Kalábovi

Kalábovic wikina

Uživatelské nástroje

Nástroje pro tento web


pitel:ims:simlib

Pseudokódy s využitím SIMLIB/C++

Reference

Náhodná čísla

double Random();                 //pseudonáhodné číslo od 0 do 1
double Exponential(stredni);     //exponenciální rozložení se střední hodnotou
double Normal(stredni, rozptyl); //normální rozložení se střední hodnotou a rozptylem
double Uniform(a, b);            //rovnoměrné rozložení na intervalu <a, b)

Fronta (Queue)

Queue fronta;        //vytvoření fronty (nekonečné?)
 
fronta.Insert(this); //vložení aktuálního procesu do fronty
fronta.Empty();      //true, když je fronta prázndá
fronta.getFirst();   //vrátí položku (proces), která je ve frontě první
Into(fronta);        //vloží objekt (proces) do fronty

Zařízení (Facility)

Facility zarizeni("jmeno_zarizeni");                //vytvoření zařízení, jmeno_zarizeni se zobrazuje ve statistikách, zařízení si samo vytvoří vlastní frontu
Facility zarizeni("jmeno_zarizeni", Queue *fronta); //vnucení jiné fronty
 
Facility zarizeni[pocet_zarizeni];                  //více zařízení, pak se jména a fronty nastavují takto:
zarizeni[index].SetName("jmeno_zarizeni");          //nastavení jména zařízení
zarizeni[index].SetQueue(fronta);                   //nastavení jiné fronty
 
Seize(zarizeni, priorita);                          //obsazení zařízení s danou prioritou obsluhy (lze vynechat, pak 0), když je obsazeno, automaticky řadí do fronty
Release(zarizeni);                                  //uvolnění zařízení
 
zarizeni.Busy();                                    //vrátí true, pokud je zařízení obsazeno, jinak false
zarizeni.QueueLen();                                //vrátí délku fronty čekající na zařízení

Sklad (Store)

Jako zařízení, ale pojme více transakcí.

Store sklad("jmeno_skladu", kapacita); //vytvořeni skladu, kapacitu lze vynechat (nekonečný sklad?), vytvoří si vlastní frontu
 
Enter(sklad, polozek);                 //obsadí ve skladu místo (když je plno, automaticky zařadí do fronty)
Leave(sklad, polozek);                 //uvolní ve skladu místo

Událost (Event)

class udalost: public Event {
  void Behavior() {
    //tělo události
    Activate(cas); //periodické opakování události
    Cancel();      //zružení události
  }
};

Proces

class proces: public Process {
  //parametry procesu
  void Behavior() {
    //tělo procesu
    Passivate();  //uspí proces
    Activate();   //probudí proces
    Wait(doba);   //čeká daný počet tiků
    Cancel();     //zružení procesu
    Priority = p; //nastavení priority zařízení, standardně 0
  }
};

Experiment

int main() {
  Init(start, end); //inicializace simulace
  //inicializace udalostí atd.
  Run();            //spuštění simulace
  objekt.Output()   //tisk statistik front, zařízení, procesů a bůh ví čeho všeho ještě
  return 0;
}

Příklady

Kalendář

while (kalendář je neprázdný a čas <= T_END) {
  Vyjmi první záznam z kalendáře
  Nastav čas na aktivační čas události
  Proveď popis chování události
}

M/M/2 (každé zařízení má vlastní frontu)

Petriho siť

Facility zarizeni[2];
 
class proces: public Process {
  void Behavior() {
    int kam = (int) Random() * 2;
    Seize(zarizeni[kam]);
    Wait(Exponential(y));
    Release(zarizeni[kam]);
  }
};

M/M/3 se společnou frontou a statistikami pro každé zařízení zvlášť

Petriho síť

Facility F[3];
Queue Q;
 
class Proc: public Process {
  void Behavior() {
    int id = 0;
    for (int i = 0; i < 3; i++) { //pokus o nalezeni volneho zarizeni
      if (!F[i].isBusy()) {
        id = i;
      }
    }
    Seize(F[id]);                 //pri Seize() obsazeneho zarizeni se pozadavek automaticky radi do fronty, takze to nemusime resit
    Wait(Exponential(y));
    Release(F[id]);
  }
};
 
class Gen: public Event {
  void Behavior() {
    (new Proc) -> Activate();
    Activate(Time + Exponential(x));
  }
};
 
void main(void) {
  for (int i = 0; i < 3; i++) {
    F[i].setQueue(Q);
  }
  Init(0, 100);
  (new Gen) -> Activate();
  Run();
  Q.Output();
  for (int i = 0; i < 3; i++) {
    F[i].Output();
  }
  return 0;
}

M/M/20 s jednou společnou frontou, na mezi stability

Petriho síť

Store sklad('Sklad', 20);
 
class obsluha: public Process {
  void Behavior() {
    Enter(sklad, 1);
    Wait(Exponential(20));
    Leave(sklad, 1);
  }
};
 
class prichody: public Event {
  void Behavior() {
    (new obsluha) -> Activate();
    Activate(Time + Exponential(1));
  }
};
 
int main() {
  Init(0, 1000);
  (new prichody) -> Activate();
  Run();
  sklad.Output();
  return 0;
}

Spojitá simulace s Eulerovou metodou v jednom procesu

Předpokládejme, že máme k dispozici diskrétní simulační systém umožňující pouze popis systému pomocí procesů (inspirujte se částí SIMLIB/C++).

Naprogramujte v rámci jednoho procesu spojitou simulaci s využitím Eulerovy metody. Máte k dispozici 2 globální pole pro n integrátorů:

  • double vstup[N];
  • double vystup[N];

a funkci dynamic(), která vypočtš vstupy integrátorů. Nezapomeňte na inicializaci, dokročení na koncový čas Tend (bez dokročení 0b) a tisk výsledků PrintResults().

#define N 10
class Euler: public Process {
  double vstup[N];
  double vystup[N];
  double krok = 0.01;
 
  Euler() {                         //konstruktor
    for (int i = 0; i < N; i++) {   //inicializace pole s vystupy (NUTNOST – protoze dal se pouziva vystup[] += …)
      vystup[i] = 0;
    }
  }
 
  Behavior() {                      //samotny proces
    while (Time < Tend) {
      Dynamic();
      if (Time + krok > Tend) {     //pokud se jedna o dokroceni, uprav velikost kroku
        krok = Tend - Time;
      }
      for (int i = 0; i < N; i++) { //spocita nove vystupy
        vystup[i] += krok * vstup[i];
      }
      PrintResults();               //vytiskne je
      Wait(krok);                   //a az ted posune cas (Time je v procesu read-only, takze ho nemuze posunout!)
    }
  }
}

Kalendář událostí se spojitou simulací

Za predpokladu, ze znate princip algoritmu rizeni diskretni simulace (next-event) s kalendarem udalosti a princip vypoctu spojite simulace, napiste pseudokod algoritmu rizeni kombinovane simulace bez uvazovani stavovych podminek. Pro zjednoduseni mate k dispozici funkce:

  • Vypocet_vstupu_integratoru()
  • Krok_eulerovy_metody(delka_kroku) (ktera funguje i pri nulove delce kroku a neposouva cas)

Take muzete predpokladat, ze simulace bude ukoncena specialni naplanovanou udalosti. Nezapomente nastavovat cas a dokrocit na cas udalosti!

Inicializace_casu_a_kalendare;
 
while (1) {
  Vyber_event_z_kalendare;
  krok = normalni_delka_kroku;
  while (cas < cas_eventu) {
    if (cas + krok > cas_eventu) {
      krok = cas_eventu - cas;
    }
    Vypocet_vstupu_integratoru();
    Krok_eulerovy_metody(krok);
    cas += krok;
  }
  if (event == specialni_udalost) {
    break;
  } else {
    Vykonej_event;
  }
}

Algoritmus řízení spojité simulace s Eulerem

inicializace poc. stavu a promennych a casu;
 
while (cas < koncovy_cas) {
  Print_results();
  Update_integrators();
  if ((cas + krok) > koncovy_cas) {
    krok = koncovy_cas - cas;
  }
  euler();
  cas += krok;
}

Stavové podmínky

Slajdy, str. 263

Inicializace stavu a podmínek
 
while (čas < koncový_čas) {
  //Uložení stavu a času ***
  Krok numerické integrace /* !!! Sem příjde vložit Euler, Runge-Kutta, nebo jiná metoda !!! */
  //Vyhodnocení podmínek ===
  if (podmínka změněna) {
    if (krok <= minimální_krok) {
      //Potvrzení změn podmínek ===
      //Stavová událost +++
      krok = běžná_velikost_kroku
    } else {
      //Obnova stavu a času ***
      krok /= 2
      if (krok < minimální_krok) {
        krok = minimální_krok
      }
    }
  }
}

Nevíte někdo co chce říct těma hvězdičkama, plusama a rovnítkama?

NAND

class Nand: public Process {
public:
  Nand(): Process() {
    OUT = VAL_X;
    IN[0] = IN[1] = VAL_X;
  }
  void Behavior(){
    while (1) {
      Passivate();
      if(IN[0] == VAL_X || IN[1] == VAL_X) {
        OUT = VAL_X;
      } else {
        OUT = !(IN[0] && IN[1]);
      }
      Print("Time==%f.out=%dn", Time, OUT);
    }
  }
 
 
  void input(intidx, int val) {
    IN[idx] = val;
    Activate(Time + DELAY);
  }
 
  int OUT;
  int IN[2];
};
 
class Value: public Event{
public:
  Value(Nand *n, int idx, int val): N(n), Event(), Idx(idx), Val(val) {}
  void Behavior() {
    N -> inout(Idx, Val);
    Cancel();
  }
 
  Nand *N;
  int Idx, Val;
};
 
int main() {
  Init(0, 1);
  Nand *n = new Nand;
  n -> Activate();
  (new Value(n, 0, 0) -> Activate(0, 1);
  (new Value(n, 1, 1) -> Activate(0, 2);
  (new Value(n, 0, 1) -> Activate(0, 3);
  Run();
}

Funkcionální model

Závaží na pružině

//popis modelu v SIMLIB/C++
struct Model {
  Integrator y, v;
  Model(double m, double K, double y0):
    v(-g - K/m * y, 0),
    y(v, y0) {}
};
 
Model s(1, 1e3, -1); //instance modelu s parametry

Monte Carlo

Objem 3D tělěsa

Metodou Monte Carlo vypočtěte objem složitého tělesa v 3D prostoru za předpokladu, že znáte funkci bool BodJeUvnitrTelesa(double x, double y, double z) a rozsah mezí integrálu ve všech 3 osách je uložen v polích double min[3] a double max[3]. Funkci pro výpočet integrálu napište v ISO C: double integMC(long POCET_EXPERIMENTU, double xmin[3], double xmax[3]);. Nesmíte použít žádnou funkci kromě double Random() vracející pseudonáhodné číslo v rozsahu 0…1. Rozsah kódu je maximálně 15 řádků.

double integMC(long POCET_EXPERIMENTU, double xmin[3], double xmax[3]) {
  int jeUvnitr = 0;
  double x, y, z;
  for (int i = 0; i < POCET_EXPERIMENTU; i++) {
    x = xmin[0] + (xmax[0] - xmin[0]) * Random();
    y = xmin[1] + (xmax[1] - xmin[1]) * Random();
    z = xmin[2] + (xmax[2] - xmin[2]) * Random();
    if (BodJeUvnitrTelesa(x, y, z)) {
      jeUvnitr++;
    }
  }
  double P = jeUvnitr / POCET_EXPERIMENTU;
  double rozsah = (xmax[0] - xmin[0]) * (xmax[1] - xmin[1]) * (xmax[2] - xmin[2]);
  return P * rozsah;
}

Integrál

Napište pseudokód pro výpočet 5násobného určitého integrálu funkce f(x1, x2, …, x5) (podle všech xi, i je z {1, …, 5}) metodou Monte Carlo (integrál musí být 5násobný, jinak 0 b). Doplňte meze integrálu. Předpokládejte, že neznáte rozsah funkčních hodnot funkce f(). Máte k dispozici pouze funkci float Radnom() vracející pseudonáhodné číslo v rozsahu 0…1 a žádnou jinou. Kolik pokusů musíte udělat, aby relativní chyba výpočtu nepřekročila 0,001?

long double MCInteg(double (*f)(double[]), double xmin[], double xmax[]) {
  long double sum = 0, meze = 1;
  const int n = 5;
  double x[n];
  long poc_pokusu = 1000000; //chyba = 1 / sqrt(pokusu)
  for (long i = 0; i < poc_pokusu; i++) {
    for (long j = 0; j < n; j++) {
      x[j] = Random() * (xmax[j] - xmin[j]) + xmin[j];
    }
    sum += f(x);
  }
  for (unsigned int i = 0; i < n; i++) {
    meze *= xmax[i] - xmin[i];
  }
  return sum / poc_pokusu * meze;
}
/var/www/wiki/data/pages/pitel/ims/simlib.txt · Poslední úprava: 03. 07. 2012, 13.53:47 (upraveno mimo DokuWiki)