Transcript model1 - F.Ramezani

Computer Modeling
And
Simulation
F.Ramezani
Department of Computer Engineering
Islamic Azad University SARI Branch
Introduction to
Computer Modeling And Simulation
Reference
2
[1] A.M.Law, W.D Kelton,” simulation Modeling and Analysis.” McGraw
Hill:2000.
‫ موسسه انتشارات علمی‬،»‫ جان کارسن « شبیه سازی سیستم های گسسته پیشامد‬،‫[ جری بنکس‬2]
.‫دانشگاه صنعتی شریف‬
‫[ حسن صالحی فتح آبادی « شبیه سازی سیستم ها بوسیله کامپیوتر های رقمی» انتشارات جهاد‬3]
.‫دانشگاهی‬
.1372 ، ‫ مرکز نشر دانشگاهی‬،‫[ گرایس هاریس « نظریه صف» ترجمه شاهکار‬4]
[5] X.Yu, M.Gen,” Introduction to Evolutionary Algorithms,”, Springer,2010.
.1390 ،»‫[ مجید وفایی جهان« مدلسازی و شبیه سازی کامپیوتری‬6]
[7] K. Kant & M. M. Srinivasan “Introduction to computer system
performance evaluation” .
[8] Raj Jain. “The Art of Computer Systems Performance Analysis:
Techniques for Experimental Design, Measurement, Simulation, and
Modeling”, John Wiley and Sons, Inc.,
Introduction to Computer Modeling And Simulation
F.Ramezani
Evaluation
3

Project
40%
 Research about
your project.
 Prepare a proposal and submit it
 Submit your final report
 Present it by the end of term


Final Exam
Special Challenge
 Submit
2.5%
2.5%
25%
10%
60%
10% (bonus)
a paper on your finding conference
Introduction to Computer Modeling And Simulation
F.Ramezani
‫‪Curriculum Vitae‬‬
‫‪4‬‬
‫‪‬‬
‫‪‬‬
‫‪‬‬
‫مشخصات فردی‬
‫آدرس الکترونیکی‬
‫سوابق تحصیلي‬
‫‪ ‬کارشناسی(دانشگاه‪-‬موضوع پروژه‪ -‬استاد راهنما‪ -‬معدل)‬
‫‪ ‬کارشناسی ارشد(لیست دروس)‬
‫‪‬‬
‫‪‬‬
‫‪‬‬
‫‪‬‬
‫سوابق پژوهشی‬
‫سوابق شغلی‬
‫عضویت در انجمن هاي علمي‬
‫توانایی‬
‫‪F.Ramezani‬‬
‫‪Introduction to Computer Modeling And Simulation‬‬
‫گزارش‬
5

CMS.UNI.First and Last Name.hw#.docx & .pdf
Introduction to Computer Modeling And Simulation
F.Ramezani
‫ارتباط‬
6
[email protected]
www.f-ramezani.ir
Subject:CMS.UNI.First and Last Name.hw#
Introduction to Computer Modeling And Simulation
F.Ramezani
‫فهرست مطالب‬
‫‪7‬‬
‫‪‬‬
‫‪‬‬
‫‪‬‬
‫‪‬‬
‫‪‬‬
‫‪‬‬
‫‪‬‬
‫‪‬‬
‫‪‬‬
‫مقدمه ای بر مدلسازی و شبیه سازی کامپیوتری‬
‫مدل سازی و شبیه سازی ریاضی‬
‫گذری بر شبیه سازی سیستم های صف‬
‫نظریه صف‬
‫شبیه سازی الگوریتمهای اکتشافی‬
‫تولید اعداد تصادفی‬
‫زنجیره مارکوف‬
‫مدل مخفی مارکوف‬
‫شبکه های عصبی مصنوعی‬
‫‪F.Ramezani‬‬
‫‪Introduction to Computer Modeling And Simulation‬‬
‫مقدمه‬
‫‪8‬‬
‫‪‬‬
‫برخی از قوانین را نمی توان با ریاضیات مدل کرد‬
‫‪ ‬عموما از روشهای دیگر که بطور عام مبتنی بر شبیه سازی هستند‬
‫مدل میشوند‬
‫‪‬‬
‫انیشتین‪:‬‬
‫‪ ‬آن قوانینی که به واقعیت اشاره دارند قطعی نیستند و آن هایی که‬
‫قطعی هستند‪ ،‬واقعی نیستند!!‬
‫‪ ‬تصورهای مختلفی از این جمله وجود دارد‪:‬‬
‫‪ ‬عدم قطعیت در مدلسازی مسائل‬
‫‪F.Ramezani‬‬
‫‪Introduction to Computer Modeling And Simulation‬‬
‫مقدمه‬
‫‪9‬‬
‫‪‬‬
‫پس‬
‫‪ ‬فراتر از مدلسازی ریاضی‪ ،‬نیازمند مدلهایی هستیم که در نهایت‬
‫مسائل را حل کنند و از پیچیدگی کمتری نیز برخوردار باشند‪.‬‬
‫‪‬‬
‫‪‬‬
‫در این درس به دنبال حل مسائلی هستیم که میتوانند جایگزین راه‬
‫حلهای ریاضی شوند و یا با همان دقت مسائل را حل کنند‪.‬‬
‫درس مدلسازی و شبیه سازی سیستم های کامپیوتری دریچه‬
‫ایست بسوی تکنیکها و روشهای مدلسازی ( بطور خاص‬
‫مدلسازی صف) و روشهای جایگزین حل مسائل صف با‬
‫تکنیکهای شبیه سازی‪.‬‬
‫‪F.Ramezani‬‬
‫‪Introduction to Computer Modeling And Simulation‬‬
‫مقدمه ای بر مدلسازی و شبیه سازی‬
‫‪10‬‬
‫‪‬‬
‫‪‬‬
‫‪‬‬
‫سیستم ها دارای رفتار متفاوتی هستند که تحلیل آنها را با مشکل‬
‫مواجه میکند بطوری که رفتار سیستم بایستی به صورت دقیق‪،‬‬
‫بررسی و تحلیل گردد‬
‫یکی از روشهایی که می تواند عملکرد یک سیستم را تحلیل کرد؛‬
‫ساخت یک شبیه ساز از سیستم است که عملکرد یکسانی با‬
‫سیستم در شرایط مساوی داشته باشد‪.‬‬
‫مدلسازی می تواند ابزاری برای پیش بینی عملکرد سیستم در‬
‫آینده و یا بعد از تغییرات نیز باشد‬
‫‪F.Ramezani‬‬
‫‪Introduction to Computer Modeling And Simulation‬‬
‫مقدمه ای بر مدلسازی و شبیه سازی‬
‫‪11‬‬
‫‪‬‬
‫بطور کلی به دو روش عمل مدلسازی سیستم ها انجام میشود‬
‫‪ ‬روش ریاضیاتی‬
‫‪ ‬روش شبیه سازی‬
‫‪‬‬
‫روشهای ریاضیاتی با استفاده از محاسبات دیفرانسیل‪ ،‬آمار‬
‫احتماالت‪ ،‬روشهای جبری یا محاسبات عددی عمل میکنند‬
‫‪ ‬در حقیقت همان فرمول ریاضیست که مدل سیستم را تشکیل میدهد‬
‫‪ ‬در این روشها مشکل اصلی پیچیدگی زیاد برخی از سیستمهاست که‬
‫نمیتوان آنها را با ریاضیات مدل کرد‬
‫‪ ‬همچنین قوانینی در جامعه بشری وجود دارند که با ریاضیات قابل‬
‫مدل شدن نیستند‬
‫‪F.Ramezani‬‬
‫‪Introduction to Computer Modeling And Simulation‬‬
‫مقدمه ای بر مدلسازی و شبیه سازی‬
‫‪12‬‬
‫‪‬‬
‫برخی از روشهایی که قابل مدلسازی ریاضی نیستند نیازمند‬
‫روشهای دیگری هستند‬
‫‪ ‬شبیه سازی عددی نام دارند‬
‫‪‬‬
‫‪‬‬
‫این روشها با تحلیل داده های ورودی و خروجی سیستم طبق یک‬
‫فرایند تکراری و ایجاد شرایطی همانند سیستم واقعی تحلیل‬
‫میگردند‪.‬‬
‫بنابراین شبیه سازی عبارت است از شبیه سازی تقلیدی از‬
‫عملکرد یک فرایند یا یک سیستم واقعی با گذشت زمان بطوری‬
‫که بتوان در طی زمان اجرا عملکردهای آن را بررسی و‬
‫ارزیابی کرد‪.‬‬
‫‪F.Ramezani‬‬
‫‪Introduction to Computer Modeling And Simulation‬‬
‫کاربرد شبیه سازی‬
‫‪13‬‬
‫‪‬‬
‫شبیه سازی دارای کاربردهای متنوعی است‬
‫‪ ‬بررسی رشد ریشه گیاه خاص‬
‫‪ ‬سرعت انتشار یک سیال در سیال دیگر‬
‫‪ ‬تغییر اطالعات سازمانی و یا محیطی و تاثیر آن بر رفتار مدل‬
‫‪ ‬عملیات کارخانه ها‪ ،‬سازمانها‪ ،‬فرودگاه ها‪ ،‬راه آهن و حتی اقتصاد‬
‫کشور‬
‫‪F.Ramezani‬‬
‫‪Introduction to Computer Modeling And Simulation‬‬
‫کاربرد شبیه سازی‬
‫‪14‬‬
‫‪‬‬
‫شناخت بدست آمده از طریق طراحی مدل شبیه سازی به هنگام‬
‫ایجاد سیستم میتواند بسیاری از معایب طراحی سیستم جدید را‬
‫مشخص کند که با رفع آن سیستم بدون نقص حاصل میگردد‬
‫‪F.Ramezani‬‬
‫‪Introduction to Computer Modeling And Simulation‬‬
‫مزایا و معایب شبیه سازی‬
‫‪15‬‬
‫‪‬‬
‫‪‬‬
‫‪‬‬
‫‪‬‬
‫‪‬‬
‫کاهش هزینه مدلسازی سیستم‪ ،‬به خصوص سیستم هایی که پر‬
‫هزینه هستند‪.‬‬
‫بکار بردن روشهای شبیه سازی از روشهای تحلیل ریاضی پر‬
‫هزینه تر هستند‬
‫از شبیه سازی می توان برای تحلیل قسمتی از یک سیستم بزرگ‬
‫استفاده کرد‬
‫در بسیاری از مسائل شبیه سازی تنها راه حل میباشد‬
‫پس از ساخت مدل می توان چندین بار آن را استفاده نمود‬
‫‪F.Ramezani‬‬
‫‪Introduction to Computer Modeling And Simulation‬‬
‫معایب‬
‫‪16‬‬
‫‪‬‬
‫‪‬‬
‫‪‬‬
‫به دلیل نیاز به اجرای زیاد‪ ،‬زمان زیادی صرف اجرا میگردد‬
‫برای مسائل مختلف تکنیکهای مختلف الزم است‬
‫خروجی شبیه سازی ممکن است همانند داده های ریاضی دقیق‬
‫نباشد‬
‫‪F.Ramezani‬‬
‫‪Introduction to Computer Modeling And Simulation‬‬
‫انواع شبیه سازی‬
‫‪17‬‬
‫‪‬‬
‫بطور کلی به دو گروه‬
‫‪ ‬گسسته‬
‫‪ ‬پیوسته‬
‫‪‬‬
‫گسسته برای سیستم هایی مناسب است که در مجموعه نقاط‬
‫گسسته زمانی تغییر میکنند‬
‫‪ ‬مانند بانک( تعداد مشتری حاضر در بانک تنها زمانی تغییر میکنند‬
‫که یکی کم یا زیاد گردد‬
‫‪‬‬
‫پیوسته برای سیستم هایی مناسب است که متغیر حالت بصورت‬
‫پیوسته در طی زمان تغییر میکنند‬
‫‪ ‬مانند سطح آب پشت سد( در جریان بارش یا مدتی بعد از آن‪..‬‬
‫‪F.Ramezani‬‬
‫‪Introduction to Computer Modeling And Simulation‬‬
‫مدلسازی سیستم‬
‫‪18‬‬
‫‪‬‬
‫‪‬‬
‫‪‬‬
‫‪‬‬
‫برای تحلیل یک سیستم ساده میتوان آن را به اجزاء سازنده اش‬
‫شکست و با بررسی و تحلیل رفتار آن پی به عملکرد سیستم برد‬
‫اما این موضوع برای سیستمهایی که دارای رفتار تصادفی هستند‬
‫صادق نیست‪.‬‬
‫در هر دو حاالت باید برای شناخت سیستم آن را مدل کنیم‬
‫مدل معرفی از یک سیستم است که از جهاتی خاص بررسی شده‬
‫است‬
‫‪F.Ramezani‬‬
‫‪Introduction to Computer Modeling And Simulation‬‬
‫مدلسازی‬
‫‪19‬‬
‫‪‬‬
‫روش دقیق مدلسازی بدین صورت است که‬
‫‪ ‬ابتدا با مدل ساده کار را شروع کنیم و بتدریج آن را کامل کنیم‬
‫‪ ‬مسائل واقعی بسیار پیچیده تر از آن هستند که کامال آن را درک و‬
‫توصیف کنیم‬
‫‪ ‬هر مسئله معموال از اعداد بیشماری متغیر‪ ،‬پارامتر‪ ،‬محدودیت و‬
‫رابطه تشکیل شده است‬
‫‪ ‬هر مدل حالت ساده شده یک مسئله خواهد بود‬
‫‪F.Ramezani‬‬
‫‪Introduction to Computer Modeling And Simulation‬‬
‫عمل ساده کردن مدل‬
‫‪20‬‬
‫‪‬‬
‫‪‬‬
‫‪‬‬
‫‪‬‬
‫‪‬‬
‫‪‬‬
‫‪‬‬
‫تبدیل بعضی متغییر ها به مقادیر ثابت‬
‫حذف بعضی از متغیرها یا ادغام آنها با هم‬
‫فرض خطی بودن برخی از روابط‬
‫افزودن محدودیت بیشتر‬
‫محدود کردن محدوده سیستم‬
‫این عمل محدودکردن تا جایی ادامه دارد که مدل از لحاظ‬
‫ریاضی قابل حل شود‬
‫از این مرحله به بعد کامل کردن مدل را خواهیم داشت‬
‫‪F.Ramezani‬‬
‫‪Introduction to Computer Modeling And Simulation‬‬
‫انواع شبیه سازی‬
‫‪21‬‬
‫‪‬‬
‫‪‬‬
‫‪‬‬
‫روش مونت کارلو یا شبیه سازی مونت کارلو روشیست برای‬
‫حل کردن مسائل غیر تصادفی یا برخی از مسائل تصادفی استفاده‬
‫میکند‪.‬‬
‫در این روش تصمیم گیری در خصوص حرکت از یک حالت به‬
‫حالت دیگر بصورت احتمالی صورت میگیرد‪.‬‬
‫بسیاری از روشهای اکتشافی بر پایه این روش میباشند‬
‫‪F.Ramezani‬‬
‫‪Introduction to Computer Modeling And Simulation‬‬
‫تمرین‬
‫‪22‬‬
‫‪‬‬
‫‪‬‬
‫روش مونت کارلو چگونه عمل میکند‬
‫یک انتگرال معین دلخواه را با آن روش حل‬
‫‪F.Ramezani‬‬
‫‪Introduction to Computer Modeling And Simulation‬‬