Імітаційні моделі для прийняття рішень

 МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ 
 
 
 

КУРСОВА РОБОТА

з предмету „Економічна кібернетика”

на тему „Імітаційні моделі для прийняття рішень”

студентки -го курсу денної форми навчання

спеціальності „Економічна кібернетика” 
 
 
 
 

Керівник  проекту 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Київ 2010 р.

 

ЗМІСТ

ВСТУП………………………………………………………………………………3

РОЗДІЛ  1 ОСНОВНІ ЗАСАДИ ІМІТАЦІЙНОГО МОДЕЛЮВАННЯ……..5

1.1. Поняття про імітаційне моделювання……………………………………........5

1.2. Етапи імітаційного та адаптовано-імітаційного моделювання………………7

1.3. Доцільність використання імітаційного моделювання……………………...12

РОЗДІЛ 2 ХАРАКТЕРИСТИКА ІМІТАЦІЙНИХ  МОДЕЛЕЙ……………..15

2.1. Імітаційні моделі для дослідження стохастичних та детермінованих систем. Планування імітаційного експерименту………………………………………….15

2.2. Структура імітаційних моделей……………………………………………....18

2.3. Методи проектування імітаційних моделей……………………………........19

РОЗДІЛ 3 ЗАСТОСУВАННЯ ІМІТАЦІЙНИХ  МОДЕЛЕЙ ДЛЯ ПРИЙНЯТТЯ  РІШЕНЬ………………………………………………………….26

3.1. Подання результатів моделювання……………………………………….......26

3.2. Методи прийняття рішень………………………………………………….....31

3.3. Прийняття рішень за допомогою імітаційних моделей…………………......34

ВИСНОВКИ………………………………………………………………………..39

СПИСОК  ВИКОРИСТАНИХ ДЖЕРЕЛ……………………………………….41

 

     ВСТУП

     Для сучасного етапу розвитку економіки характерно динамічна, прискорена зміна соціально-економічних умов. В зв’язку з цим особливу роль набуває здатність органів управління своєчасно приймати відповідні ефективні заходи. Забезпечити інформаційну підтримку їх вироблення та обґрунтування покликані системи підтримки прийняття рішень. Серед різноманітних інструментів, які входять до складу системи підтримки прийняття рішень, важливе місце займає імітаційне моделювання як основа багатоваріантного прогнозування та аналізу систем високого ступеню складності.

     Імітаційне  моделювання дозволяє розглядати процеси, що відбуваються в системі, практично на будь-якому рівні деталізації, при цьому імітаційна модель може реалізувати практично будь-який алгоритм управлінської діяльності або поведінки системи Крім того, моделі, що допускають дослідження аналітичними методами, також можуть аналізуватися імітаційними методами. Все це є причиною того, що імітаційні методи моделювання в даний час стають основними методами дослідження складних систем.

     Переваги  застосування імітаційного моделювання найбільш помітно виявляються у разі моделювання виробничих і технологічних процесів, процесів матеріально-технічного забезпечення виробництва, у логістиці, а також під час проведення бізнес-планування, екологічних і соціологічних досліджень. Важливо, що імітаційне моделювання використовується, скоріше, як спосіб для осмислення проблеми і допомагає в цьому більше, ніж простий текстовий або математичний опис проблеми. Воно дає змогу глянути на складний процес прийняття рішення більш масштабно, з погляду процесів, які відбуваються всередині системи, що моделюється. Це все відбувається за допомогою побудованих імітаційних моделей, які реалізеються на електронно-обчислювальних машинах (ЕОМ).

     Прийняття рішень є найважливішою функцією управління, успішне здійснення якої забезпечує досягнення організацією її цілей. Через невміння якісно і раціонально здійснювати цей процес, через відсутність в організації механізму його здійснення, технології, страждає більшість фірм і підприємств, державних установ і органів в Україні. Успіх організації, у якій би сфері вона не функціонувала, багато в чому залежить від цього, а тим більше в Україні, де більшість організацій проходять перші етапи свого розвитку і дуже важливо яку технологію рішення проблем вони опрацьовують. Тема роботи охоплює широке коло питань імітаційного моделювання, однак, найбільша увага приділена основним засадам імітаційного моделювання, загальній характеристиці імітаційних моделей та виходячи з огляду імітаційного моделювання наведені імітаційні моделі прийняття рішень. Об'єктом дослідження виступає імітаційне моделювання – розробка та виконання на комп’ютері імітаційних моделей. Предметом дослідження є безпосередньо процес прийняття рішень за допомогою імітаційних моделей тобто, як сукупність поетапно застосовуваних процедур і методів по виробленню і реалізації рішень. Мета даного дослідження полягає в тому, щоб розглянути етапи процесу підготовки, побудови, налаштування імітаційних моделей на базі яких ухвалюються рішення.

 

     

      РОЗДІЛ 1

      ІМІТАЦІЙНЕ  МОДЕЛЮВАННЯ 

   1.1. Поняття про імітаційне моделювання

     Імітаційне  моделювання – це розробка та виконання  на комп’ютері програмної системи, яка  відображає структуру та функціонування (поведінку) моделюючого об’єкту  або явища в часі. Таку програмну систему називають імітаційною моделлю цього об’єкту або явища. Об’єкти і сутність імітаційної моделі являють собою об’єкти і сутність реального світу, а зв’язки структурних одиниць об’єкту моделювання відображаються в інтерфейсних зв’язках відповідних об’єктів моделі. Таким чином, імітаційна модель – це спрощена подібність реальної системи, або існуючої, або тієї, яку передбачається створити в майбутньому. Імітаційна модель зазвичай представляється комп’ютерною програмою, виконання програми можна вважати імітацією поведінки вихідної системи в часі.

     В україномовній літературі термін „моделювання”  відповідає американському „modeling”, що означає створення моделі та її аналіз, причому під терміном „модель” розуміється об’єкт будь-якої природи, який у спрощеному вигляді представляє досліджувану систему. Слова „імітаційне моделювання” та „обчислювальний (комп’ютерний) експеримент” відповідають англомовному терміну „simulation”. Ці терміни мають на увазі розробку моделі саме як комп’ютерної програми та виконання цієї програми на комп’ютері.[8]

     Отже, імітаційне моделювання – це діяльність по розробці програмних моделей реальних або гіпотетичних систем, виконання  цих програм на комп’ютері та аналіз результатів комп’ютерних експериментів  з дослідження поведінки моделей. Імітаційне моделювання має суттєві переваги перед аналітичним моделюванням в тих випадках, коли:

• відношення між змінними в моделі нелінійні, і тому аналітичні моделі складно або неможливо побудувати;
• модель містить стохастичні компоненти;
• для розуміння поведінки системи необхідна візуалізація динаміки процесів, які в ній відбуваються;
• модель містить багато паралельно функціонуючих взаємодіючих компонентів.

      В багатьох випадках імітаційне моделювання  – це єдиний спосіб отримати уявлення про поведінку складної системи та провести її аналіз.

      Сполучення  термінів імітація і моделювання не є тавтологією Словосполучення «імітаційне моделювання» визначає в моделюванні таку область, яка відноситься до одержання експериментальної інформації про складний об'єкт, що не може бути отримана іншим шляхом, як тільки експериментуючи з моделлю об'єкта, найчастіше — на ЕОМ.

      Другою  визначальною рисою терміна є  вимога повторюваності тому що один окремо взятий експеримент нічого не значить. Імітаційний об'єкт має ймовірнісний характер функціонування. Для дослідника становлять інтерес висновки, що мають характер статистичних показників і оформлені, наприклад, у вигляді графіків або таблиць, у котрих кожному варіанту досліджуваних параметрів поставлені у відповідність визначені середні значення їх розподілу, без одержання залежності в аналітичному вигляді.

      Ця  особливість є перевагою і, одночасно, недоліком імітаційних моделей. Перевага у тому, що різко розширюється клас досліджуваних об'єктів, а недолік — у відсутності простого керуючого аналітичного виразу, що дозволяє прогнозувати результат повторного експерименту. Але в реальному житті також неможливо одержати для складного об'єкта точне значення економічного показника, а тільки лише його очікуване значення з можливими відхиленнями.

      Основною  функцією імітаційної моделі є відтворення  із заданим ступенем точності прогнозованих параметрів її функціонування, що представляють дослідницький інтерес.

      1.2. Етапи імітаційного  та адаптовано-імітаційного  моделювання

      Імітаційне моделювання складається з двох великих етапів: створення моделі та аналіз побудованої моделі з метою прийняття рішення. Але це всього лиш верхня частина айсбергу. Побудова дійсно корисної імітаційної моделі потребує великої роботи. Спочатку розробник моделі повинен визначити, які задачі будуть вирішуватись з її допомогою, тобто моделюванню в будь-якій його формі повинна передувати формулювання мети моделювання. Від мети залежить те, які процеси в реальній системі потрібно виділити і відобразити в моделі, а від яких процесів абстрагуватись, які характеристики цих процесів враховувати, а які – ні, які співвідношення між змінними і параметрами моделі повинні бути відображені в моделі. Даний етап можна охарактеризувати як створення концептуальної (змістовної) моделі.

   Концептуальна (змістовна) модель — це абстрактна модель, що визначає склад і структуру системи, властивості її елементів і причинно-наслідкові зв'язки, властиві аналізованій системі й суттєві для досягнення цілей моделювання. У концептуальній моделі, як правило, у вербальній формі доводяться відомості про природу і параметри (характеристики) елементарних явищ досліджуваної системи, про вигляд і ступінь взаємодії між ними, про місце і значення кожного елементарного явища в загальному процесі функціонування системи. На ньому відбувається структуризація моделі, тобто виділення окремих підсистем, визначення елементарних компонентів моделі та їх зв’язків на кожному рівні ієрархії. В імітаційному моделюванні структура моделі відображає структуру реального об’єкту моделювання на деякому рівні абстракції, в зв’язку між компонентами моделі являються відображенням реальних зв’язків. Елементи системи, їх зв’язки, параметри та змінні, а також їх співвідношення і закони їх зміни повинні бути виражені засобами середовища моделювання, тобто в цьому середовищі повинні бути визначені змінні та параметри моделі, побудовані процедури обчислення зміни змінних і характеристик моделі в часі. При необхідності для більшого розуміння процесів, які протікають в моделі, повинно бути розроблено анімаційне зображення цих процесів. Потім побудована модель повинна бути перевірена з точки зору коректності її реалізації [1, c.197-198].

     Наступний етап – це калібрування  або ідентифікація моделі, тобто  збір даних і проведення змін тих характеристик в реальній системі, які повинні бути введені в модель у вигляді значень параметрів і розподілу випадкових величин. Далі, необхідно виконати перевірку правильності моделі (її валідацію), яка полягає в тому, що вихід моделі перевіряється на декількох тестових режимах, в яких характеристики поведінки реальної системи відомі або очевидні. Останнім етапом роботи з моделлю являється комп’ютерний експеримент, тобто власне кажучи те, заради чого і створювалась модель. В найпростішому випадку комп’ютерний експеримент – це виконання моделі при різних значеннях її існуючих параметрів (факторів) і спостереження її поведінки з регістра цією характеристик поведінки. Цей вид використання моделі називається прогнозом, або експериментом типу „що буде, якщо...”. Комп’ютерне моделювання дозволяє не тільки отримати прогноз, але й визначити, який управляючий вплив на систему призведе до сприятливого розвитку подій. Більш складні експерименти дозволяють виконати аналіз чутливості моделі, оцінку ризиків різних варіантів управляючих рішень, а також оптимізацію для визначення параметрів та умов раціонального функціонування моделі.

     В таблиці 1.1 перелічені етапи комп’ютерного імітаційного моделювання [2, c.59-60].

     Таблиця 1.1

№	Назва етапу	Результат
1	Розуміння системи	Розуміння того, що відбувається в системі, яка підлягає аналізу, яка її структура, які процеси  в ній відбуваються
2	Формулювання  мети моделювання системи	Перелік задач, які повинні бути вирішені за допомогою  майбутньої моделі. Перелік вхідних  і вихідних параметрів моделі, перелік вихідних даних, критерії завершеності майбутнього дослідження

     Продовж. табл. 1.1

3	Розробка концептуальної структури моделі	Структура моделі, склад суттєвих процесів, які підлягають відображенню в моделі, зафіксований рівень абстракції для кожної підсистеми моделі (список допущень) опис управляючої логіки та підсистеми
4	Реалізація  моделі в середовищі моделювання	Реалізовані підсистеми, їх параметри та змінні, їх поведінка, реалізована логіка ї зв’язок  підсистем
5	Реалізація анімаційного зображення моделі	Анімаційне  зображення моделі, інтерфейс користувача
6	Перевірка коректності  реалізації моделі	Переконання в  тому, що модель коректно відображає ті процеси, які потрібно аналізувати
7	Калібрування  моделі	Фіксація значень  параметрів, коефіцієнтів рівнянь і розподіл випадкових величин, які відображають ті ситуації, для аналізу яких модель буде використовуватись
8	Планування  і проведення комп’ютерного експерименту	Результати  моделювання – графіки, таблиці  тощо, які дають відповіді на поставлені запитання