Анализ методов и программных продуктов для имитационного моделирования экологических процессов и систем
Методы имитационного моделирования для прогнозирования экологических процессов. Системная динамика и агентное моделирование. Возможность реализации модели "хищник-жертва" каждым из обозначенных методов моделирования в программном продукте AnyLogic PLE.
| Рубрика | Программирование, компьютеры и кибернетика |
| Вид | статья |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 21.05.2017 |
| Размер файла | 970,4 K |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
АНАЛИЗ МЕТОДОВ И ПРОГРАММНЫХ ПРОДУКТОВ ДЛЯ ИМИТАЦИОННОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ ЭКОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ И СИСТЕМ
Голубничий Артем Александрович
В настоящее время наиболее популярными методами имитационного моделирования являются: системная динамика, диксретно-событийное моделирование и агентное моделирование. Большая часть современных средств в области имитационного моделирования специализируется на каком-то одном из вышеназванных методов. Так «системная динамика» реализована в программных продуктах: iThink, ModelMaker, PowerSim, VenSim, «дискретно-событийное моделирование» реализовано в Facsimile, Tortuga, EcosimPro, Flexsim, Lanner, Promodel, относительно новый вид имитационного моделирования - агентное моделирование реализуется в программах: Galatea, NetLogo, Mobility Testbed, Swarm, RePast [1].
При этом есть ряд программных продуктов, поддерживающих более одного вида имитационного моделирования и их комбинацию. Особый интерес в данном случае представляет программный продукт российской фирмы The AnyLogic Company [2]. Программный продукт с аналогичным названием - AnyLogic в настоящее время является лидером в сфере разработки имитационных бизнес-приложений в России и поддерживает все вышеназванные виды имитационного моделирования. В данном продукте, однако, разрабатываются приложения из разных сфер деятельности, так в рамках курса Массачусетского технологического института 15.879 Agent-Based Modeling for Health Policy рассматривались вопросы моделирования процессов принятия решений в области здравоохранения [3]. Таким образом, имитационное моделирование возможно для прогнозирования любых систем вне зависимости от сферы деятельности.
Выбор на имитационном моделировании останавливается в том случае, если применение аналитических моделей затруднительно. Факторами, создающими такие трудности, являются: стохастическая природа процессов и поведения объектов, а также необходимость моделирования на протяжении какого-то интервала времени. Оба фактора практически всегда присущи экологическим процессам и системам. При рассмотрении большинства направлений экологии, как науки, требуется решения оценки событий, имеющих явную стохастическую природу, так в общей экологии взаимодействие видов можно рассматривать как случайный процесс, длящийся во времени. Аналогичным образом можно рассмотреть процесс диффузии загрязнителей из области инженерной экологии. Данный процесс можно описывать в виде аналитических формул, однако наложение фактора времени, на столь большое количество исходных данных перегружает модель и требует определенного абстрагирования для решения конкретной задачи.
Большую часть экологических процессов и систем в зависимости от степени абстрагирования можно рассматривать методами системной динамики или агентного моделирования. В качестве примера остановимся на типичной задаче общей экологии - построение модели «хищник - жертва». В качестве средства моделирования, по обозначенным ранее причинам, выберем программный продукт AnyLogic 7.3.6 PLE. Аббревиатура PLE указывает на использование ограниченной версии программы, предназначенной для учебных целей (Personal Learning Edition). Отличительной особенностью программы AnyLogic является достаточно большой репозиторий моделей, представленный на соответствующем ресурсе [4]. Данный репозиторий пополняется пользователями самостоятельно, существует также набор моделей, встроенных в программу в качестве примеров.
Для построения модели «хищник - жертва» воспользуемся двумя стандартными учебными моделями: Predator Prey и Predator Prey Agent Based Model.
Модель Predator Prey решает поставленную задачу методами системной динамики. Структура модели представлена двумя составляющими: популяцией зайцев и популяцией рысей, каждая их составляющих регулируется двумя естественными потоками: рождения и смерти особей (рисунок 1). При этом модель является регулируемой динамически за счет изменения параметров: HareNatality (рождаемость зайцев), LynxNatality (рождаемость рысей) и Area (площадь). В систему также можно дополнительно вводить дополнительное количество особей любой из популяции соответствующими кнопками: HareInjectEvent и LynxInjectEvent. Для визуализации процесса (изменение численности популяций) используются временной график, при этом для его наглядности количество рысей отображается умноженное на 100.
имитационный моделирование системный динамика
Рисунок 1 - Реализация модели Predator Prey (системная динамика)
Модель Predator Prey Agent Based Model использует те же абстракции что и первая. В качестве отличия выступает выбор подхода моделирования. Агентное моделирование в своей основе не устанавливает общих правил для функционирования системы, а наоборот, задает поведение ее отдельных элементов (агентов). В рассматриваемой нами задаче явно присутствует два разных вида агентов: зайцы и рыси. Для построения модели необходимо задать стейтчарты (диаграммы состояний) для каждого из них (рисунок 2, 3).
Рисунок 2 - Стейтчарт для агента типа Hare
Рисунок 3 - Стейтчарт для агента типа Lynx
Оба стейтчарта модели Predator Prey Agent Based Model регулируют те же естественные процессы, что и потоки модели Predator Prey. Модель является также динамически регулируемой. Однако процессы рождения новых особей регулируются несколько другим способом. Если в предыдущей модели рождаемость задавалось одним параметром, то в агентной модели данный параметр задается через количество рождений детенышей за год и их количеством в выводке (рисунок 4).
Рисунок 4 - Реализация модели Predator Prey Agent Based Model (агентное моделирование)
Стохастическая природа большинства сложных процессов в экологии требует решения их посредством имитационного моделирования. На примере модели «хищник - жертва» была показана возможность применения двух основных методов имитационного моделирования: системная динамика и агентное моделирование в программном продукте AnyLogic 7.3.6 PLE.
Библиографический список
1. List of computer simulation software - Wikipedia [Электронный ресурс] https://en.wikipedia.org/wiki/List_of_computer_simulation_software (дата обращения 25.01.2017)
2. О компании - Инструменты имитационного моделирования AnyLogic [Электронный ресурс] http://www.anylogic.ru/about-us (дата обращения 25.01.2017)
3. Lectures for MIT 15.879, Spring 2012 [Электронный ресурс] https://www.cs.usask.ca/faculty/ndo885/Classes/MIT15879/Lectures.html (дата обращения 25.01.2017)
4. RunTheModel - Simulation Models [Электронный ресурс] https://www.runthemodel.com/ (дата обращения 25.01.2017)
Размещено на Allbest.ru
...Подобные документы
Особенности моделирования биологических систем с использованием программы "AnyLogic". Влияние различных факторов на популяции жертв и хищников. Принципы имитационного моделирования и его общий алгоритм с помощью ЭВМ. Анализ результатов моделирования.
курсовая работа [922,2 K], добавлен 30.01.2016Обзор средств компьютерного имитационного моделирования по созданию веб-приложения для визуализации имитационных моделей. Система имитационного моделирования AnyLogic, Arena, SimuLab. Серверная, клиентская часть. Модель работы отдела банка и участка цеха.
дипломная работа [3,3 M], добавлен 25.05.2015Описание программного обеспечения AnyLogic, поддерживающего три метода имитационного моделирования (системная динамика, дискретно-событийное и агентное моделирование). Разработка модели процесса перехода пассажиров на монорельсы через кассы и турникеты.
контрольная работа [524,9 K], добавлен 21.05.2015Теоретические основы моделирования систем в среде имитационного моделирования AnyLogic. Средства описания поведения объектов. Анимация поведения модели, пользовательский интерфейс. Модель системы обработки информации в среде компьютерного моделирования.
курсовая работа [1,5 M], добавлен 15.05.2014Особенности систем массового обслуживания и сущность имитационного моделирования с использованием GPSS. Структурная схема модели системы и временная диаграмма. Сравнение результатов имитационного моделирования и аналитического расчета характеристик.
курсовая работа [214,2 K], добавлен 23.06.2011Создание систем имитационного моделирования AnyLogic, Arena, SimuLab, Simbigraph и Forio. Серверная и клиентская часть. Разработка модели работы отдела банка, участка цеха, движения автобуса по маршруту и социальной сети. Описание web-приложения.
дипломная работа [3,4 M], добавлен 25.05.2015Основы систематизации языков имитационного моделирования, моделирование систем и языки программирования. Особенности использования алгоритмических языков, подходы к их разработке. Анализ характеристик и эффективности языков имитационного моделирования.
курсовая работа [1,4 M], добавлен 15.03.2012Основы технологии моделирования Arena. Построение простой имитационной модели. Моделирование работы системы обслуживания покупателей на кассе супермаркета. Построение модели IDEF3. Анализ результатов имитационного моделирования и аналитического решения.
курсовая работа [659,1 K], добавлен 24.03.2012Концептуальная модель процесса обслуживания покупателей в магазине. Описание системы моделирования GPSS. Разработка моделирующей программы на специализированном языке имитационного моделирования в среде AnyLogic. Результаты вычислительных экспериментов.
курсовая работа [906,9 K], добавлен 12.07.2012Разработка имитационной модели "Перекресток" для анализа бизнес-процессов предприятия и принятия решения в сложных условиях. Алгоритм построения имитационной модели на основе CASE-средств. Обзор программного обеспечения для имитационного моделирования.
дипломная работа [2,6 M], добавлен 22.11.2015Создание модели, позволяющей пользователю наблюдать за созданием процессов, требующих структуризации операционных систем. Организация доступа к ресурсу оперативной памяти. Использование методов имитационного моделирования для решения поставленной задачи.
курсовая работа [617,0 K], добавлен 23.05.2013Сущность концептуального и физического моделирования. Описание графической среды AnyLogic как единственного инструмента имитационного моделирования. Основные этапы создания модели, позволяющей наглядно проанализировать влияние рекламы на покупателей.
курсовая работа [690,2 K], добавлен 30.05.2014Программное средство системного моделирования. Структурная схема модели системы, временная диаграмма и ее описание. Сравнение результатов имитационного моделирования и аналитического расчета характеристик. Описание машинной программы решения задачи.
курсовая работа [146,5 K], добавлен 28.06.2011Применение метода имитационного моделирования с использованием генератора случайных чисел для расчета статистически достоверных переменных. Создание программы на языке GPSS. Результаты моделирования диспетчерского пункта по управлению транспортом.
курсовая работа [399,9 K], добавлен 28.02.2013Характеристика функций имитационного моделирования. Знакомство с особенностями имитационного моделирования агрегированной системы массового обслуживания. Анализ программы GPSSWorld: рассмотрение возможностей, способы составления имитационной модели.
курсовая работа [1,6 M], добавлен 27.05.2013Теория и основные этапы моделирования бизнес-процессов. Метод объектно-ориентированного анализа и проектирования. Особенности методологии ARIS. Метод, используемый в технологии Rational Unified Process. Связь функционального и имитационного моделирования.
презентация [531,0 K], добавлен 22.10.2014Разработка решения задачи имитационного моделирования системы массового обслуживания (СМО), на примере склада продукции. Построение концептуальной модели системы. Сравнение результатов имитационного моделирования и аналитического расчета характеристик.
курсовая работа [75,5 K], добавлен 26.06.2011Построение модели системы массового обслуживания с помощью ЭВМ с использованием методов имитационного моделирования. Моделирование проводилось с помощью GPSS World Student version, позволяющего достоверно воссоздать систему массового обслуживания.
курсовая работа [555,7 K], добавлен 29.06.2011Разработка имитационной модели функционирования кладовой на промышленном предприятии с использованием имитационного метода в среде GPSS World. Экспериментальное исследование результатов моделирования. Выработка предложений по оптимизации работы системы.
курсовая работа [183,1 K], добавлен 27.08.2012Роль, место, структура прогнозирования и предсказывания в информационно-аналитической работе. Характеристика его методов: имитационного моделирования, морфологического анализа,"дерева целей", неформального прогнозирования. Основные правила их составления.
контрольная работа [90,3 K], добавлен 19.04.2011
