компьютерная модель исследуется в приложении, например в электронных таблицах, можно провести сортировку или поиск данных, построить диаграмму или график.
5 этап – анализ полученных результатов и корректировка исследуемой модели
— В случае различия результатов, полученных при исследовании информационной модели, с измеряемыми параметрами реальных объектов можно сделать вывод, что на предыдущих этапах построения модели были допущены ошибки или неточности.
— Провести корректировку модели.
Метод имитационного моделирования (метод Монте-Карло)
Теоретическая основа метода была известна давно. Однако до появления ЭВМ этот метод не мог найти сколько-нибудь широкого применения, ибо моделировать случайные величины вручную — очень трудоемкая работа.
Само название “Монте-Карло” происходит от города Монте-Карло в княжестве Монако, знаменитого своим игорным домом. Дело в том, что одним из механических приборов для получения случайных величин является рулетка. Для вычисления площади круга единичного радиуса проведем эксперимент.
1). Васильков Ю.В. Компьютерные технологии моделирования М., «Финансы и статистика» 1999
3) Экштайн В. «Компьютерное моделирование» М. 1995г.
Источник
Построение простой компьютерной модели экономического или другого процесса. Проведение исследования на основе построенной компьютерной модели.
(с использованием табличного процессораMS Exel)
Тема: Построение простой компьютерной модели физического, биологического или другого процесса. Проведение исследования на основе построенной компьютерной модели.
Цель: закрепить алгоритм моделирования на примере построения компьютерной модели, научиться анализировать результаты моделирования, научиться использовать шаблон готовой компьютерной модели для решения типовых задач.
Теоретические сведения к практической работе
Компьютерная модель или численная модель — компьютерная программа, реализующая представление объекта, системы или понятия в форме, отличной от реальной, но приближенной к алгоритмическому описанию, включающей и набор данных, характеризующих свойства системы и динамику их изменения со временем.
Построение компьютерной модели базируется на абстрагировании от конкретной природы явлений или изучаемого объекта-оригинала и состоит из двух этапов — сначала создание качественной, а затем и количественной модели. Чем больше значимых свойств будет выявлено и перенесено на компьютерную модель — тем более приближенной она окажется к реальной модели, тем большими возможностями сможет обладать система, использующая данную модель. Компьютерное моделирование заключается в проведении серии вычислительных экспериментов на компьютере, целью которых является анализ, интерпретация и сопоставление результатов моделирования с реальным поведением изучаемого объекта и, при необходимости, последующее уточнение модели и т. д.
Различают аналитическое и имитационное моделирование. При аналитическом моделировании изучаются математические (абстрактные) модели реального объекта в виде алгебраических, дифференциальных и других уравнений, а также предусматривающих осуществление однозначной вычислительной процедуры, приводящей к их точному решению. При имитационном моделировании исследуются математические модели в виде алгоритма(ов), воспроизводящего функционирование исследуемой системы путем последовательного выполнения большого количества элементарных операций.
Основные этапы компьютерного моделирования:
Постановка задачи и её анализ:
1.1. Определить цель создаваемой модели.
1.2. Уточнить исходные результаты и в каком виде следует их получить.
1.3. Определить исходные данные для создания модели.
Построение информационной модели:
2.1. Определить параметры модели и выявить взаимосвязь между ними.
2.2. Оценить, какие из параметров влиятельные для данной задачи, а какими можно пренебрегать.
2.3. Математически описать зависимость между параметрами модели.
Разработка метода и алгоритма реализации компьютерной модели:
3.1. Выбрать или разработать метод получения исходных результатов.
3.2. Составить алгоритм получения результатов по избранным методом.
3.3. Проверить правильность алгоритма.
Разработка компьютерной модели:
4.1. Выбрать средства программной реализации алгоритма на компьютере.
5.2. Провести эксперимент на базе созданной компьютерной модели.
5.3. Проанализировать полученные результаты.
5.4. Сделать выводы насчет свойств прототипа модели.
В процессы проведения эксперимента может выясниться, что нужно:
скорректировать план исследования;
выбрать другой метод решения задачи;
усовершенствовать алгоритм получения результатов;
уточнить информационную модель;
внести изменения в постановку задачи.
В таком случае происходит возвращение к соответствующему этапу и процесс начинается снова.
Универсальность моделей — это свойство, позволяющее применять модели при описании или функционировании однотипных групп объектов.
Построить простую компьютерную модель экономической задачи (с применением MS Excel ) на примере составления штатного расписания автотранспортного предприятия.
Основные этапы компьютерного моделирования:
1. Постановка задачи:
Генеральный директор АТП должен составить штатное расписание, т.е. определить, сколько сотрудников, на каких должностях и с каким окладом он должен принять на работу.
2. Построение информационной модели:
Исходными данными являются:
Общий месячный фонд зарплаты, который составляет 10 000$.
Для нормальной работы АТП нужно:
5 — 7 диспетчеров;
8 — 10 ремонтных рабочих;
10 — 12 водителей;
1 заведующий гаражом;
1 главный инженер;
1 зам. директора по эксплуатации;
1 генеральный директор.
На некоторых должностях число людей может меняться. Например, руководитель может принять решение сократить число диспетчеров, чтобы увеличить оклад каждому из них.
3. Разработка метода и алгоритма реализации компьютерной модели:
Ремонтный рабочий должен получать в 1,5 раза больше диспетчера, т.е. A=1,5 B=0;
водитель в 3 раза больше ремонтного рабочего, т.е. А=3 B=0;
механик на 30$ больше, чем водитель, т.е. A=3 B=30;
зав. гаражом в 2 раза больше диспетчера, т.е. A=2 B=0;
зам. директора на 40$ больше ремонтного рабочего, т.е. A=1,5 B=40;
главный инженер в 4 раза больше диспетчера, т.е. A=4 B=0;
Ген. директор на 20$ больше главного инженера, т.е. A=4 B=20
4. Разработка модели:
Генеральный директор принимает для себя следующую модель задачи. За основу берется оклад диспетчера, а все остальные вычисляются через него.
Каждый оклад является линейной функцией от оклада диспетчера и рассчитывается по формуле: АС+В
где C — оклад диспетчера;
A — коэффициент, который определяет во сколько раз оклад какой-либо должности больше оклада диспетчера;
B — коэффициент, который определяет, на сколько оклад какой-либо должности больше оклада диспетчера.
Задав количество человек на каждой должности, можно составить уравнение:
где N1 — количество диспетчеров, N2 — количество ремонтных рабочих, и т.д.;
A1. A8 и B1. B8 — коэффициенты для каждой должности.
В этом уравнении нам известны A1. A8 и B1. B8, но не известны C и N1. N8.
Решить такое уравнение можно путем подбора.
Взяв первоначально какие-либо приемлемые значения неизвестных, подсчитаем сумму. Если фонд заработной платы превышен, то можно снизить оклад диспетчера, либо отказаться от услуг какого-либо работника, и т.д., пока эта сумма не будет равна установленному фонду оплаты труда. Проделать такую работу вручную трудно. Для создания данной модели используется MS Excel 2010 (2013).
Создайте таблицу и сохраните её в свою папку под именем Штатное расписание:
