3) Составление алгоритма.
Алгоритм - это конечный набор правил, позволяющих чисто мехаически решать любую конкретную задачу из некоторого класса одотипных задач. При этом подразумевается:
а. - исходные данные могут изменяться в определеных пределах: {массовость алгоритма}
б. - процесс применения правил к исходным данным (путь решения задачи) определен однозначно: {детерминированность алгоритма}
в. - на каждом шаге процесса применения правил известно, что считать результатом этого процесса: {результативность алгоритма}
Если модель описывает зависимость между исходными данными и искомыми величинами, то алгоритм представляет собой последовательость действий, которые надо выполнить, чтобы от исходных данных перейти к искомым величинам.
Удобной формой записи алгоритма является блок схема. Она не только достаточно наглядно описывает алгоритм, но и является основой для составления программы. Каждый класс математических моделей имеет свой метод решения, который реализуется в алгоритме. Поэтому очень важной является классификация задач по виду математической модели. При таком подходе задачи, различные по содержанию, можно решать с помощью одного и того же алгоритма. Алгоритмы задач принятия решений, как правило, настолько сложны, что без применения ЭВМ реализовать их практически невозможно.
4) Составление программы.
Алгоритм записывают с помощью обычных математических символов. Для того, чтобы он мог быть прочитан ЭВМ необходимо составить программу. Программа - это описание алгоритма решения задачи, заданное на языке ЭВМ. Алгоритмы и программы объединяются понятием "математическое обеспечение". В настоящее время затраты на математическое обеспечение составляют примерно полторы стоимости ЭВМ, и постоянно происходит дальнейшее относительное удорожание математического обеспечения. Уже сегодня предметом приобретения является именно математическое обеспечение, а сама ЭВМ лишь тарой, упаковкой для него.
Далеко не для каждой задачи необходимо составлять индивидуальную программу. На сегодняшний день созданы мощные современные программные средства - пакеты прикладных программ ( ППП ). ППП - это объединение модели, алгоритма и программы. Зачастую, к задаче можно подобрать готовый пакет, который прекрасно работает, решает многие задач, среди которых можно найти и наши. При таком подходе многие задачи будут решены достаточно быстро, ведь не надо заниматься программированием. Если нельзя использовать ППП для решения задачи без изменения его или модели, то нужно либо модель подогнать под вход ППП, либо доработать вход ППП, чтобы в него можно было ввести модель. Такую процедуру называют адаптацией. Если подходящий ППП находится в памяти ЭВМ, то работа пользователя заключается в том, чтобы ввести необходимые искомые данные и получить требуемый результат.
5) Ввод исходных данных.
Прежде чем ввести исходные данные в ЭВМ, их, естественно, необходимо собрать. Причем не все имеющиеся на производстве исходные данные, как это часто пытаются делать, а лишь те, которые входят в математическую модель. Следовательно, сбор исходных данных не только целесообразно, но и необходимо производить лишь после того, как будет известна математическая модель. Имея программу и вводя в ЭВМ исходные данные, мы получим решение задачи.
6) Анализ полученного решения
К сожалению достаточно часто математическое моделирование смешивают с одноразовым решением конкретной задачи с начальными, зачастую недостоверными данными. Для успешного управления сложными объектами необходимо постоянно перестраивать модель на ЭВМ, корректируя исходные данные с учетом изменившейся обстановки. Нецелесообразно тратить время и средства на составление математической модели, чтобы по ней выполнить один единственный расчет. Экономико-математическая модель является прекрасным средством получения ответов на широкий круг росов, возникающих при планировании, проектировании и в ходе производства. ЭММ может стать надежным помощником при принятии каждодневных решений, возникающих в ходе оперативного управления производством.
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ БЛОК-СХЕМ
Физическая природа моделируемой системы может быть представлена с помощью блок-схемы. Простой пример - предыдущая блок-схема, хотя она недостаточно подробна.
Выделим основные составляющие блок схемы:
1) Прямыми линиями представлены материальные потоки, характеризующиеся определенными свойствами. Это не обязаельно должны быть потоки какого-то физического вещества; таким же образом могут быть представлены, например, потоки информации, денег. Если два материальных потока характеризуются разными свойствами и эти различия существенны для модели, то мы должны изобразить их разными линиями.
2) Прямоугольниками представлены блки предприятия и оборудование, или, в более общем случае, подсистемы, которые имеют свое определенное назначение. Характеристики потоков меняются, а блоки являются точками входа и выхода для множеств линий, представляющих потоки.
3) Принято, что общее направление движения потоков происходит слева направо. Таким образом, в блок-схеме, описывающей производственный процесс, поступающее сырье изображено стрелками входа в левой части блок-схемы, а конечные потоки - линиями, заканчивающимися справа в столбцах, ыотвечающих конечным продуктам. Такие столбцы особенно удобны, когда конечный продукт получается соединением нескольких потоков, как мы это увидим в нашем примере.
ОПИСАТЕЛЬНЫЕ ОГРАНИЧЕНИЯ
Эти ограничения описывают функционирование исследуемой системы. Они представляют особую группу балансовых уравнений, связанных с характеристиками отдельных блоков, такими как масса, энергия, затраты.
Тот факт, что в модели ЛП балансовые уравнения должны быть линейными, исключает возможность представления таких принципиально нелинейных зависимостей, как сложные химические реакц изменения условий функционирования, которые допускают линейное описание (хотя бы приближенно) могут быть учтены в модели. Балансовые соотношения могут быть введены для какой-то законченной части блок-схемы, например для отдельного блока; обычно они выписываются для каждого технологичедского потока, который в блок-схеме изображается линией. Количество вещества, полученного, может быть, более чем из одного блока, входящего в поток, равно количеству этого вещества, выходящего из потока (и поступающего как сырье, возможно, более, чем в один блок).
В статических (одноэтапных) моделях такие соотношения можно представить в виде: - вход + выход = 0
Динамический (многоэтапный) процесс описывается соотношениями:
- вход + выход + накопления = 0, где под накоплениями понимается чистый прирост за рассматриваемый период.
Пусть K потоков входит в какой-то блок, и Xk, k=1. . . K, количество сырья , передаваемого в блок каждым потоком. Пусть также из каждой единицы k-го сырья в блоке производится количество Aik какого-то i-го продукта. Тогда общее количество произведенного продукта определится формулой: E Aik*Xk .
Предположим далее, что этот продукт сам поступает на вход какого-то только одного блока в количестве равном Xi . Тогда балансовое соотношение (строка i для потока этого продукта имеет вид: - E Aik*Xk + 1. 0Xj = 0 (2. 2)
Каждый поток состоит из продуктов, произведенных блоками, и сырья и соединяет различные блоки. Тогда при составлении балансовых
соотношений потоков предполагается следующее:
1. Для каждого потока определяется балансовое уравнение, которому соответствует строка i.
2. Каждому входу потока в какой-то блок ставится в соответствие столбец с коэффициентом, равным +1. 0. Каждому столбцу соответствует переменная Xj, значение которой определяет объем потока, входящего в блок. Поток может входить более чем в один блок, тогда в уравнении 2. 2. появится несколько членов +1. 0Xj, каждый из которых будет представлять объем потока на входе в соответствующий блок.
3. Столбец (которому отвечает, например, переменная Xk), соответствующий выходу потока продукта из блока, содержит коэффициент, равный -Aik. Заметим, что в одном и том же балансовом уравнении могут появиться дополнительные члены, если одинаковые потоки (то есть потоки с одинаковыми характеристиками) поступают из разных блоков или сырьевых источников.
В результате получаем балансовое уравнение виа:
- E Aik*Xk + 1. 0Xj = 0 , в котором может быть несколько членов вида +1. 0Xj, если поток входит более чем в один блок.
Итак, строка балансового уравнения соответствует потоку, который характеризуется набором определенных свойств и может иметь более, чем по одной точке входа и выхода. Столбец, которому отвечает переменная Xj, соответствует каждой новой точке входа потока в блок.