Вычислительный эксперимент

Процесс построения и использования компьютерных моделей принято называть вычислительным экспериментом. Современные инструменты компьютерного моделирования поз­воляют в значительной степени автоматизировать этот процесс.

Рассмотрим этапы вычислительного эксперимента.

Построение математических моделей. Эта работа в основном выполняется вручную. Для ее облегчения можно воспользоваться готовыми библиотеками компонентов практически для всех известных прикладных областей. Кроме того, современные моделирующие пакеты прикладных программ содержат обширные библиотеки функций, позволяющие собирать модель из готовых компонентов.

Построение компьютерных моделей. После завершения разработки математической модели требуется создать реализующую ее программу.

На исторически ранних этапах компьютерного моделирования эти программы создавались либо на языках программирования высокого уровня (Фортране, Алголе), либо даже на языке команд ЭВМ. Программа в машинных кодах давала иногда очень серьезный выигрыш в быстродействии, поскольку ЭВМ того периода выполняли всего лишь десятки и сотни тысяч операций в секунду, поэтому стоило бороться за оптимальное выполнение каждой машинной команды. Традиционным языком программирования для построения компьютерных моделей являлся Фортран. Практически все стандартные библиотеки численных методов и функций. составлявшие основу математических моделей, и по сей день пишутся на современных версиях Фортрана.

Применявшаяся в те годы технология программирования требовала для создания моделей значительных затрат времени, измеряемых многими человеко-месяцами. На сегодняшний день положение кардинально изменилось. Разработано множество пакетов прикладных программ для моделирования, которые значительно упростили и ускорили работу научных работников и инженеров.

Проведение вычислительного эксперимента. После завершения разработки, отладки и тестирования компьютерной модели наступает этап ее практического использования. Его можно представить как последовательность следующих основных шагов:

1. Оценка адекватности построенной компьютерной модели. В ряде случаев оценка адекватности приводит к пересмотру требований к модели и возврату на первый этап
жизненного цикла - приходится уточнять или заново строить математическую модель.

2. Исследование объекта с помощью модели. На этом этапе выполняется основная работа, для которой предназначалась модель. Этот этап работы обычно выполняется по заранее
составленному плану, в результате чего с помощью модели решаются задачи анализа и/или синтеза разрабатываемой системы.

3. Анализ полученных результатов. Подведение итогов моделирования может привести к выводу, чтозапланированных экспериментов недостаточно для завершения работ, а возможно, и к необходимости вновь уточнить математическую модель.

Современные инструменты компьютерного моделирования позволяют в значительной степени автоматизировать проведение вычислительного эксперимента.