Форма входа

Наша реклама

Помогите сайту просмотрите рекламу

Поиск

Календарь

«  Март 2024  »
ПнВтСрЧтПтСбВс
    123
45678910
11121314151617
18192021222324
25262728293031

Наш опрос

Оцените мой сайт
Всего ответов: 122

Статистика


Онлайн всего: 1
Гостей: 1
Пользователей: 0




Пятница, 29.03.2024, 13:38
Приветствую Вас Гость | RSS
Скорая помощь для студентов
Главная | Регистрация | Вход
Лекция 11_1


6) Средства моделирования в программах общеофисного назначения и других не специализированных в отношении моделирования программах

В России в классе пакетов общеофисного назначения сейчас абсолютно доминирует пакет Microsoft Office. Поэтому рассмотрим соответствующие вопросы применительно к нему (в других пакетах состав программ по функциональному назначению обычно похожий).

Как и в конкурирующих с ним программных продуктах в пакете MsOffice используется встроенный язык программирования (VBA), который имеет особенности (обычно говорят о диалектах) для каждой из программ пакета.

Наибольшими возможностями в отношении моделирования в пакете Microsoft Office обладает, конечно, MsExcel. Его рабочие листы можно использовать как контейнеры для ввода и вывода информации, а встроенный язык программирования VBA является достаточно мощным и позволяет решать различные функциональные задачи.

Хотя в принципе реализация компьютерных моделей возможна и в MsWord, но это значительно менее удобно и используется редко (преимущественно в некоторых учебниках, претендующих на мультимедийность). Значительно чаще используется просто демонстрация результатов моделирования в виде статической или анимированной графики.

Для MsAccess реализация моделей также является редким исключением, хотя здесь есть преимущества, связанные с удобным обращением к базам данных.

В принципе для моделирования может использоваться и комбинация офисных программ (например, MsExcel + MsAccess).

Отдельно отметим MicrosoftVisio, которая специально предназначена для построения различного рода схем и также включает встроенные средства программирования.

Отметим, что языки типа "Basic" имеются и во многих достаточно сложных графических программах, например Corel Draw, MapInfo и др., что в принципе позволяет реализовать моделирование с наглядным графическим отображением результатов. Другое дело, что реализация в таких случаях численных методов достаточно затруднена, а специализированные библиотеки отсутствуют.

В известном программном средстве для создания анимаций Macromedia Flash также есть встроенный язык моделирования, но по типу "C", а не Basic. Здесь возможна реализации моделирования подвижных в пространстве объектов (однако, в основном, для целей наглядного отображения, а не исследования).

Очень широко применяется визуальное моделирование трехмерных объектов (в т.ч. и анимированных) в программах серии 3DStudioMax и аналогичных ей (Maya, Calgary True Space и др.).

В программах, относящихся к системам автоматизированного проектирования (САПР), также обычно имеются те или иные средства, предназначенные (или могущие быть использованными) для целей моделирования.

Особо отметим программы архитектурного направления, позволяющие моделировать отображение спроектированных объектов с различных точек зрения, при различном освещении и пр. В большинство таких программ встроены и возможности рендеринга, т.е. изменения изображений объекта при движении относительно него наблюдателя по заданной траектории.

Можно привести и некоторые другие примеры, в т.ч. и не по графическим программам.

7) Универсальные языки и системы программирования, их возможности для реализации моделей

Основным преимуществом использования таких программных средств является обширный спектр возможностей, ограничиваемых лишь мастерством программиста. На практике все, однако, не так просто, т.к. при программной реализации моделей: достаточно трудоемкой может быть организация интерфейса с пользователем; при больших объемах ввода-вывода информации программирование соответствующих средств может быть сложным; не во всех языках программирования существуют (или могут быть подключены) библиотеки, реализующие численные методы, моделирование дискретных событий и пр.; значительных усилий может потребовать и наглядное представление результатов, особенно в графической форме.

Исторически первым широко распространенным языком программирования, используемым для целей моделирования, был ФОРТРАН. Для него накоплены, очевидно, наиболее обширные библиотеки стандартных программ, реализующих большинство существующих численных методов.

Современные версии ФОРТРАНА имеют значительно расширенные функциональные возможности по работе с различными типами данных, причем не только числовыми.

Усилены в них и возможности пользователя при отладке программ, которая может быть достаточно сложной, особенно при разветвленных логических взаимосвязях ветвей программы.

К недостаткам использования языка ФОРТРАН для целей моделирования можно отнести также:

- необходимость внесения в программы изменений (иногда многочисленных) даже при незначительных изменениях моделируемой системы, что может потребовать повторных усилий на отладку;

- наглядность модели можно обеспечить на уровне укрупненной блок-схемы, однако на уровне программного кода эта наглядность теряется (что снижает возможности использования и корректировки программ для лиц, не являющихся их разработчиками).

Практически те же недостатки имелись и у универсального языка программирования PL/I, который широко использовался на ЕС ЭВМ именно в силу богатства своих языковых возможностей. Это богатство имело и оборотную сторону в виде усложнения отладки из-за проявлений "побочных эффектов" алгоритмических решений, которые программисту иногда было достаточно трудно отследить (не только при программировании, но и при отладке).

К сожалению, при переходе к персональным ЭВМ была выпущена лишь сильно усеченная версия языка (PL/M), которая широкого распространения не получила.

Язык АЛГОЛ в настоящее время для целей моделирования практически не применяется. В свое время он широко использовался в качестве "языка публикаций", в т.ч. и в отношении алгоритмов моделирования. Сейчас для этой цели систематически применяются фрагменты программ на других языках программирования, а также некоторые псевдокоды.

Язык VisualBasic достаточно широко применяется для целей моделирования, особенно в учебном процессе (реже в научных исследованиях). Его преимуществом является возможность наглядного конструирования и корректировки интерфейса с пользователем (включая выдачу результатов) с минимальным использованием для этой цели средств программирования.

Язык программирования ПАСКАЛЬ в "чистом виде" для реализации задач моделирования практически не применяется. Однако он используется в системе программирования Delphi, которая нередко используется для реализации моделей.

Отметим, что Events Modeling Language (EML) в Borland Delfi построен как отдельный программный модуль с достаточно большим перечнем видов объектов, которые организованы в динамические списки.

Ее преимуществом являются возможности наглядного конструирования интерфейса с пользователем (аналогично Visual Basic) и последующей разработки программных модулей на ПАСКАЛЕ.

Язык "С" также редко используется в чистом виде для моделирования задач. Однако он входит в состав системы "С++ builder", которую нередко применяют для моделирования. С точки зрения конструирования интерфейса "С++ builder" обладает примерно тем же спектром возможностей, что и DELPHI. Однако запись алгоритмов моделирования на "С" часто является значительно менее наглядной, чем на Visual Basic или ПАСКАЛЕ. Зато ряд алгоритмов может быть записан существенно короче.

 8) Специализированные языки моделирования

На начальных этапах развития вычислительной техники и обслуживающих ее средств программирования имело место возникновение и развитие значительного количества специализированных языков программирования, ориентированных на задачи моделирования. В книге Е.Киндлера. Языки моделирования (1985г) описаны около 350 языков моделирования.

Многие из них сыграв свою историческую роль перестали использоваться, в том числе и в связи с конкуренцией с пакетами универсального назначения, перечисленными выше (в ряде которых есть специальные надстройки для разных классов задач моделирования). Другие языки моделирования продолжают использоваться для решения специализированных задач. Мы укажем здесь лишь некоторые.

Универсальная система программирования Симула 67, в которой синтезировались и получили дальнейшее развитие возможности языка Алгол (входящго в систему как подмножество) и языка моделирования Симула 1.

В дополнение к средствам Алгола  Симула 67 содержит достаточно удобный аппарат описания новых понятий, средства для обработки текстовой информации, стандартизованный аппарат ввода-вывода, средства распараллеливания выполнения компонент программы и пр. В свое время Симула 67 была реализована на БЭСМ-6, входивших серию ЕС ЭВМ. Затем была выполнена ее реализация для ПЭВМ типа IBM PC.

Концепция объектно ориентированного программирования, впервые выдвинутая именно в Симуле 67, впоследствии была реализована в языках С++, Паскаль, Smalltalk80, Фортран90 и может применена при написании программ имитационного моделирования на этих языках.

Термином "объект" в Симуле 67 обозначаются программные компоненты, обладающие собственными локальными данными (атрибутами) и способные выполнять определенные действия. В роли атрибутов могут выступать переменные, массивы, ссылки на другие объекты, процедуры. Действия объекта, записанные в виде операторов Симулы 67, образуют сценарий его поведения.

Каждый объект по ходу выполнения программы получает системный атрибут, указывающий выполняемый пункт его сценария. При исполнении модели в ней могут сосуществовать несколько объектов, из которых в каждый определенный момент активным является только один. Переключение активностей соответствует событию в системе. Считается, что события происходят мгновенно. Языком допускается возникновение одновременных событий.

Упомянем также некоторые другие языки моделирования.

Язык Симскрит был создан на базе языка ФОРТРАН, но содержит некоторые расширения по отношению к нему.

Язык СОЛ по своему синтаксису близок к Алголу.

Язык ПЛИС  по существу интегрирует в себе возможности GPSS и языка ПЛ/I.

Язык Паскаль Плюс – это Паскаль, расширенный встроенными средствами моделирования.

Отметим также систему моделирования, разработанную в Институте кибернетики Украины. Этот язык ориентирован на моделирование вычислительных систем, что обеспечивается наличием в нем специальных средств описания устройств и памяти. Устройство можно рассматривать как ресурс, использование которого различными процессами разделено во времени (процессоры, селекторные каналы). Использование памяти считается совмещенным во времени и разделенным в пространстве.

Вычислительные средства СЛЭНГа есть по существу подмножество Алгола 60. Программа для реализации модели на СЛЭНГе включает в себя глобальные описания, оператор ввода, описания процессов. Последние оформляются аналогично процедуре в Алголе  60. Активация процесса проводится через сообщения (аналог оператора вызова процедуры). С каждым сообщением связывается точка возврата, которая определяет очередной оператор описания процесса, подлежащей выполнению при активизации прерывания.

Отметим также, что в языке имеется встроенный блок обработки статистики для моделируемых "устройств", включая количество обращений к устройству; коэффициента использования устройства (от общего времени моделирования); среднего времени занятости устройства в расчете на одно обращение; количества прерываний.

 

9) Существующее состояние и тенденции применения методов моделирования в инженерной и научно-технической деятельности

Эта тема является достаточно обширной для подробного рассмотрения в рамках фрагмента лекции. Поэтому приведем лишь важнейшие положения.

Широкое распространение персональных ЭВМ привело к тому, что средства моделирования стали общедоступными для широких масс пользователей, а не только отдельных исследователей, как было в эпоху "больших ЭВМ". При этом функциональный спектр применения программ моделирования значительно расширился и включает в себя не только сложные научные исследования (как было раньше), но и ряд других направлений.

Моделирование широко применяется в фундаментальных научных исследованиях (физика, химия, биология) как в России и за рубежом. Прогресс в этих областях связан как с внедрением все более высокопроизводительных вычислительных комплексов, так и с совершенствованием программного обеспечения.

В области анализа атмосферных процессов и, особенно, прогнозирования их прогресс связан именно с развитием средств моделирования (аппаратных и программных). Тем не менее достоверность даже среднесрочных прогнозов оставляет желать лучшего.

Значительно снижение уровня наукоемкого промышленного производства в России привело к существенному сокращению потребностей в прикладных программах моделирования для этой сферы деятельности. В то же время за рубежом это направление продолжало развиваться. Такая ситуация привела к вытеснению отечественных школ моделистов из некоторых областей в этой сфере.

Информация о применении моделирования в военной сфере представлена в основном открытыми сообщениями о зарубежных разработках. Судя по этим сообщениям наукоемкие разработки осуществляются достаточно интенсивно, в т.ч. под эгидой известного агентства передовых научных исследований DARPA. При этом значительное внимание уделяется не только отдельным военным объектам, но и обеспечению их информационного взаимодействия.

В области образования средства моделирования интенсивно разрабатываются и используются как за рубежом, так и в России практически по всему спектру образовательных услуг.

В области логистики (процессов перемещения и складского хранения материальных объектов) и транспорта эффективность применения методов моделирования обуславливается: увеличением объемов потоков и номенклатуры объектов в таких потоках; усложнением структуры транспортных сетей.

Особо отметим использование моделирования в авиации - как для разработки конструкций летальных аппаратов, так и моделирования ее  поведения в воздухе и на земле при различных условиях.

Значительное внимание уделяется также использованию моделирования при анализе и прогнозировании процессов в финансово-экономической сфере. Этот вопрос для России в ближайшем будущем станет актуальным не только для ограниченного круга работников банковской сферы и бирж, но и для расширяющихся масс владельцев акций и других ценных бумаг.

Значительные усилия по разработке программ моделирования прилагаются и в области медицины (как научных исследований, так и обьслуживания потребностей практической медицины).

  Особо отметим применение методов имитационного моделирования при анализе информационных процессов, информационных систем, телекоммуникационных сетей. Судя по публикациям в компьютерной периодике в рамках производственной деятельности (включая проектирование) такое моделирование применяется относительно слабо.

Основной причиной является, по видимому, ориентация на зарубежную технику и разработки в этой области (т.е. использование уже готовых решений).

Другие причины: ориентация на уже освоенные технологии и оборудование; ориентация на нормативные документы и опыт эксплуатации объектов-аналогов; проектирование/создание систем со значительным запасом на расширение их в будущем; проектирование чего-то принципиально нового имеет место достаточно редко и концентрируется в рамках немногих, передовых в технологическом отношении организаций.

10) Развитие современных информационных технологий и их влияние на применение методов моделирования

Развитие современных информационных технологий влияет на возможности создания и применения программных средств моделирования по следующим направлениям.

(А) Совершенствование персональной вычислительной техники (прежде всего ее быстродействия и объемов оперативной памяти) ведет к расширению границ сложности задач, которые могут моделироваться на индивидуальных ПЭВМ.

(Б) Увеличение мощностей суперкомпьютеров и повсеместное увеличение их количества также способствуют расширению возможностей применения все более сложных моделей, что может способствовать повышению адекватности получаемых результатов.

(В) Увеличение номенклатуры готовых моделей расширяет потенциальный круг пользователей программ моделирования. Другое дело, что информация о наличии этих моделей и их возможностях не всегда известна потенциальным пользователям.

(Г) Совершенствование телекоммуникационных технологий во-первых расширяет возможности дистанционного сбора данных для информационного обеспечения программ моделирования, а во вторых делает более эффективным использование моделирующих программ, расположенных на компьютерах вне локальной сети. Это эффективно при редком использовании таких программ или если такое моделирование требует больших вычислительных ресурсов, значительно превосходящих возможности ПЭВМ.

Развитие телекоммуникационных средств ведет также к внедрению в практику моделирования концепции "распределенных вычислений" (вычисления выполняются на многих компьютерах, которые территориально разобщены, в т.ч. и ЭВМ, находящихся в различных часовых поясах). Это, в некоторых случаях позволяет более полно задействовать компьютерный парк, исключив его "недогрузку" в ночные часы.

(Д) Расширение преподавания методов моделирования в вузах также способствует более широкому распространению этих методов при работе специалистов в различных сферах деятельности.


Copyright MyCorp © 2024