|  (Формат
70*100/16, 320 стр., брошюра с пакетом MVS 3.0 на компакт-диске).
Колесов
Ю.Б., Сениченков Ю.Б. Данное учебное пособие посвящено чрезвычайно важному
направлению современной инженерной и научной деятельности - компьютерному моделированию
сложных естественных и технических систем. Пособие состоит из двух разделов и
приложения. В первом разделе собраны все необходимые сведения о вычислительном
эксперименте, гибридных моделях и современных компьютерных технологиях, поддерживающих
вычислительный эксперимент. Во втором разделе описана разработанная авторами графическая
среда MVS(Model Vision Studium) для проведения вычислительных экспериментов с
гибридными моделями сложных динамических систем. Приложение содержит базовую версию
MVS, работающую под управлением WINDOWS 95/98/NT.
Пособие предназначено для
специалистов в различных областях знаний, использующих моделирование для решения
научных и прикладных вопросов. Оно будет полезно для школьников старших классов
и учителей информатики, интересующихся вопросами математического моделирования,
учителям естественно-научных дисциплин для разработки действующих компьютерных
моделей различных систем, а также студентам и преподавателям вузов, исследователям
сложных динамических систем. К пособию прилагается диск, на котором находится
дистрибутив базовой версии, снабженной подробной справочной системой, примеры,
демонстрирующие возможности предлагаемого подхода, и учебные примеры, на которые
авторы ссылаются по ходу изложения. ПРЕДИСЛОВИЕ Моделирование
на цифровых вычислительных машинах является одним из самых мощных средств анализа
динамических систем. Оно дает возможность изучать реальные или проектируемые системы
даже в тех случаях, когда эксперимент с реальным объектом невозможен или экономически
нецелесообразен. В настоящее время любой квалифицированный инженер, технолог или
менеджер должен владеть основами моделирования. До недавнего времени, однако,
это пожелание было трудно выполнимым, так как перевод математического описания
моделируемой системы на язык, понятный компьютеру, и интерпретация полученных
результатов были достаточно трудоемкими операциями и выполнялись только высококвалифицированными
специалистами. Технология проектирования, основанная на компьютерном моделировании,
использовалось только в научных исследованиях и при разработке действительно больших
и сложных технических систем, в основном, военного назначения.
Положение кардинально
изменилось с появлением мощных персональных компьютеров и графических сред визуального
моделирования. Одной из первых таких сред была специализированная надстройка
SIMULINK, работающая на базе математического пакета MATLAB. Средства визуального
моделирования позволяют вводить описание моделируемой системы в естественной для
пользователя, преимущественно графической форме, автоматически переводить это
описание на язык компьютера и представлять результаты моделирования опять же в
графической форме, например в виде временных или фазовых диаграмм и анимированных
картинок. Трудоемкость и время разработки модели и проведения вычислительных экспериментов
в таких средах сокращаются в десятки раз по сравнению с традиционным способом,
когда для каждой новой разработки создается индивидуальная программа. Относительная
дешевизна графических сред визуального моделирования и простота их эксплуатации
позволяют надеяться, что компьютерное моделирование действительно станет доступным
каждому инженеру, технологу и менеджеру.
В настоящее время существуют несколько
десятков пакетов визуального моделирования, в том числе пакет Model Vision 2.1,
в группу разработчиков которого входили и авторы этой книги. Эти пакеты базируются
на идеях, господствовавших в то время, когда о мощных компьютерах и графических
средах еще только мечтали. Графика в них используется весьма прямолинейно, она
сродни иллюстрации в книге, а сама технология моделирования требует постоянного
контроля со стороны разработчика за правильностью получаемых результатов, и поэтому
можно отнести эти средства визуального моделирования к средствам первого поколения.
Опыт их эксплуатации только умножил число нерешенных проблем. В основном
это связано с резким расширением круга пользователей и возрастающей сложностью
моделируемых систем. Главной проблемой является обеспечение достоверности
получаемых результатов. Решения систем уравнений, определяющих поведение модели,
находятся с помощью программных реализаций соответствующих численных методов.
Известно, что численное моделирование конкретных систем требует достаточно аккуратного
использования программных реализаций численных методов, в том числе сложной процедуры
выбора их параметров, а главное, уверенности в том, что именно эти программы можно
применять для решения предложенной задачи. К сожалению, многие пользователи не
имеют либо нужных знаний, либо навыков моделирования, а сами пакеты редко способны
подсказать, какой метод следует выбрать, и поэтому появляется опасность быстрого
и легкого получения совершенно неправильных результатов. Вторая проблема
связана с необходимостью правильного воспроизведения поведения систем, называемых
гибридными, в которых одновременно проявляются непрерывные и дискретные свойства.
Гибридными являются модели практически всех реальных и проектируемых систем. Опыт
показал, что для наглядного, легко воспринимаемого человеком описания таких систем
требуется специальный формализм, а для получения достоверного численного решения-специальные
методы. Третья проблема возникает при попытке создания новой технологии
визуального объектно-ориентированного моделирования сложных систем, аналогичной
технологии объектно-ориентированного программирования. Объектно-ориентированный
подход отличается легкостью проектирования систем, состоящих из множества похожих
элементов; экономичностью, связанной с возможностью применять уже существующие
библиотеки; простотой модификации существующих элементов. Однако простой перенос
методов объектно-ориентированного программирования в технологию компьютерного
моделирования вряд ли оправдан. В данной книге рассматривается новый подход
к объектно-ориентированному визуальному моделированию гибридных систем, который,
по мнению авторов, позволяет решить перечисленные выше проблемы. Практическим
воплощением этого подхода является пакет визуального моделирования второго поколения
MVS , учебная версия которого находится на компакт-диске, прилагаемом к книге.
Пакет разработан авторами совместно с Д.Б. Иниховым. Книга состоит из четырех
частей. В первой части излагаются основные задачи и этапы компьютерного моделирования
и дается обзор наиболее известных пакетов визуального моделирования. Во второй
части на примерах простых и хорошо известных динамических систем объясняется,
что такое гибридная система и чем привлекателен объектно-ориентированный подход.
Сравниваются между собой различные формализмы, применяемые для описания гибридных
систем. Обосновываются преимущества способа описания "объект = структура
+ поведение + динамический графический образ". Вводится понятие Карты поведения.
Формулируется понятие активного динамического объекта. Показано, как активный
динамический объект, названный обобщенным устройством, связан с классами объектно-ориентированного
программирования; как трактуются понятия инкапсуляции, наследования и полиморфизма
в объектно-ориентированном моделировании. Вводится понятие блок-схемы и приведены
способы ее использования для описания иерархических систем. Читатель узнает, что
такое вычислительный эксперимент и как вычислительный эксперимент проводится в
среде MVS . Третья часть содержит достаточно подробное описание устройства
пакета и библиотеки численных методов. Четвертая часть представляет собой
описание языка моделирования гибридных систем как языка программирования в традиционной
текстовой форме, сопровождаемое многочисленными примерами. Описание модели в текстовой
форме создается пакетом автоматически по построенному пользователем графическому
представлению. Текстовая форма полностью определяет будущую выполняемую модель
и может рассматриваться как спецификация моделируемой системы на специальном языке
высокого уровня. В приложении приведены примеры, которые помогут сделать
начинающим первые шаги в объектно-ориентированном моделировании. На прилагаемом
к книге диске находятся: дистрибутив учебной версии, снабженный подробной справочной
системой; примеры, демонстрирующие возможности предлагаемого подхода, и учебные
примеры, на которые мы ссылаемся по ходу изложения.
Возможно, в реализации
пакета существуют ошибки, возможно, вам захочется усовершенствовать что-то. Авторы
будут рады услышать и критику, и пожелания. Информацию о всех изменениях в существующей
типовой, профессиональной и Java-версиях вы можете найти в сети INTERNET по адресу:
http://www.xjtek.com. Проектирование
пакета MVS было в некотором смысле хобби для его авторов: пакет создавался в свободное
от основной работы время, без какого-либо "внешнего" финансирования.
Поэтому мы благодарны всем, кто позволил нам увеличить долю "свободного"
времени, потраченного на создание пакета и написание книги. Мы благодарны всем,
кто помогал нам распространять информацию о пакете, а именно - коллективу кафедры
распределенных вычислений и компьютерных сетей Санкт-Петербургского Государственного
технического университета, постоянно поддерживающему страничку XjTEK в рабочем
состоянии, на которой вы можете найти информацию и о других разработках кафедры,
редакции журнала "Компьютерные инструменты в образовании", опубликовавшей
серию статей о предыдущей версии пакета, и наконец издательству "Мир и семья-95",
рискнувшему выпустить эту книгу.
|
