Введение к работе
Актуальность темы.
Во многих областях естествознания есть потребность в составлении моделей, описываемых на языке дифференциальных уравнений. Однако аналитические решения систем дифференциальных уравнений известны для достаточно узкого их класса, поэтому большое значение получили методы численного решения с использованием вычислительной техники и различные информационные технологии, реализующие это направление. Несмотря на общую направленность, каждая из этих технологий имеет свою специфику и ориентирована на определенный класс задач.
Системная динамика - одна нз таких технологий, разработанная Дж. Форрестером, ориентирована на построение имитационных макромоделей экономических, энергетических, экологических, технологических, геохимических и других систем с неизменяемой структурой. Основными ее компонентами являются : методика разработки моделей: специализированный язык DYNAMO для записи моделей; транслятор языка; средства работы с оттранслированными моделями. Системная динамика эффективна при создании небольших моделей, содержащих не более чем 200 - 300 операторов языка DYNAMO.
Существует целый класс задач, имеющих в качестве объектов исследования сложные, иерархически организованные системы, дтя моделирования которых предпочтительно применять средства и методы системной динамики, однако, объем и сложность получаемых моделей делают это невозможным. К таким объектам могут быть отнесены : энергетика и экономика страны предствлешше отдельными регионами, или в разрезе отдельных отраслей; энергетические и экономические системы регионов с разбивкой по предприятиям; экологические системы, состоящие из нескольких трофических уровней и т.д.
Целью работы является.создание технологии моделирования поведения сложных систем, представляющей развитие системной динамики, которая позволяет, полностью сохраняя" преемственность последней, записывать модель в виде иерархии взаимосвязанных подмоделей и тем самым расширяет класс решаемых задач. Технология включает : язык для описания моделируемых систем (МС): транслятор с этого языка; программу, обеспечивающую интерфейс с оттранслированными моделями; библиотеку алгоритмов решения систем конечно-разностных уравнений; инструкции и методические рекомендации по составлению моделей.
Методика" исследования. В работе использованы: теория контекстно-свободных языков; средства описания языков синтаксическими диаграммами; методы объектно-ориентированного программирования; теория и методы исследования систем обыкновенных дифференциальных уравнений.
Научную новизну составляют и на защиту выноси ген следующие положения.
1. Определен класс задач, не вписывающийся в стандартные методы
и средства системной динамики, и найден методический подход для
решения таких задач.
2. Предложено расширение языка DYNAMO, позволяющее
записывать модель в виде иерархии взаимосвязанных подмоделей.
-
Разработаны программы, реализующие расширенный язык.
-
Предложена новая методика моделирования.
Практическая ценность.
1. Программно реализована инструментальная система моделирования, включающая язык DYNAMO и его расширения. 2. Средствами этой системы построены : межотраслевая модель ГЕРМЕС; модель финансовых потоков в электроэнергетике; модель инфляционных процессов и изменения макроэкономических показателей КАССАНДРА и др.
5 Апробация работы.
Результаты диссертации опубликованы в 5-ти печатных работах, докладывались и обсуждались на IX байкальской школе-семинаре 'Методы оптимизации и их приложения" (Иркутск 1992), на IX всероссийской конференции "Математическое программирование и дриложения" (Екатеринбург 1995), на ученых советах и семинарах Сибирского энергетического института, на семинаре Иркутского зычислительного центра.
Структура и объем работы.
