Modellezés és szimuláció

3. A szimuláció és a számítógép

A szimuláció és a számítógép viszonyáról több szempont szerint beszélhetünk:

• a programozási nyelv kérdése,
• a számítógépes környezet kérdése,
• a számítógéptípus kérdése.

3.1. A programozási nyelv

Szimuláció céljára vagy általános célú programnyelvet használunk, vagy pedig valamilyen szimulációs nyelvet. Mindkettőnek vannak előnyei és hátrányai is. A szimulációs nyelvek jellemzői (a teljesség és a pontosság igénye nélkül):

• rendelkeznek beépített adatgyűjtéssel,
• képesek automatikusan eseményeket rögzíteni, számlálni stb.
• elemi utasításaikat szimulációs szempontok alapján választották,
• lehetőséget adnak komplex adatstruktúrák kezelésére is (mind statikus, mind dinamikus adatstruktúrák szerepelnek bennük),
• lehetőség van az idő beépített figyelésére,
• a szimulált folyamat folyamatszerű leírását teszik lehetővé,
• a fentiek következtében módot adnak arra, hogy gyorsan, egyszerű szerkezetű szimulációs programokat készítsünk.

A szimulációs nyelvek hátrányai:

• egy szimulációs nyelven megírt program általában lényegesen lassúbb, mint egy hagyományos nyelven megírt, azonos célú program,
• új programozási nyelvet (amely ráadásul egészen más gondolkodásvilágot képvisel) tanulni nehéz, ezért nem számítástechnikai szakember felhasználónak nem is célszerű ilyen nyelvvel foglalkozni.

A szimulációs programnyelvek egyik gyakori elképzelése az eseményleírás.

Esemény: megváltoztatja egy vagy több állapotváltozó értékét, állandó elemek működését írja le, újabb eseményeket aktiválhat.

Megvalósításai:

• eseményléptetés;
• időléptetés.

Ezen elképzelés szerint az események a modell állandó elemei működését írják le, egy esemény újabb eseményt aktiválhat, valamint megváltoztathatja egy vagy több állapotváltozó értékét. A generált események egy jósolt eseménylistába kerülnek, amelyből az aktuális eseményeket ki kell választani, majd 0 idő alatt végre kell őket hajtani.

A másik elterjedt elképzelés (a GPSS nyelv ilyen) a folyamatleírás.

Folyamat: egy rendszerelem viselkedését írja le (rendszerelem: mozgó objektum, utasítás: statikus objektum).

Minden folyamat az aktuális jelen időig hajtható végre, illetve lehetnek várakozó/fel-függesztett állapotban. A megvalósítás: jelen idejű, illetve jövő idejű események listája.

Itt folyamatok zajlanak, amelyek egy-egy rendszerelem (mozgó objektum) viselkedését írják le. A nyelv utasításai maguk a statikus objektumok. Minden folyamat az aktuális jelen időig hajtható végre, a folyamatok továbbá lehetnek várakozó/felfüggesztett állapotban.

Nézzünk egy GPSS példát Seprődi László könyvéből [SL]!

Feladat: Egy esztergapad működését kell modelleznünk. Előtte a munkadarabok sorba állnak, érkezésük 103, feldolgozásuk 94 percig tart. Milyen az eszterga kihasználtsága, az átlagos sorhossz, a termékek keletkezési üteme, ... ?

GPSS megoldás:

A hagyományos nyelveken történő szimuláció hátránya természetesen az, hogy a szimulációs folyamat elemi fogalmait megvalósító eljárásokat magunknak kell megírni az adott nyelv elemi utasításait felhasználva.

Vissza a tartalomjegyzékhez

3.2. A számítógépes környezet

Ebben a kérdéskörben azt kell megvizsgálnunk, hogy hogyan használhatja a felhasználó a számítógépet:

• a számítógép kötegelt (batch) feldolgozással dolgozik,
• a számítógép interaktív hozzáférést biztosít.

Az első eset jellemző programhasználati módja az, amikor a – már garantáltan helyes – programot beadjuk egy számítóközpontba, majd másnap-harmadnap megkapjuk az eredményt. Ha a beadás után rövid időn belül kapjuk az eredményt, akkor is úgy kell megírni a programot, hogy előre gondoskodjunk minden várható esemény, hiba kezeléséről, hiszen nincs lehetőség menet közbeni beavatkozásra.

Ugyanezen oknál fogva a programnak eredményül nagyon széleskörű és előre eldöntött információt kell adnia a szimulált folyamatról, s így az eredmény értékelése nagyon sokáig is tarthat. Ez a körülmény olyan problémát okoz, hogy legtöbbször a program által adott eredményeknek csak néhány százalékára lenne szükség (értelmetlen paraméterezés esetén ez például nyilvánvaló). Az ilyen eredmény ráadásul általában kevésbé szemléletes.

Ezzel szemben az interaktív környezet lehetőséget biztosít arra, hogy

• a felhasználó mindig lássa, hogy mi történik a szimulált rendszerben, és maga kérheti egyes részeredmények nyomtatott formában való megjelenését;
• menet közben bármikor beavatkozhat: megállíthatja a szimulációt, kérhet részletesebb információt az aktuális állapotról, áttérhet más eredménymegjelenítési módra stb.;
• a szimuláció folyamán módosíthatja a paramétereket is, ezek változtatásával megfigyelheti a modell reagálását a változásra;
• mindezek az értékelési folyamatot jelentősen meggyorsíthatják, kihasználva egyrészt a számítógép nagy sebességét, másrészt pedig az ember intelligenciáját.

Vissza a tartalomjegyzékhez

3.3. A számítógéptípus

Háromféle nagyságrendű számítógépről kell beszélnünk. Az egyszerű konfigurációjú személyi számítógépek elsősorban a számítógépes szimulációval való ismerkedés eszközei. A szimulációs módszerek tanulására használhatók, továbbá kísérletező szerepet kaphatnak modellek létrehozásakor: ilyen gépeken célszerű megtenni minden modellel az első próbálkozásokat.

A második típusba tartoznak a nagyszámítógépes rendszerek, amelyeket akkor célszerű használni, amikor egy bonyolult, sok paramétertől függő, sok adattal dolgozó, nagy műveletigényű feladatot kell megoldani.

A harmadik típus a tabletek, mobiltelefonok, … azaz a mobil eszközök világa.

Vissza a tartalomjegyzékhez