Рассмотрим имитационную модель с этой точки зрения, т.е. как систему для переработки информационных потоков. Учитывая, что модель реализуется на ЭВМ, являющейся вычислителем дискретного действия, можно следующим образом схематически представить себе последовательность операций в процессе моделирования (рис. 4.7). На -м временном шаге модели каждому из п ее блоков доступна информация, образующая вектор текущего состояния модели х(к), вектор внешних воздействий и параметров модели а. Обращение к блокам производится поочередно в любой последовательности. При этом результатом вычислений, выполняемых в /-м блоке, является некоторый массив переменных х/(к + 1), являющийся выходом этого блока в следующий момент времени (состояние /-го блока).[ ...]
Поэтому результатом проработки всех блоков на данном шаге явится новое состояние модели х(к + 1). После вычисления этого нового состояния модельное время увеличивается на величину шага, массив .г(Л + 1) переписывается на место х(7с) и процесс вычисления повторяется.[ ...]
Из этого схематического описания, следует, что в модели информационные потоки разделяются на два типа. Часть из них замыкается внутри каждого блока, а другая часть передается от блока к блоку, образуя в целом ’’глобальное” состояние модели. Очевидно, что связь модели с внешним информационным обеспечением определяется именно этой второй частью информации (т.е. входными, выходными и межблочными потоками) и не зависит от переменных, замыкающихся в пределах каждого блока.[ ...]
Поясним сказанное на описанном выше примере модели агрофитоценоза. Уравнения движения почвенной влаги являются одинаковыми практически для всех одномерных задач влагопереноса. Следовательно, реализованный в виде некоторой численной схемы блок влагообмена в почве может войти в качестве составной части в целый ряд моделей. С другой стороны, учитывая нелинейный характер этих уравнений, можно предложить несколько численных методов интегрирования исходной системы: метод обычной или потоковой прогонки с линеаризацией, метод конечных элементов, итерационный метод, использование схемы ’’предикатор — корректор” и др. Все эти схемы отличаются друг от друга по точности, затратам машинного времени, требованиям к размерам пространственной сетки. И при этом каждый из них обеспечивает расчет последующего состояния блока (т.е. массива влажности почвы в узлах расчетной сетки) в зависимости от входных переменных блока, заданных на предыдущем шаге. Аналогичным образом ’’работают” блок фотосинтеза, блок метаболизма и другие блоки модели. Следовательно, можно иметь несколько версий реализации одного и того же блока модели и производить выбор той или иной версии в процессе ее сборки, исходя из конкретного содержания решаемой задачи. Более того, многие блоки можно считать универсальными и использовать в самых разнообразных моделях. Мы уже упоминали, что блок водного режима почвы пригоден для широкого набора почв (исключение составляют так называемые ’’набухающие” почвы, изменяющие объемную массу при вариациях влагосодержания). Точно так же один и тот же блок микроклимата посева годится для всех сельскохозяйственных культур, посевы которых можно считать горизонтально однородными.[ ...]
Нетрудно видеть, что введенные до сих пор понятия лишь незначительно отличаются от тех, которые обычно используются в теории дискретных динамических систем. Их пояснение было необходимо для того, чтобы другие термины, которые будут определены в дальнейшем, получили однозначное толкование.[ ...]
Банк моделей - совокупность моделей, решающих задачи определенной предметной области и реализуемых в некоторой операционной среде на основе единого математического, программного, технического (тип и минимальная конфигурация ЭВМ) и информационного (база данных) обеспечения. Мы связываем, таким образом, понятие банка моделей с единством их информационной базы. Это представляется естественным в свете тех рассуждений о специфике имитационных систем, которые приведены в предыдущих пунктах.[ ...]
Проиллюстрируем введенные выше понятия на примерах имитационных моделей, рассмотренных выше. Описанная в п. 1.3.2 динамическая система образует модель зеленой дубовой листовертки. Класс моделей можно образовать, если рассматривать все основные виды насекомых-вредителей в данном лесном массиве, принадлежащих некоторому характерному типу. Объединяя эти виды по способу взаимодействия ’’лес — вредитель”, можно получить, например, класс моделей, имитирующих динамику численности листогрызущих насекомых, насекомых-короедов и т.п. Наконец, включая в общую систему моделей блоки, учитывающие типы и разновидности почв, погодно-климатические данные и виды древостоя, и объединяя их с базой данных, мы получим банк моделей.[ ...]
Описанную в п. 1.3.1 структуру ELM можно, напротив, уже считать банком моделей, поскольку она охватывает описание всех типовых разновидностей луговых биомов, а также содержит соответствующее информационное наполнение. При исследовании продукционного процесса в агроэкосистемах банк моделей составляют описания сезонной динамики возделываемых в зоне культур, совместно с моделями почвенных, погодно-кли-матических процессов и агротехнологий. К некоторому классу следует отнести модели культур с определенным типом морфогенеза (зерновые, травы, корнеклубнеплоды и т.д.). Описания динамики роста и развития растений конкретного вида, например пшеницы, образуют версии блока внутри одного класса. Следовательно, выбирая одну версию для каждого блока, мы можем получить, например, модель агрофитоценоза пшеницы, ячменя или другой культуры.[ ...]
Очевидно, что введение понятий классов и банков моделей упорядочивает работу по созданию имитационных систем. В частности, при подобной организации блок микроклимата, например, может быть единым для всех культур сплошного сева. Это исключает необходимость дублирования при разработке программ. Однако введенные нами понятия имеют и более глубокий смысл. Опираясь на них, можно более эффективно и целенаправленно строить работу по созданию имитационных систем. Эти вопросы находят свое отражение в технологии моделирования, к описанию которой мы и переходим.[ ...]
Рисунки к данной главе:
| Схема работы модели блочного типа |
 |