Имитационное моделирование экономических систем - концепция и определения

Содержание:

Имитационное моделирование, линейное программирование и регрессионный анализ уже давно занимают первые три места среди всех методов исследования операций в экономике по объему и частоте применения. При имитационном моделировании алгоритм, реализующий модель, воспроизводит процесс функционирования системы во времени и пространстве, а элементарные явления, составляющие процесс, моделируются при сохранении его логической временной структуры. 

В настоящее время моделирование стало достаточно эффективным инструментом для решения сложных задач автоматизации научных исследований, экспериментов и проектирования. Но освоить моделирование как рабочий инструмент, его возможности и далее развивать методологию моделирования возможно только при полном освоении методов и технологии практического решения задач моделирования процессов функционирования систем на ЭВМ. Эту цель преследует данный семинар, который посвящен методам, принципам и основным этапам моделирования в рамках общей методологии моделирования, а также вопросам моделирования конкретных вариантов систем, и дает навыки для использования технологии моделирования при практическом внедрении функциональных моделей систем. Рассматриваются проблемы систем массового обслуживания, на которых базируются имитационные модели экономических, информационных, технологических, технических и других систем. Методы вероятностного моделирования дискретных и случайных непрерывных переменных, позволяющие учитывать случайные воздействия на систему при моделировании экономических систем.

Требования, которые современное общество предъявляет к экономическому специалисту, становятся все более жесткими. В настоящее время успешная деятельность практически во всех сферах экономики невозможна без моделирования поведения и динамики развития процессов, изучения особенностей развития экономических объектов, рассмотрения их функционирования в различных условиях. Программное и аппаратное обеспечение должны быть первыми помощниками здесь. Вместо того, чтобы учиться на собственных ошибках или на ошибках других, желательно исправлять и проверять результаты реальной действительности с полученными результатами на компьютерных моделях. Имитационное моделирование является наиболее описательным, оно используется на практике для компьютерного моделирования вариантов решения ситуаций с целью получения наиболее эффективных решений задач. 

Имитационное моделирование позволяет проводить исследование анализируемой или проектируемой системы по схеме оперативного исследования, содержащей взаимосвязанные этапы: 

• разумное определение проблемы; 
• Разработка концептуальной модели;
• Разработка и программная реализация имитационной модели; 
• Проверка, надежность модели и оценка точности результатов моделирования;
• Разработка и проведение экспериментов; 
• Принятие решений. 

Это позволяет использовать имитационное моделирование как универсальный подход к принятию решений в условиях неопределенности с учетом факторов, которые трудно формализовать в моделях, и применять основные принципы системного подхода к решению практических задач. Широкое применение этого метода на практике осложняется необходимостью создания программных реализаций имитационных моделей, воспроизводящих динамику моделируемой системы во времени моделирования. В отличие от традиционных методов программирования, разработка имитационной модели требует перестройки принципов мышления. Не зря принципы имитационного моделирования дали толчок развитию объектного программирования. Поэтому усилия разработчиков программных средств моделирования направлены на упрощение программных реализаций имитационных моделей: Для этого создаются специализированные языки и системы.

Программные средства имитационного моделирования изменились за несколько поколений своего развития: от языков имитационного моделирования и средств автоматизации для построения моделей до программных генераторов, интерактивных и интеллектуальных систем, а также распределенных систем имитационного моделирования. Основной целью всех этих инструментов является снижение сложности создания программных реализаций имитационных моделей и экспериментов с ними. Одним из первых языков имитационного моделирования, который облегчил процесс написания имитационных программ, был язык GPSS, разработанный как конечный продукт Джеффри Гордоном (Jeffrey Gordon) в компании IBM в 1962 году. В настоящее время существуют переводчики для операционных систем DOS - GPSS/PC, для OS/2 и DOS - GPSS/H и для Windows - GPSS World. Изучение этого языка и создание моделей позволяет понять принципы разработки имитационных программ и научиться работать с имитационными моделями. (General Purpose Simulation System) - это язык имитационного моделирования, используемый для построения событийных дискретных имитационных моделей и проведения экспериментов с персональным компьютером. GPSS - это языковая и переводческая программа. Как и любой язык, он содержит словарь и грамматику, которые могут быть использованы для разработки моделей систем определенного типа. 

Концепция моделирования 

Моделирование относится к процессу построения, изучения и применения моделей. Она тесно связана с такими категориями, как абстракция, аналогия, гипотеза и т.д. Процесс моделирования обязательно предполагает как построение абстракций и аналогий, так и построение научных гипотез. Главной особенностью моделирования является то, что оно является методом опосредованного познания с помощью суррогатных объектов. Модель функционирует как особое средство познания, которое исследователь размещает между собой и объектом и с помощью которого исследует интересующий его объект. 

Любая социально-экономическая система - это сложная система, в которой взаимодействуют десятки и сотни экономических, технических и социальных процессов, постоянно меняющихся под влиянием внешних условий, в том числе научно-технического прогресса. В таких условиях управление социально-экономическими и производственными системами становится очень сложной задачей, требующей специальных инструментов и методов. Моделирование является одним из основных методов познания, формой отражения реальности и заключается в обнаружении или воспроизведении этих или других свойств реальных объектов, предметов и явлений через другие объекты, процессы, явления или через абстрактное описание в виде картинки, плана, карты, набора уравнений, алгоритмов и программ. 

В самом общем смысле под моделью понимается логическое (словесное) или математическое описание компонентов и функций, отражающее существенные свойства моделируемого объекта или процесса, обычно рассматриваемое как система или элементы системы с определенной точки зрения. Модель используется как обычная картинка, построенная для упрощения изучения объекта. В принципе, в экономике применимы не только математические (символические), но и материальные модели, но материальные модели имеют только демонстрационную ценность.

Концепция экономической системы

Экономическая система - это совокупность взаимосвязанных элементов управления, создающих определенную целостность.

В нем каждый субъект пытается удовлетворить свои потребности в рамках имеющихся ограниченных ресурсов. Отношения между ними формируются с точки зрения производственной деятельности, которая заключается в создании товаров, их распределении, маркетинге и конечном потреблении.

Субъектами экономических систем являются:

• Потребители. Они пытаются удовлетворить свои потребности.
• Фирмы. Каждая фирма максимизирует прибыль и сокращает расходы.
• Штат. Его главной задачей является обеспечение стабильного экономического роста национальной экономики.

Экономический рост направлен на повышение эффективности производства, обеспечение полной занятости, поддержание стабильных цен и экономических свобод. Она также требует справедливого распределения доходов, обеспечения безработного населения, создания условий для экологической безопасности, участия в международных экономических отношениях.

Экономическая теория выделяет несколько типов экономических систем, а именно: традиционную, командно-административную, рыночную и смешанную. Каждая из них имеет свои особенности и принципы работы, но базовая структура остается одинаковой для каждого типа системы. Историческое становление экономических систем прошло через этапы развития от доиндустриального к индустриальному, а затем к постиндустриальному. Наряду с системами, изменился и основной фактор производства. Сначала это была земля, потом капитал, теперь это информация. Фактор производства определил социально-экономические характеристики правящего класса, которые повлияли на структуру и развитие отношений в системе.

Таким образом, экономическая система - это совокупность объектов, экономических единиц, которые связаны между собой.

Имитационное моделирование экономических систем

Имитационное моделирование - это метод создания моделей, которые могут описывать процессы так, как они происходят в реальной жизни. Эта модель может быть воспроизведена в реальной жизни, а ее результаты определяются случайным образом. Имитационные модели обеспечивают получение стабильных статистических данных. Это своего рода эксперимент. Но, в отличие от последнего, он дешевле, дает возможность проводить эксперименты при изменении важных параметров. Метод также является динамическим, то есть позволяет описать поведение модели во времени.

Существуют следующие виды имитационного моделирования:

• Функциональное моделирование. Используется при разработке концепции и наличии альтернативных моделей. В качестве инструментария можно использовать игровой метод и системный анализ.
• Моделирование для изучения производительности системы. Здесь выбраны предпочтительные концепции. Должна быть построена и спроектирована модель окружающей среды для оценки эффективности.
• Изучение прикладной среды выполняется, когда требуется операционная система. С помощью этой модели можно выработать статические и динамические характеристики. Становится возможным проводить эксперименты формата "что если".
• Физическое моделирование может быть программным оборудованием, моделированием окружающей среды или виртуальной реальности. Здесь становится очевидной возможность обработки большого объема данных, а также уменьшения количества вычислительных ошибок.

Для создания имитационной модели экономической системы применяется проект, определяющий архитектуру, компоненты и другие элементы исследуемой конструкции. Проектирование системы позволяет реализовать комплексный подход к решению экономических задач. Она учитывает внешние и внутренние факторы окружающей среды, а также особенности взаимодействия системы с ними. Могут учитываться сложные социально-экономические процессы или экологические последствия. Разработка такой модели зависит от дизайна отдельных элементов и связей между ними.

Моделирование экономических систем

Моделирование экономических систем необходимо для их эффективного управления. Центральной проблемой экономической теории является компетентное управление, поскольку потребности общества растут, а имеющиеся ресурсы ограничены. Управление основано на анализе имеющейся информации, который обычно осуществляется с помощью математических расчетов. Язык математики может описывать практически все события и явления, кроме того, он позволяет оперировать данными, применять их для составления прогнозов.

Целью моделирования экономических систем является применение математических знаний для получения высокоточных результатов. Экономическое моделирование прошло несколько этапов становления. На первом этапе были использованы имитационные модели, учитывающие отдельные закономерности. Следующий этап был связан с формированием и применением функциональных математических моделей, основанных на законах функционирования систем.

Все модели, используемые в экономике, разделены на математические и аналитические модели. Первые являются количественными, вторые - структурными или имитационными моделями. Модели также могут быть реальными, символическими, словесно-описательными, формальными и так далее. Моделирование на практике требует предварительного анализа систем, синтеза данных и построения моделей. Следующим шагом является сравнение модели с реальностью и определение ее параметров. На последнем этапе вносятся необходимые коррективы.

Моделирование позволяет решать следующие задачи. Во-первых, он используется для анализа данных. То есть общие показатели разбиваются в зависимости от свойств, параметров структуры, что позволяет изучать предметную область. Синтез данных учитывает новые свойства, которые модель получает, комбинируя параметры системы.