Связи между переменными и структура модели и ее интерфейса

Рисунок 2. Схема-диаграмма модели «Хищники и жертвы»

Данная схема полностью описывает модель «Хищники и жертвы».

Переменные Зайцы и Волки являются накопителями. Накопитель так же, как и поток, является основным элементом системно-динамических диаграмм потоков и накопителей. В системной динамике накопители используются для представления таких объектов реального мира, в которых сосредотачиваются некоторые ресурсы: например, материальные объекты, знания, люди и т.п. Значения накопителей изменяются с течением времени согласно входящим в них и исходящим из них потокам.

В AnyLogic накопитель задается с помощью элемента  Накопитель.

Переменные РожденияЗайцев, СмертиЗайцев, РожденияВолков и СмертиВолков являются потоками. Поток определяет интенсивность потока, ведущего от одного накопителя к другому. Исходящий из накопителя поток уменьшает значение этого накопителя в каждую единицу модельного времени на значение этого потока, входящий - аналогично увеличивает значение того накопителя, в который этот поток входит. Один и тот же поток может служить исходящим потоком для одного накопителя и входящим - для другого; в этом случае говорится, что это поток из первого накопителя во второй.

В AnyLogic поток задается с помощью элемента Динамическая переменная.

Если на такую переменную в своей формуле ссылается какой-либо накопитель, то эта переменная будет считаться потоком, а иначе - вспомогательной переменной. 

Потоки и вспомогательные переменные отображаются в графическом редакторе по-разному:

- поток - вспомогательная переменная

Таким образом, переменная ПлотностьЗайцев является не потоком, но вспомогательной переменной.

На схеме также представлены постоянные величины Площадь, РождаемостьЗайцев, РождаемостьВолков, значения которых могут быть изменены «на лету», во время эксперимента, с помощью бегунков.

Для возможности изменения количества особей в популяциях волков и зайцев «на лету» были введены дополнительные элементы: кнопки ДобавитьВолков и ДобавитьЗайцев. При нажатии кнопки ДобавитьВолков активируется ранее запрограммированное событие ДобавитьВолков, и во время проведения эксперимента к популяции волков будет единовременно добавлено 60 волков. При нажатии кнопки ДобавитьЗайцев по аналогии к популяции зайцев будет добавлено 1000 зайцев.

На схеме-диаграмме также представлена табличная функция СмертностьВолков. Посмотреть саму таблицу можно в режиме редактирования. Возможен экспорт таблиц из программы Excel.

Интерфейс программы и создание модели

При создании модели в программе AnyLogic используются различные инструменты, из которых следует отметить в первую очередь Палитру. Палитра содержит в себе все объекты имитационного моделирования, представленные в арсенале программы: есть вкладка для системной динамики, агентного моделирования и т.д. Объекты, входящие в модель, создаются путем перетаскивания из палитры на область редактирования модели.

Рисунок 3. Палитра Презентация

Следует отметить наличие стандартных библиотек:

• Enterprise Library разработана для поддержки дискретно-событийного моделирования в таких областях как Производство, Цепи поставок, Логистика и Здравоохранение. Используя Enterprise Library, Вы можете смоделировать системы реального мира с точки зрения заявок (англ. entity) (сделок, клиентов, продуктов, транспортных средств, и т. д.), процессов (последовательности операций, очередей, задержек), и ресурсов. Процессы определены в форме блочной диаграммы.

• Pedestrian Library создана для моделирования пешеходных потоков в «физической» окружающей среде. Это позволяет Вам создавать модели с большим количеством пешеходного трафика (как станции метро, проверки безопасности, улицы и т. д.). Модели поддерживают учёт статистики плотности движения в различных областях. Это гарантирует приемлемую работу пунктов обслуживания с ограничениями по загруженности, оценивает длину простаивания в определённых областях, и обнаруживает потенциальные проблемы с внутренней геометрией — такие как эффект добавления слишком большого числа препятствий — и другими явлениями. В моделях, созданных с помощью Pedestrian Library, пешеходы двигаются непрерывно, реагируя на различные виды препятствий (стены, различные виды областей) так же как и обычные пешеходы. Пешеходы моделируются как взаимодействующие агенты со сложным поведением. Для быстрого описания потоков пешеходов Pedestrian Library обеспечивает высокоуровневый интерфейс в виде блочной диаграммы.

• Rail Yard Library поддерживает моделирование, имитацию и визуализацию операций сортировочной станции любой сложности и масштаба. Модели сортировочной станции могут использовать комбинированные методы моделирования (дискретно-событийное и агентное моделирование), связанные с действиями при транспортировке: погрузками и разгрузками, распределением ресурсов, обслуживанием, различными бизнес-процессами.

С помощью простого и удобного программного интерфейса были запрограммированы все упоминавшиеся выше элементы модели и ее представления: переменные, бегунки, кнопки, надписи.

Кроме того, был добавлен график, иллюстрирующий взаимозависимость количества волков и количества зайцев.

Рисунок 4. Программирование кнопки ДобавитьЗайцев

Вывод

Полученная модель, как упоминалось выше, является простейшей и не описывает существующие экологические системы полностью адекватно. Однако она отражает тенденции цикличности, присущие живой природе. При проведении эксперимента видно, что увеличение популяции зайцев влечет запаздывающее увеличение популяции волков (важно отметить это самое запаздывание, т.е. инерционность процесса взаимодействия популяций). В свою очередь увеличение количества хищников приводит к уменьшению популяции зайцев. Это уменьшение ведет за собой вымирание некоторого числа волков, что в свою очередь позволяет размножиться зайцам и т.д. – получается цикл.

Рисунок 5. Проведение эксперимента

При установлении экстремальных значений параметров, используемых в модели, происходят практически необратимые изменения в динамике популяций животных. Однако цикличность присутствует и здесь. Это вызвано двумя причинами: во-первых, неточность модели, а во-вторых вполне реальный фактор сдерживания размножения животных из-за ограниченности территории и истощения ресурсов.

В примере, изображенном на иллюстрации, было изменено значение прироста волков (до 0.1), что привело к катастрофическому размножению зайцев.

Рисунок 6. Поведение системы при экстремальных значениях параметров