Тема 16. Имитационные моделиобъектов АПК

Имитационные модели объектов АПК
1. Понятие об имитационных моделях
Имитационная модель:
предназначена для имитации функционирования объекта моделирования;
не зависит от конкретной цели, для которой предпринимается имитация;
используется для постановки на ней компьютерных экспериментов (машинной имитации).

Имитационные модели объектов АПК
1. Понятие об имитационных моделях
Имитационная модель:
представляет собой описание структуры моделируемого объекта, достаточное для воспроизведения существенных черт его поведения;
конструируется таким образом, чтобы в процессе моделирования ей могла быть сообщена цель моделирования.
Способы использования (приёмы машинной имитации):
случайные испытания (метод Монте-Карло);
сценарный метод;
отыскание критических значений параметров модели;
поиск оптимума некоторой целевой функции.

Имитационные модели объектов АПК
1. Понятие об имитационных моделях
Формы представления, используемые при имитационном моделировании:
алгоритмическая система (чаще всего);
целенаправленная система ⇒ оптимальная;
конкурентная система ⇒ равновесная;
форма неоптимальной системы используется в процессе компьютерного эксперимента, если вводится целевая функция, отражающая внешнюю (вменённую) цель функционирования системы, достигаемая посредством управления.

Имитационные модели объектов АПК
ЕСЛИ
2. Основное предположение имитационного моделирования
Модель достаточно точно описывает репрезентативное подмножество возможных состояний объекта моделирования
Можно указать границы значений переменных, в которые укладывается данное подмножество
Нет прямых оснований считать, что отношения между переменными в этих границах могут быть существенно различными
ТО
Предполагается, что модель описывает все состояния в заданных границах
Предположение считается верным до тех пор, пока не будет опровергнуто опытом
Отсюда – неизбежный и не под-дающийся оценке риск ошибки
В последнем случае модель дорабатывают

Имитационные модели объектов АПК
2. Основное предположение имитационного моделирования ♦
Наблюдения, воспроизводимые моделью
Наблюдения, не воспроизводимые моделью
Подходящие границы действия основного предположения
Неподходящие границы

Имитационные модели объектов АПК
3. Основы методологии разработки имитационных моделей
Системный анализ объекта моделирования
Результат – знание структуры объекта
Разработка системы переменных
Результат – описание переменных модели с подразделением на:
входные (экзогенные), промежуточные и выходные (эндогенные);
управляемые и неуправляемые.
Если место переменной в потоке данных зависит от цели компьютерного эксперимента, это должно быть указано в сопроводительной документации к модели
Математическое описание связей между переменными
Результат – математическая запись модели

Имитационные модели объектов АПК
3. Основы методологии разработки имитационных моделей
Предварительное обоснование значений параметров модели
Результат – грубая оценка параметров модели, достаточная для целей отладки её программной реализации.
Источники – литература, экспертные знания, сопоставление со значениями известных параметров, статистическая оценка.
Упрощение математической записи
Программирование модели
Результат – программный продукт, при помощи которого планируется осуществлять компьютерные эксперименты на модели.

Имитационные модели объектов АПК
3. Основы методологии разработки имитационных моделей
Отладка модели
Устранение ошибок программирования.
Параметрическая идентификация
Результат – подбор значений параметров модели, при которых модель даёт наилучшие результаты на имеющейся базе данных о фактических состояниях объекта моделирования.
Могут использоваться как формализованные (метод наименьших квадратов и т.п.), так и неформальные (ручной подбор) методы.
Параметры, значения которых известны a priori, не подлежат идентификации.
Если модель допускает декомпозицию, идентифицировать лучше каждую субмодель отдельно.
Эксплуатация модели

Имитационные модели объектов АПК
3. Основы методологии разработки имитационных моделей
Требования к соотношениям, используемым в имитационных моделях
Должны быть разрешимы относительно любой входящей в них переменной, причём решение должно быть единственным
Должны иметь простой и понятный экономический смысл
Не должны быть слишком длинными
Все переменные и параметры должны иметь единицы измерения, соответствующие их смыслу
Должны быть непрерывными и дифференцируемыми

Имитационные модели объектов АПК
4. Структура имитационной модели АПК региона
Модель макроэкономическая
Состоит из подсистем растениеводства и животноводства
Каждая из подсистем состоит из ряда субмоделей
Каждая субмодель может быть представлена одним из экземпляров коллекции моделей, выбор которого зависит:
от наличия исходных данных;
от требуемой точности расчётов;
от поддерживаемых конкретной субмоделью направлений потока данных;
от имеющихся инструментальных средств реализации модели.

Имитационные модели объектов АПК
4. Структура имитационной модели АПК региона: растениеводство

Имитационные модели объектов АПК
4. Структура имитационной модели АПК региона: растениеводство
На схеме отражены логические связи, а не потоки данных.
Потоки данных определяются тем, какие данные известны при компьютерном эксперименте, а какие нет.
Не все направления потоков данных могут быть реализованы:
некоторые не реализуются вообще;
другие реализуются только при подключении подходящих экземпляров из коллекций субмоделей отдельных процессов.
Направления потока данных, соответствующие логическим связям, реализуются гарантированно.
В трёхмерных блоках компоненты модели растениеводства, в двумерных — компоненты других моделей.

Имитационные модели объектов АПК
4. Структура имитационной модели АПК региона: растениеводство
Пример 1: простейший экземпляр коллекции моделей прогнозирования площади сельхозугодий
Проверка единиц измерения:

Имитационные модели объектов АПК
4. Структура имитационной модели АПК региона: растениеводство
Пример 1: простейший экземпляр коллекции моделей прогнозирования площади сельхозугодий
Проверка единиц измерения:

Имитационные модели объектов АПК
4. Структура имитационной модели АПК региона: растениеводство
Пример 2: простейший экземпляр коллекции моделей урожайности культур

Имитационные модели объектов АПК
4. Структура имитационной модели АПК региона: растениеводство
Пример 2: простейший экземпляр коллекции моделей урожайности культур

Имитационные модели объектов АПК
4. Структура имитационной модели АПК региона: животноводство

Имитационные модели объектов АПК
4. Структура имитационной модели АПК региона: животноводство
Пример 3: расчёт максимально достижимого надоя на имеющейся кормовой базе при кормлении до уровня насыщения

Имитационные модели объектов АПК
4. Структура имитационной модели АПК региона: животноводство
Пример 3: расчёт максимально достижимого надоя на имеющейся кормовой базе при кормлении до уровня насыщения

Имитационные модели объектов АПК
4. Структура имитационной модели АПК региона: кормовой баланс

Имитационные модели объектов АПК
4. Структура имитационной модели АПК региона: кормовой баланс