ГЛАВА 6. МОДЕЛИ И ИНСТРУМЕНТАРИИ РЕШЕНИЯ ФУНКЦИОНАЛЬНЫХ И ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫХ ЗАДАЧ
§6.4. Этапы компьютерного моделирования
Можно выделить следующие основные этапы
компьютерного моделирования, показывающие логическую последовательность действий от постановки задачи до получения решения:
1. Общая формулировка задачи. Этот пункт, несмотря на кажущуюся простоту, чрезвычайно важен. Здесь необходимо сформулировать задачу в содержательных терминах и определить что является «входными» данными задачи и что мы собираемся получить в результате решения. Недопустимо требование «найти то, сам не знаю что».
30.06.19 Доцент С.Т. Касюк |
2 |
2. Математическая формулировка задачи.
Здесь необходимо определить математические величины, которые будут описывать задачу и получить математические связи между ними, т.е. составить математическую модель. Этот этап является критическим, поскольку неправильная или плохая модель сводит на нет все дальнейшие усилия. В то же время во многих случаях этот этап является самоочевидным, если есть общепринятые уравнения, описывающие рассматриваемый класс задач.
30.06.19 Доцент С.Т. Касюк |
3 |
3. Выбор математического метода решения.
Здесь необходимо на основе накопленного арсенала математических методов выбрать тот, который целесообразно использовать для решения поставленной задачи. Как правило, этот выбор осуществляется исходя как из субъективных причин (знание тех или иных математических методов), так и из объективных причин, к которым в первую очередь необходимо отнести имеющиеся ресурсы ЭВМ (память, быстродействие).
30.06.19 Доцент С.Т. Касюк |
4 |
При этом, если для получения решения требуются ресурсы ЭВМ, которые превосходят имеющиеся в наличии (чрезмерное время счета или недоступный объем памяти), то необходим либо поиск других математических методов, либо надо изменять математическую модель в сторону упрощения.
30.06.19 Доцент С.Т. Касюк |
5 |
Суперкомпьютер — вычислительная машина, значительно превосходящая по своим техническим параметрам большинство
существующих компьютеров. Как правило, современные суперкомпьютеры представляют собой большое число высокопроизводительных серверных компьютеров, соединённых друг с другом для достижения максимальной производительности в рамках подхода распараллеливания вычислительной задачи.
30.06.19 Доцент С.Т. Касюк |
6 |
Производительность суперкомпьютера больше 1 триллиона операций в секунду (1Тфлопс).
Такие машины используются для работы с приложениями, требующими наиболее интенсивных вычислений (например, прогнозирование погодно-климатических условий, моделирование ядерных испытаний и т.д.).
30.06.19 Доцент С.Т. Касюк |
7 |
4. Составление алгоритма решения. Этот этап тесно связан с предыдущим и должен быть направлен в первую очередь на разработку эффективных алгоритмов, т.е. таких, которые требуют наименьшего количества ресурсов ЭВМ для своей реализации.
5. Составление и отладка программы. Этот этап может быть весьма трудоемким, особенно для начинающих программистов. При отладке больших программ целесообразно использовать специальные программные средства (отладчики), облегчающие процесс нахождения ошибок.
30.06.19 Доцент С.Т. Касюк |
8 |
6. Тестирование программы. На этом этапе изучаются проверочные решения для того, чтобы удостоверится в правильности работы алгоритма. Для этого решаются задачи с такими исходными данными, для которых известно достоверное решение, либо используются какие-то косвенные свидетельства, например в ряде задач существует связь между исходными данными и результатами, например закон сохранения энергии, импульса и т.д.
7. Решение поставленной30.06.19 задачи и
представление результатов. Здесь наиболее существенным является удобный и наглядный вывод результатов. Во многих случаях целесообразно использовать графические программные средства для визуализации полученных данных.
Доцент С.Т. Касюк |
9 |
При решении конкретных задач некоторые из этих этапов могут исключаться самой постановкой задачи. Например, если требуется вычислить значение некоторой функции y=f(x) при различных значениях аргумента х, то формула заданной функции является математической формулировкой задачи и при этом определяет метод вычислений.
30.06.19 Доцент С.Т. Касюк |
10 |