Методы и технология построения программных моделей для систем автоматизации моделирования

• Автор: Костельцев, Андрей Вячеславович
• Шифр специальности: 05.13.18
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2001
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 136 с. : ил

Содержание
Введение

Глава 1. Структура проблемы

1.1. Моделирование как инструмент системного анализа

1.1.1. Классификация моделей.

По целям разработки

Физические и математические модели

Аналоговые и цифровые модели

Математические, алгоритмические и программные модели

Виды и формы представления математической модели

Некоторые вопросы квалиметрии моделей

1.1.2. Преобразования моделей
1.1.3. Модельное время и алгоритмизация
1.1.4. Обсуждение существующих языков программирования и языков моделирования
1.1.5. Процесс создания программной модели
1.1.6. Обеспечение задач системного моделирования
Математическая поддержка
Технологическая поддержка
Программная поддержка
Искусственный интеллект
Графическое программирование
1.2. Выводы
Глава 2. Структура среды моделирования
2.1. Мультисинтаксический компилятор языка моделирования
2.1.1. Студия разработки вычислительных экспериментов
2.2. Система создания, отладки и квалиметрии моделей
2.3. Среда моделирования
2.4. Выводы
Глава 3. Элементы технологии построения и структура ПМ
3.1. Задачи
3.2. Язык описания методов РунгеКутты
3.2.1. Функции языка описания библиотек методов РунгеКутты
3.2.2. Использование языка описания методов РунгеКутты
3.2.3. Способ хранения методов численного интегрирования функций
3.3. Интерпретатор дифференциальных моделей
3.4. Применение ИДМ
3.5. Выводы
Глава 4. Синтаксический и семантический анализ некоторых видов
математических моделей в их естественной форме представления
4.1. Системы обыкновенных дифференциальных уравнений
Таблица символов
Внутреннее представление программ
4.1.1. Семантический анализ
Оператор задержка
Процедура разворота производных
Процедура семантического анализа ОДУ с одновременным приведением к нормальной форме Коши
4.2. Системы разностных уравнений
4.3. Алгоритмические сетевые модели
4.3.1. Алгоритм идентифицирующего планирования вычислений
4.4. Уравнения,неразрешенные относительно старшей производной
4.5. Схемы для аналоговых вычислительных машин
4.6. Структурные схемы систем автоматического управления
4.7. Оптимизация кода
4.8. Выводы
Заключение
Литература


Когда мы создавали систему моделирования, описанную в данной работе, публикаций о взглядах современных ученых на программные технологии, подобных [1], еще не было. Мы вели разработку на основе глубокого анализа моделирующих алгоритмов и методов современной вычислительной математики, направляя усилия на создание такой структуры моделирующих программ, которая позволила бы рассматривать их как некие самостоятельно существующие, управляемые и наблюдаемые объекты. На современные программные технологии мы смотрели как на средства, применение которых позволяет наиболее простым способом обеспечить истинные потребности пользователей систем моделирования. Естественно, в процессе работы мы обращали внимание на то, что тормозящим фактором развития средств моделирования является слабое взаимодействие ученых и программистов, а порой даже нежелание понимать друг друга. Тем более приятен тот факт, что специалисты в области моделирования наконец [1] начинают обращать свой взгляд на современные программные технологии. Пусть пока они идут по пути подстраивания структуры моделирующих программ под современные методы программирования, что оставляет их несколько позади, а не по пути разработки структур моделирующих алгоритмов, исходя из задач математического моделирования, которые затем можно использовать в различных программных технологиях (по мере их появления). Последнее утверждение требует доказательства. Компонентно-ориентированные системы моделирования оперируют с набором компонентов, которые обмениваются между собой посредством сообщений (exchanging messages) и представляют некие, специальным образом структурированные, моделирующие программы, имеющие в своем составе наряду с основным кодом гак называемые порты ввода/вывода и наборы параметров. Компоненты являются экземплярами трех классов, их мы рассмотрим чуть позже. Если компонент намерен передать какие-либо данные, то для этого он просто помещает их в порт именуемый outport. Прием данных осуществляется простой выемкой данных из входного порта (inport). Компонент может иметь в своем составе несколько входных (inports) и несколько выходных (outports) портов. В рамках общего вычислительного эксперимента компонентами управляет некая программная оболочка. Параметризация является начальной фазой "существования'’ модели-компонента, на которой осуществляется присваивание параметрам компонента конкретных значений. Тем самым происходит формирование экземпляра компонента определенного класса в некий объект, обладающий собственными, только ему присущими свойствами. Конфигурирование по сути представляет собой настройку общего моделирующего алгоритма и конструирование его из отдельных блоков (моделей-компонентов). Основным действием системы здесь является выделение и подключение (к портам экземпляров моделей-компонентов) каналов обмена информацией. Идея конфигурирования компонентов не нова. Еще в году Szymanski использовал фазу конфигурирования в языке EPL (Equational Programming Language) [8]. S time-independent - ведущие отсчет собственного модельного времени (имеющие собственные "часы"). Первый тип 0time-unaware) характеризуется тем, что его работа никоим образом не согласуется с текущим значением модельного времени: как только экземпляр этого класса получает входное сообщение, он сразу отправляет ответную реакцию в виде выходного сообщения. Все сообщения в своей (программной) структуре имеют поле, содержащее значение модельного времени в момент генерации этог о сообщения. Второй тип (time-dependent) компонентов не может влиять на текущее модельное время и все исходящие от него сообщения (помимо его воли) маркируются текущим значением счетчика общего модельного времени. Третий тип (time-independent) компонентов обладает собственным счетчиком модельного времени и представляет собой более самостоятельный объект, существующий в общей моделирующей среде. Компоненты данного типа могут получать сообщения, гарантированно свободные от возможных ошибок соблюдения масштаба модельного времени. Гак, например, для обеспечения синхронизации состояний объектов, компоненты третьего типа лишены возможности принимать сообщения с просроченным сроком действия (т.