Тема 2. Языки имитационного моделирования

Языки имитационного моделирования предназначены для разработки соответствующего программного обеспечения, которое может быть использовано для создания множества приложений имитационного моделирования. В некотором смысле эти языки сопоставимы с FORTRAN, C++, Visual Basic или Java, но они также включают определенные функции, облегчающие процесс имитационного моделирования. Некоторые примеры современных языков моделирования: GPSS / H, GPSS / PC, SLX и SIMSCRIPT III. Языки моделирования существуют для дискретной, непрерывной и агентной парадигм имитационного моделирования.

Функции языка ИМ

Специализированные функции обычно отличают языки моделирования от общих языков программирования. Эти функции призваны освободить аналитика от повторного создания программных инструментов и процедур, используемых практически во всех приложениях моделирования. Мало того, что разработка этих функций была бы трудоемкой и трудной, но без них согласованность модели могла бы варьироваться, и потребовались бы дополнительные отладка, валидация и верификация. Большинство языков моделирования предоставляют следующие функции:

1) симулятор часов или механизм для продвижения моделируемого времени;

2) методы планирования событий;

3) инструменты сбора и анализа статистики использования различных ресурсов и объектов;

4) методы представления ограниченных ресурсов;

5) инструменты для представления результатов;

6) средства отладки и обнаружения ошибок;

7) генераторы случайных чисел и связанные с ними наборы инструментов;

8) общие рамки для создания модели.

Сравнение языков ИМ с традиционными языками программирования

Хотя уже многие имитационные модели разработаны с использованием специальных языков моделирования, некоторые аналитики по-прежнему предпочитают полагаться на традиционные языки программирования для разработки подобных моделей. В других случаях разрабатывают специальные расширения для добавления возможностей традиционному языку программирования. Например, Repast Simphony является бесплатным и открытым источником, агентно-ориентированным инструментарием моделирования, который добавляет функции к языку Java, чтобы упростить создание и использование имитационной модели.

Мотивы использования языка программирования общего назначения следующие:

– знания и навыки программиста: разработчики уже знают язык программирования общего назначения. У них может не быть времени или желания изучать специальный язык имитационного моделирования;

– гибкость: языки программирования по своей сути являются более гибкими, предоставляя аналитику свободу создавать модель с использованием предпочтительной методологии;

– стоимость: программное обеспечение, разработанное с помощью языка программирования общего назначения, как правило, более доступно и гораздо дешевле, чем специальное программное обеспечение для имитационного моделирования. Сейчас это уже не всегда верно, так как несколько ведущих языков имитационного моделирования могут быть загружены бесплатно;

– совместимость с «железом»: программное обеспечение общего назначения может быть доступно на любой аппаратной платформе, в то время как для некоторых языков имитационного моделирования могут потребоваться специальные компьютеры и конфигурации памяти;

– недостаток знаний аналитиков. Аналитик может не знать и не понимать язык имитационного моделирования, и может не иметь знаний о его преимуществах;

– обучение. Курсы по использованию традиционных языков программирования, как правило, более доступны, чем обучение специальным языкам имитационного моделирования.

Хотя традиционные языки программирования обладают некоторыми преимуществами, даже в типичном приложении для имитационного моделирования программист или аналитик обнаружит, что начальные инвестиции в язык имитационного моделирования более чем окупаются. Язык имитационного моделирования обеспечивает экономию в кодировании, отладке, анализе результатов и внесении изменений в модель и компьютерную программу.

Языки имитационного моделирования

В настоящее время существует уже достаточно много языков имитационного моделирования, которые используются компаниями-производителями, исследователями, сервисными компаниями, а также консультантами.

GPSS и SIMSCRIPT

GPSS (система общего назначения для моделирования) была первоначально разработана Джеффри Гордоном из IBM и выпущена в октябре 1961 года. После выпуска GPSS стал довольно распространенным языком имитационного моделирования и с тех пор регулярно используется. В целом, GPSS пользуется широкой популярностью благодаря своему разумному построению и общей мощности.

Основные функции языка GPSS могут быть легко изучены, а дополнительные мощные функции делают его идеальным для моделирования сложных систем. В общем случае GPSS используется для имитации систем очередей, которые состоят из взаимодействующих объектов и клиентов в условиях ограниченных ресурсов. В настоящее время несколько поставщиков предлагают версии GPSS, включая: Wolverine Software, которая производит GPSS/H, мощную, современную версию GPSS, разработанную для создания больших и сложных моделей. Minuteman Software создает дружественную среду моделирования GPSS под названием GPSS World, которая содержит специальные инструменты для разработки имитационных моделей.

SIMSCRIPT III: Этот язык является прямым потомком исходного языка SIMSCRIPT, созданного в Rand Corporation в 1960-х годах. SIMSCRIPT III имеет конструкции, которые позволяют разработчику подходить к проблеме либо на основе процессного подхода, либо на основе объектно-ориентированного мировоззрения. SIMSCRIPT III предлагает уникальные функции, которые добавляют ему привлекательности. Среди них:

• объектно-ориентированное программирование;

• модульность;

• студия развития SIMSCRIPT III (SimStudio);

• объектно-ориентированная графика Simscript III;

• связь с базой данных SDBC.

В общем, SIMSCRIPT III – это язык свободной формы с синтаксисом, похожим на английский язык. Этот синтаксис позволяет коду в системе становиться самодокументированным. Компоненты модели могут быть запрограммированы достаточно четко, чтобы обеспечить представление структуры и логики моделируемой системы. SIMSCRIPT III поддерживается и распространяется компанией CACI Products Company.

В последнее время появились симуляторы и интегрированные среды имитационного моделирования, предоставляющие аналитику дополнительные возможности, которые позволяют автоматизировать многие процессы и устранить тяжелую работу из процесса моделирования. Модели, разработка которых раньше занимала дни или недели, теперь можно разработать за несколько минут с использованием заготовленных шаблонов реальных объектов, требующих не более чем настройку определенных параметров. Новое программное обеспечение, специализирующееся на области применения, позволяет аналитику моделировать, выполнять, анализировать и анимировать системы в своей области (производство, здравоохранение, логистика, связь и т.д.).

Симуляторы

Симулятором называют программный пакет, который предназначен для разработки имитационных моделей для специфической области. С симулятором обычно работает человек, который не является аналитиком или программистом, но все же хочет проанализировать систему.

Примерами программных пакетов симуляторов являются MedModel (симулятор медицинской помощи), PRISM (симулятор полиции) и PX-Sim (фармацевтический симулятор).

Симуляторы обладают рядом преимуществ перед языками имитационного моделирования. К ним относятся:

– простота использования. Симуляторы разработаны специально для пользователя-непрограммиста. Они, как правило, имеют удобные функции, такие как выпадающие меню команд и специальные инструменты для упрощения построения модели. Многие симуляторы продаются с бо?льшим упором на их удобство для пользователя, чем на их возможности моделирования;

– быстрая разработка моделей. Многие симуляторы настроены на быстрый метод построения модели. Эта скорость разработки достигается благодаря тому, что базовая модель системы уже создана, и пользователь симулятора только изменяет конкретные параметры модели через пользовательский интерфейс. Этот интерфейс может быть настроен для создания модели путем «перетаскивания» графических значков, с серией вопросов или с рядом подсказок и пользовательских экранов;

– базовая модель системы уже завершена. В центре всех симуляторов есть уже построенная модель. Пользователь симулятора теоретически не нуждается в полном понимании моделируемой системы, ему нужно идентифицировать несколько ключевых атрибутов системы, и симулятор выполнит свою работу.

При использовании в надлежащем контексте симуляторы могут быть полезным инструментом. Но когда они применяются неправильно, они могут дать неверные результаты. Некоторые из подводных камней использования симуляторов приведены в следующем списке:

Данный текст является ознакомительным фрагментом.