Компьютерное моделирование в экономике

Введение
В наше время для поддержания высокого уровня развития экономической теории предполагается активное использование методов моделирования. Исследуя многоуровневые, сложные экономические системы становится невозможным получать знания о них или иметь возможность прогноза их поведения при работе, по причине отсутствия полной теории. Тогда принято в ходе исследований менять изучаемую систему, являющуюся оригиналом, на объект, допустимо другого происхождения, но похожий на оригинал поведением, называемый моделью. Используя модель, учёные получают знания, в будущем, переносящиеся на оригинал. Имеющийся сейчас в обиходе теоретический экономический материал – это не что иное, как модель функционирования экономических систем. В основном, на использование метода моделирования никаких ограничений не накладывается, но есть один момент: модель должна позволять переносить полученные результаты на оригинал, учитывая его природу. Особенность ситуации использования метода моделирования и специфика использования моделей в процессе изучения, наводят на заключение, что использование метода моделирования может быть тогда, когда у исследователя есть основные теоретические представления о исследуемом предмете. Не имея представления о минимальных свойствах оригинального объекта, выбор модели будет невозможен.
Моделирование может быть эффективным методом познания в случае, если было выполнено основной теоретический сбор знаний об объекте, подвергшимся исследованию. Знания так же должны быть сформированы и подкреплены какой-либо теорией. Задача модели и заключается, чтобы проверить верность основных теоретических фактов для их дальнейшего развития.
В роли модели принято брать объект, с хорошо исследованными свойствами. Только хорошо зная свойства модели и оригинала на столько, что можно установить сходство между ними, можно приступать к исследованиям. При использовании методов моделирования немаловажное значение имеет проблема истинной оценки модели. Если брать модель за некий абстрактный образ изучаемого объекта, то похожесть или различия между ним будут оцениваться в понятиях истина и ложь, а также в понятии абсолютной или относительной истины. Если модель истинна, то она 100% соответствует объекту для исследования. Истинность модели данного понятия при протекании, берёт во внимание условие, при котором исследуемая модель определённого типа воспроизводит явление, которое исследуют. Имеется в виду, что разному виду моделей будут нужны разные условия.
Операция моделирования первоначально ставит задачу исследования, ответ на которую будет получен с помощью модели. В связи с поставленной задачей нужно выделить основные свойства и отношения, исследование которых приведёт к цели. После выбора объекта изучения встаёт необходимость о расширении информации о нем. Итог изучения объекта может выявить невозможность или некие трудности в решении поставленной задачи путем прямого сравнивания с объектом. Для изучения данной проблемы при познании исследователю достаточно прибегнуть к созданию промежуточного звена – модели. В ходе моделирования исследователь от описания изучения предыдущего объекта, переходит к созданию или выборке точно такого же объекта, при изучении которого реально получать все данные об объекте в исходном виде.
Поиск модели допускается и на основе интуитивного характера, и на строгой и логической основе. Когда модель выбрана, наступает фаза исследования, автоматически модель превращается в объект исследования. В этом случае действия, выполняющиеся над данной моделью, направлены на получение новых знаний об этом объекте, также порядок законов его развития, отношений и свойств.
Заключительным этапом процесса моделирования является перевод итоговых знаний с помощью модели данных на оригинальный образец. В силу того, что имеется точное сходство всех отношений и элементов модели с отношениями и элементами оригинала, есть возможность перенести информацию, полученную с помощью модели, на оригинал.
Существующая связь подходящих отношений и элементов модели с отношениями и элементами оригинального объекта устанавливаются при изучении в ходе моделирования. Приближённое значение моделирования проявляется в ходе того, что констатация наличия комплекса общих свойств у оригинала и модели в ходе изучения приписывается оригинальному объекту. И тут могут быть допустимы новые свойства, обнаруженные при изучении модели.
Использование методов моделирования в практическом ключе указывает на то, что секретом успеха является невозможность формировать различные конструкции моделей мысленно. Прежде всего моделирование способно верно показывать связи, которые выявлены и существуют, раскрыть независимые, новые закономерности и в связи с этим верно предугадывать все стороны и свойства изучаемого объекта.
Метод моделирования один из единственных сочетает в себе единство органическое, теоретическое и практическое. Использование форм моделирования по созданию моделей и модельного эксперимента выступает совсем не как исходящий пункт изучения, а прежде всего, как одна из форм развития теоретических знаний. Использование моделирования обуславливается так же и необычной особенностью как взаимосвязанность, взаимопроникновение старой и новой информации, ссылаясь на движение знаний от известного к неизвестному.
Модели экономических систем обуславливаются характерной сложностью и достаточно большим размером. Изучение моделей экономических систем подразумевает использование современных вычислительных машин, отвечающих всех развитым информационных технологиям. В связи с этим, в наше время очень активно изучается и развивается компьютерное моделирование, которое и занимается исследованием и построением моделей сложных экономических систем.


ГЛАВА I МОДЕЛИРОВАНИЕ
1.1 Понятие моделирования
Моделирование – процесс построения и использования модели. Под моделью понимают такой материальный или абстрактный объект, который в процессе изучения заменяет объект-оригинал, сохраняя его свойства, важные для данного исследования.
Компьютерное моделирование как метод познания основано на математическом моделировании. Математическая модель – это система математических соотношений (формул, уравнений, неравенств и знаковых логических выражений) отображающих существенные свойства изучаемого объекта или явления.
Очень редко удается использовать математическую модель для конкретных расчетов без использования вычислительной техники, что обязательно подразумевает создание разнообразных компьютерных моделей.
Рассмотрим процесс компьютерного моделирования более подробно.
Компьютерное моделирование является одним из эффективных методов изучения сложных систем. Компьютерные модели проще и удобнее исследовать в силу их возможности проводить вычислительные эксперименты, в тех случаях, когда реальные эксперименты затруднены из-за финансовых или физических препятствий, или могут дать непредсказуемый результат. Логичность компьютерных моделей позволяет выявить основные факторы, которые определяют свойства изучаемого объекта-оригинала, а также целого класса объектов, в частности, исследовать отклик моделируемой физической системы на изменения ее параметров и начальных условий.
Компьютерное моделирование как новый метод научных исследований основывается на:
Построении математических моделей для описания изучаемых процессов.
Использовании новейших вычислительных машин, обладающих высоким быстродействием, около миллиона операций, выполняемых в секунду и способных вести диалог с человеком.
Различают аналитическое и имитационное моделирование. При аналитическом моделировании изучаются математические, то есть абстрактные модели реального объекта в виде алгебраических, дифференциальных и других уравнений, а также предусматривающих осуществление однозначной вычислительной процедуры, приводящей к их точному решению. При имитационном моделировании исследуются математические модели в виде алгоритма, воспроизводящего функционирование исследуемой системы путем последовательного выполнения большого количества элементарных операций.
Построение компьютерной модели базируется на абстрагировании от конкретной природы явлений или изучаемого объекта-оригинала и состоит из двух этапов – сначала создание качественной, а затем и количественной модели.
Компьютерное же моделирование заключается в проведении серии вычислительных экспериментов на компьютере, целью которых является анализ, интерпретация и сопоставление результатов моделирования с реальным поведением изучаемого объекта и, при необходимости, последующее уточнение модели и т. д.
Компьютерное моделирование можно разделить на несколько этапов:
Постановку задачи и определение моделируемого объекта. На этом собирается информация, формулируется вопрос, определяются цели и форма представления результатов, а также описание данных.
Исследование и анализ системы. На этом этапе происходит анализ системы, разбирается содержательное описание объекта, происходит разработка информационной модели, анализируются технические и программные средства, разрабатываются структуры данных и математической модели.
Формализация. Данный этап подразумевает переход к математической модели и создание рабочего алгоритма: выбор способа разработки, формы записи, метода тестирования и проектирования алгоритма.
Программирование. На данном этапе происходит выбор языка программирования или прикладной среды для изменения, уточняются способы организации входящих данных, а также оформление алгоритма на том языке программирования, который был выбран непосредственно в прикладной среде.
Проведение ряда вычислительных экспериментов. Отлаживается синтаксис, семантика и логическая структура, а также исследуются тестовые расчеты и проводится анализ результатов тестирования, дорабатывается программа.
Анализирование и пересмотренние результатов. Дорабатываются программы и модели, если в этом есть необходимость.
Так же разработан широкий ряд программных комплексов и сред, позволяющих провести построение и исследование моделей:
Графическая среда;
Текстовый редактор;
Различные среды программирования;
Электронные таблицы;
Математические пакеты;
HTML-редакторы;
СУБД и др.
1.2 Виды компьютерного моделирования
Смысл возможности моделирования заключается в том, чтобы перенести результаты, которые были получены при построении исследования модели, на оригинал. Модель, в каком-то значении отображает, воспроизводит, моделирует, описывает и имитирует различные черты объекта, которые интересуют исследователя.
Моделирование в смысле формы, отражающей действительность достаточно обширно распространено, и достаточно полное разделение возможных видов моделирования крайне затруднительно. Объясняется это тем, что понятие «модель» многозначно и широко используется не только в науке, но и технике, искусстве, и даже в повседневной жизни. Несмотря на это, понятие «модель» применяя к естественным и техническим наукам принято разделять на группы моделирования:
Концептуальное моделирование. При данном виде моделирования, совокупность ранее известных фактов или представлений, которые касаются исследуемого объекта или системы, объясняется с помощью разнообразных специальных символов, знаков и операций над ними или с помощью искусственного или естественного языков.
Физическое или иначе натурное моделирование. При данном виде моделируемый объект и модель представляют собой существующие, реальные объекты или процессы одной, совокупной или различной физической природы. Примечанием является то, что между процессами в объекте-оригинале и в модели выполняются различные связи подобия, которые вытекают из похожести физических явлений.
Структурно-функциональное моделирование. Вид, где модели являются блок-схемами, графиками, чертежами, диаграммами, таблицами, рисунками, дополненными специальными правилами их объединения и преобразования.
Математическое или иначе называемое, логико-математическое моделирование

. Данный вид моделирования, включая построение модели, осуществляется средствами математики и логики.
Имитационное или компьютерное моделирование. При имитационном моделировании логико-математическая модель объекта, который исследуют, представляет собой вид алгоритма функционирующего объекта, реализованного в виде программного комплекса для компьютера.
Все виды компьютерного моделирования, которые перечислены выше, не являются взаимоисключающими и применяются при исследовании объектов, являющихся довольно сложными как в комбинации, так и отдельно. Также структурно-функциональное моделирование и моделирование концептуальное можно сказать, неразличимы между собой, примером этого служат блок-схемы, которые являются специальными знаками с установленными операциями над ними.
1.3 Вычислительный эксперимент
Эксперимент – это опыт, производящийся с моделью или объектом. Суть эксперимента заключается в выполнении определённых действий, для определения, какая будет реакция экспериментального образца на эти манипуляции. Обычно вычислительный эксперимент подразумевает проведение расчетов вместе с использованием формализованной модели.
Используя компьютерную модель, которая реализует математическую, аналогично если проводить эксперимент с реальными объектами, но вместо настоящего эксперимента с исследуемым объектом проводят вычислительный эксперимент с его моделью. Задают определённый набор данных изначальных свойств модели. После этого в итоге вычислительного эксперимента получают определённый набор значений искомых параметров. Исследуются параметры объектов или процессов, находятся их самые рациональные параметры и режимы работы, в заключении уточняется модель. В случае если иметь уравнение, описывающее протекание некоторого процесса, есть возможность, изменять его коэффициенты, граничные и начальные условия, изучать, как как в этом случае поведёт себя объект. Более того, можно заранее узнать поведение объекта в разных условиях. Чтобы исследовать поведение объекта в случае нового набора исходящих данных нужно провести новый вычислительный эксперимент.
Чтобы проверить адекватность математической модели и существующего процесса, объекта или системы объекта, итоги исследований на электронно-вычислительных машинах сравниваются с итогами экспериментов на опытном натуральном образце. Обычно итоги, полученные в ходе проверки используют для корректирования математических моделей или возникает задача о допустимости построенной математической модели к проектированию либо изучению заложенных систем, объектов и процессов.
Также вычислительный эксперимент даёт возможность заменять дорогостоящие реальные эксперименты простейшими вычислениями на электронно-вычислительных машинах. Он позволит в наикротчайшие сроки и без особых денежных затрат исполнить изучение преобладающего количества различных вариантов проекта объектов или процессов для разных режимов его использования, что очень сокращает срок разработки сложных систем и внедрение их в производство.


ГЛАВА II МОДЕЛИРОВАНИЕ В РАЗЛИЧНЫХ СРЕДАХ
2.1 Среды моделирования
Моделирование в среде программирования. Моделирование в среде программирование включает в себя основные этапы компьютерного моделирования. На этапе построения информационной модели и алгоритма необходимо определить, какие величины являются входными параметрами, а какие – результатами, а также определить тип этих величин. При необходимости составляется алгоритм в виде блок-схемы, который записывается на выбранном языке программирования. После этого проводится вычислительный эксперимент. Для этого необходимо загрузить программу в оперативную память компьютера и запустить на выполнение.
Компьютерный эксперимент обязательно включает в себя анализ полученных результатов, на основании которого могут корректироваться все этапы решения задачи (математическая модель, алгоритм, программа). Одним из важнейших этапов является тестирование алгоритма и программы.
Отладка программы (английский термин debugging - отладка означает «вылавливание жучков» появился в 1945 году, когда в электрические цепи одного из первых компьютеров «Марк-1» попал мотылек и заблокировал одно из тысяч реле) – это процесс поиска и устранения ошибок в программе, производимы по результатам вычислительного эксперимента. При отладке происходит локализация и устранение синтаксических ошибок и явных ошибок кодирования.
В современных программных системах отладка осуществляется с использованием специальных программных средств, называемыми отладчиками.
Тестирование – это проверка правильности работы программы в целом, либо составных её частей. В процессе тестирования проверяется работоспособность программы, не содержащей явных ошибок.
Как бы тщательно ни была отлажена программа, решающим этапом, устанавливающим её пригодность для работы, является контроль программы по результатам её выполнения на системе тестов. Программу можно считать правильной, если для выбранной системы тестовых исходных данных во всех случаях получаются правильные результаты.
Моделирование в электронных таблицах. Моделирование в электронных таблицах охватывает очень широкий класс задач в разных предметных областях. Электронные таблицы – универсальный инструмент, позволяющий быстро выполнить трудоемкую работу по расчету и пересчету количественных характеристик объекта.
При моделировании с использованием электронных таблиц алгоритм решения задачи несколько трансформируется, скрываясь за необходимостью разработки вычислительного интерфейса. Сохраняется этап отладки, включающий устранение ошибок данных, в связях между ячейками, в вычислительных формулах. Возникают также дополнительные задачи: работа над удобством представления на экране и, если необходим вывод полученных данных на бумажные носители, над их размещением на листах.
Процесс моделирования в электронных таблицах выполняется по общей схеме: определяются цели, выявляются характеристики и взаимосвязи и составляется математическая модель. Характеристики модели обязательно определяются по назначению: исходные (влияющие на поведение модели), промежуточные и то, что требуется получить в результате. Иногда представление объекта дополняется схемами, чертежами.
Для наглядного отображения зависимости результатов расчетов от исходных данных используют диаграммы и графики.
В тестировании используется некоторый набор данных, для которого известен точный или приближенный результат. Эксперимент заключается во введении исходных данных, которые удовлетворяют целям моделирования. Анализ модели позволит выяснить, насколько расчеты отвечают целям моделирования.
2.2 Моделирование в среде СУБД
Моделирование в среде систем управления базами данных (СУБД) обычно преследует следующие цели:
Своевременное её редактирование и хранение информации;
Упорядочение информации по различным признакам;
Создание различных оценок и критериев выборки данных;
Приемлемое представление выбранных данных.
В ходе разработки модели на основе входных данных составляется структура будущей базы данных. Все характеристики, подвергшиеся описанию и их типы, собираются в таблицу. Количеством параметров объекта, то есть полей таблицы определяется количество её столбцов. Количество строк, а именно записей таблицы определяется по количеству строк, которые описываются однотипными объектами.
Созданная база данных как правило имеет не одну, а несколько таблиц, которые связаны между собой. Все таблицы описывают объекты, которые входят в определённую систему. Затем определяется и задаётся определённая структура базы данных в определённой компьютерной среде и затем переходят к ее наполнению.
По ходу эксперимента проходит сортирование данных, поиск и фильтрация, в итоге создание расчетных полей.
Компьютерная информационная панель даёт возможность создавать различные экранные формы и формы для того, чтобы выводить информацию в виде отчетов, то есть в печатном виде. Каждый отчет содержит в себе данные, отвечающие целям, заданным в начале эксперимента. Он позволит сгруппировать информацию по заданным критериям, в абсолютно любом порядке, уже с введёнными итоговыми полями расчета.
Если итоговые результаты не соответствуют тем, которые были запланированы, возможно произвести дополнительные эксперименты, изменив условия сортировки и поиска информации. При необходимости изменения базы данных можно скорректировать ее структуру: изменить, добавить или удалить все поля. В итоге появится совершенно другая модернизированная модель, с другими результатами.
2.3 Использование компьютерной модели
Компьютерное моделирование и вычислительный эксперимент как новый метод научного изучения приводит к необходимости модернизировать математический аппарат, который используется для построения математической модели. Так же он позволяет, используя математические методы, уточнять и усложнять математические модели.
Самыми перспективным для проведения вычислительного эксперимента является его использование для решения больших научно-технических и социально-экономических проблем нашего времени, таких как проектирование реакторов для атомных электростанций, проектирование плотин и гидроэлектростанций, магнитогидродинамических преобразователей энергии, и в области экономики – составление сбалансированного плана отрасли, как для страны, так и для регионов.
В различных процессах, где присутствует натурный эксперимент, опасный для жизни и здоровья людей, вычислительный эксперимент является самым важным и единственно возможным (термоядерный синтез, освоение космического пространства, проектирование и исследование химических и других производств).


ГЛАВА III КОМПЬЮТЕРНОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ В ЭКОНОМИКЕ
3.1 Моделирование в экономике
В наше время для моделирования создано огромное количество всевозможных средств. Но именно для экономики был сформирован четко выраженный круг средств для моделирования.
Первое, что принято выделять - это мощный комплекс самой развитой высшей математики. С помощью данного комплекса есть возможность обрабатывать экспериментальные зависимости, иметь поиск к экстремуму функций, заниматься составлением и решением как обычных, так и дифференциальных уравнений, а также изучать полученные зависимости.
В высшей математике со временем выделился определённый круг задач прикладного характера, например, математическое программирование, теория массового обслуживания, управление запасами, теория игр. Все вместе они составляют современную прикладную математику. Ключевым моментом задач прикладной математики является тот факт, что они имеют большую размерность и решение реальных задач допустимо только с помощью электронных вычислительных машин.
Использование электронных вычислительных машин, в особенности персональных, сделало большой прорыв в моделировании таких процессов как технических и экономический. Появилась возможность использования определённых алгоритмов моделирования, которые сложно было бы реализовать стандартным способом. Также появился современный метод моделирования, базирующийся на прямом исполнении исходной системы программными средствами с искусственной имитацией параметров, зависящих от системы. Данный метод называется имитационным моделированием, работает обычно там, где аналитические методы не дают требуемой точности. Нужно обратить внимание на то, что имитационное моделирование нуждается в огромном количестве времени, затраченном на программирование, отладку, тестовую работу моделей и обработку итогового численного материала.
Решения обычно имеют частный характер, который определён заданным конкретным параметром. Развитие информационных систем, вычислительной текинки и программирования дало хорошую возможность создавать некие системы компьютерной математики, объединяющие в себе возможности редакторов текста, различных языков программирования и имеющих подобающее количество встроенных в себя математических функций и методов решения основных математических задач.
3.2 Роль компьютерного моделирования экономики в теории и практике
Несколько десятилетий назад человечество преследовало другие цели, используя экономическое моделирование, в наше время цели стали совсем иные