Подготовка курса Имитационное моделирование

Подготовка курса Имитационное моделирование.

1 Прагматика

1.1 Предыдущий вариант курса

• Предыдущая инкарнация курса называлась Моделирование информационных процессов.
• В рамках курса предлагались несколько подходов к имитационного моделирования.
• Каждый метод демонстрировался на базе собственного средства моделирования.
• Однако для студентов оказалось сложным осваивать несколько программных средств.

1.2 Разрабатываемый вариант курса

• Предлагается использовать один язык программирования — Julia.
• Для каждого метода имитационного моделирования используется своя библиотека.
• Каждый метод демонстрируется на основе специфической задачи, а также на основе сквозной практической задачи.
• У нас две школы математического моделирования с разными математическими аппаратами:
  • дифференциальные уравнения;
  • теория массового обслуживания.
• Предлагается демонстрировать применение на основе следующих сквозных задач:
  • модель SIR (дифференциальные уравнения);
  • модель хищник–жертва (дифференциальные уравнения);
  • ? (теория массового обслуживания).
• На каждый раздел имитационного моделирования предлагается выделить 3 лабораторных работы.
• 2 лабораторных работы на специфические задачи, 1 лабораторная работа на сквозные задачи.
• На каждую лабораторную работу по 2 задачи.

2 Используемые разделы имитационного моделирования

• дискретно-событийное моделирование;
• системная динамика;
• агентное моделирование;
• сети Петри.

3 Структура курса

3.1 Установка и настройка программного обеспечения

• Рабочее пространство на основе DrWatson

3.2 Сквозные задачи

• Описываются сквозные задачи.
• Сквозные задачи решаются с помощью методов аналитического моделирования.
• Две сквозных задачи:
  • Модель SIR.
  • Модель хищник-жертва.

3.3 Агентное моделирование

• Задачи типа взаимодействия множества агентов.
• Модель хищник-жертва:
  • https://juliadynamics.github.io/Agents.jl/stable/examples/predator_prey/
• Маргаритковый мир:
  • https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%9C%D0%B0%D1%80%D0%B3%D0%B0%D1%80%D0%B8%D1%82%D0%BA%D0%BE%D0%B2%D1%8B%D0%B9_%D0%BC%D0%B8%D1%80
  • https://juliadynamics.github.io/AgentsExampleZoo.jl/dev/examples/daisyworld/
• Пожар в лесу:
  • https://juliadynamics.github.io/AgentsExampleZoo.jl/dev/examples/forest_fire/

3.4 Сети Петри

• Перенос лабораторных с курса Моделирование информационных процессов.
• Хищник-жертва:
  • https://algebraicjulia.github.io/AlgebraicPetri.jl/stable/generated/predation/lotka-volterra/
• SIR:
  • https://algebraicjulia.github.io/AlgebraicPetri.jl/stable/generated/covid/epidemiology/

3.5 Дискретно-событийное моделирование

• Задачи теории массового обслуживания.
• Задача ремонта:
  • https://juliadynamics.github.io/ConcurrentSim.jl/stable/examples/ross/
• Очередь M/M/c:
  • https://juliadynamics.github.io/ConcurrentSim.jl/stable/examples/mmc/

3.6 Системная динамика

• Пока не понятно.
• Будем делать позже.

4 Методические материалы

4.1 Лабораторные работы

• Для выполнения лабораторных работ выделяются аудиторные и самостоятельные часы.
• В часы самостоятельных занятий студенты могут работать как в аудитории (дисплейный класс), так и в любом другом месте (по желанию).
• Университет обеспечивает студентов необходимой компьютерной техникой.
• Студентам не запрещается также и использование собственной компьютерной техники (по желанию).
• Предоставление видео-журнала работы входит в методические рекомендации по выполнению лабораторных работ.
• Уровень доступа к видеоматериалам (публичный, по ссылке, приватный) студент выставляет сам (что является его личным решением).
• Защита лабораторных работ перед широкой аудиторией не предусматривается.
• Вопросы по выполнению лабораторных работ можно задать как во время аудиторных занятий, так и во время, предложенное преподавателями для консультаций.

4.2 БРС

• Активности

  • А1: Лабораторные работы. Выполнение.

• Разделы

  • Р1: Основы имитационного моделирования
  • Р2: Агентное моделирование
  • Р3: Аппарат сетей Петри
  • Р4: Дискретно-событийное моделирование

• Темы
  • Подготовка стенда
  • Основные модели
  • Агентное моделирование
  • Реализация основных моделей в агентном подходе
  • Аппарат сетей Петри
  • Реализация основных моделей в подходе сетей Петри
  • Дискретно-событийное моделирование
  • Реализация основных моделей в дискретно-событийном подходе

5 Используемые библиотеки

5.1 Идеи реализации

• Идея лабораторных почерпнута из репозитория SIR model in Julia.
• Репозиторий: https://github.com/epirecipes/sir-julia

5.2 Аналитические методы

5.2.1 ModelingToolkit

• Репозиторий: https://github.com/SciML/ModelingToolkit.jl
• Документация: https://docs.sciml.ai/ModelingToolkit/stable/

5.2.2 Modia

• Репозиторий: https://github.com/ModiaSim/Modia.jl
• Документация: https://modiasim.github.io/docs/

5.3 Агентный подход

5.3.1 Agents.jl

• Репозиторий: https://github.com/JuliaDynamics/Agents.jl
• Документация: https://juliadynamics.github.io/Agents.jl

5.4 Сети Петри

5.4.1 Petri.jl

• Репозиторий: https://github.com/AlgebraicJulia/Petri.jl

5.4.2 AlgebraicPetri.jl

• Репозиторий: https://github.com/AlgebraicJulia/AlgebraicPetri.jl
• Документация: https://algebraicjulia.github.io/AlgebraicPetri.jl

5.5 Дискретно-событийное моделирование

5.5.1 ConcurrentSim.jl

• Репозиторий: https://github.com/JuliaDynamics/ConcurrentSim.jl
• Документация: https://juliadynamics.github.io/ConcurrentSim.jl