Моделирование систем. Имитационные модели, дискретные и на базе дифференциальных уравнений

Содержание

Слайд 2

Дискретная модель распространения эпидемии Содержательное описание модели: 1. Каждый заболевший на

Дискретная модель распространения эпидемии

Содержательное описание модели:
1. Каждый заболевший на следующий день

заражает в среднем «а» человек.
2. Каждый заболевший выздоравливает через «b» дней.
3. Все население региона равно «с».
4. В первый день заболело «d» человек.
5. Выздоровевшие обладают иммунитетом к этой болезни.
Слайд 3

Обозначения x(t) – число больных ∙ z(t) – число заболевших в

Обозначения

x(t) – число больных ∙
z(t) – число заболевших в t-й день;
y(t)

– число здоровых в t-й день.
Слайд 4

Алгоритм исследования модели 1 Ниже полагаем, что время t меняется в

Алгоритм исследования модели 1

Ниже полагаем, что время t меняется в диапазоне

1 – n с шагом 1.

Начало

Ввод коэффициентов

t=1

Вычисление значений переменных

t > n

t=t+1

Конец алгоритма

Нет

Да

Печать переменных

1

2

3

4

5

7

8

9

Слайд 5

Динамика эпидемии Таблица, отображающая динамику эпидемии, при условии, что а=3, b=3, c=20, d=1 :

Динамика эпидемии

Таблица, отображающая динамику эпидемии, при условии, что а=3, b=3, c=20,

d=1 :
Слайд 6

Графическое представление результатов

Графическое представление результатов

Слайд 7

Самостоятельно 1 Определить динамику эпидемии в течение 10 дней, если известно,

Самостоятельно 1

Определить динамику эпидемии в течение 10 дней, если известно,

что:
а=4, b=2, c=30, d=4 .
Слайд 8

Самостоятельно 2 Дать формальное описание модели, содержательное описание которой приводится ниже:

Самостоятельно 2

Дать формальное описание модели, содержательное описание которой приводится ниже:
1.

Каждый заболевший на следующий день заражает в среднем «а» человек.
2. Каждый заболевший либо выздоравливает
или гибнет через «b» дней.
3. Отношение числа погибших к числу заболевших
«b» дней назад равно η.
3. Все население региона равно «с».
4. В первый день заболело «d» человек.
5. Выздоровевшие обладают иммунитетом к этой болезни.
Слайд 9

Самостоятельно 3 Определить динамику эпидемии в течение 10 дней, если известно,

Самостоятельно 3
Определить динамику эпидемии в течение 10 дней, если известно, что:


а=2, b=3, c=24, d=2, η = 25%
Слайд 10

Содержательная постановка задачи №2 Остров населен мхами, оленями и волками. Известны

Содержательная постановка задачи №2

Остров населен мхами, оленями и волками. Известны функции,

связывающие эти параметры между собой. Требуется определить такое соотношение между количеством мха, числом оленей и числом волков, которое бы гарантировало устойчивость биоценоза.
Слайд 11

Обозначения, допущения и определения Х₁ - количество мха на острове; Х₂

Обозначения, допущения и определения

Х₁ - количество мха на острове;
Х₂ - количество

оленей на острове;
Х₃ - количество волков на острове;
Х₁=A+B∙sin(t)-L∙ Х₂+d Х₁/dt;
Х₂=C∙ Х₁-D∙ Х₃+ d Х₂/dt;
Х₃=H∙ Х₂+d Х₃/dt;
ЕслиХ₁d Х₂/dt= G∙ Х₂;
d Х₃/dt=K ∙ Х₃.
Слайд 12

Замечания Х₂ и Х₃ - целые неотрицательные числа; Если одно из

Замечания

Х₂ и Х₃ - целые неотрицательные числа;
Если одно из переменных Х₂

и Х₃ принимает значение q, меньшее, чем 2, то эта переменная не может в дальнейшем превысить величину q;
Для всех i>1 справедливо:
Xi= Xi∙signum(Xi-1).
Все коэффициенты далее полагаем известными.
Слайд 13

Формальное описание острова Х₁=A+B∙sin(t)-L∙ Х₂+d Х₁/dt; Х₂=C∙ Х₁-D∙ Х₃+ d Х₂/dt; Х₃=H∙ Х₂+d Х₃/dt;

Формальное описание острова

Х₁=A+B∙sin(t)-L∙ Х₂+d Х₁/dt;
Х₂=C∙ Х₁-D∙ Х₃+ d Х₂/dt;

Х₃=H∙ Х₂+d Х₃/dt;
Слайд 14

Алгоритм исследования модели Ниже полагаем, что время t меняется в диапазоне

Алгоритм исследования модели

Ниже полагаем, что время t меняется в диапазоне 0

– Ɛ с шагом Δ.

Начало

Ввод коэффициентов

t=0

Вычисление производных

Вычисление значений переменных

t > Ɛ

t=t+Δ

Конец алгоритма

Нет

Да

Печать переменных

1

2

3

4
5

6

7

8

9

Слайд 15

Результаты моделирования Х₁ Х₂ Х₃ t

Результаты моделирования

Х₁
Х₂
Х₃
t

Слайд 16

Значения коэффициентов, использованные в программе A = 2200; B = 1000;

Значения коэффициентов, использованные в программе

A = 2200; B = 1000; L=1;

C= 0,01; D = 4; G = 0,2; H=0,1; K= 0,05; Δ = 1; X₂=150; X₃ = 2; B₁= 0,1; Ɛ = 40.
Слайд 17

Самостоятельно: Реализовать программно алгоритм имитирующий жизнь острова. Определить соотношение олени/волки, при

Самостоятельно:

Реализовать программно алгоритм имитирующий жизнь острова.
Определить соотношение олени/волки, при которой численность

оленей будет максимальной и стабильной.
Построить графики, иллюстрирующие динамику массы мха, числа оленей и волков.
Слайд 18

Модель озера (задача № 3) Учитываемые параметры (переменные): Xs – энергия

Модель озера (задача № 3)

Учитываемые параметры (переменные):
Xs – энергия солнечной радиации;
Хр

– растения;
Хк – травоядные;
Хс – плотоядные животные и рыбы;
Хо – органические осадки, выпадающие на дно озера;
Хе – энергообмен между средой и биоценозом.
Слайд 19

Формальное описание модели Модель задается системой: dXp/dt=Xs-k1Xp; dXk/dt=k2Xp-k3Xk; dXc/dt=k4Xk-k5Xc; dXo/dt=k6Xp+k7Xk-k8Xc; dXe/dt=k9Xp+k10Xk+k11Xc;

Формальное описание модели

Модель задается системой: dXp/dt=Xs-k1Xp;
dXk/dt=k2Xp-k3Xk;
dXc/dt=k4Xk-k5Xc;
dXo/dt=k6Xp+k7Xk-k8Xc;
dXe/dt=k9Xp+k10Xk+k11Xc;
Xs=k12(k13+k14sin2пt)

Начальные

условия (значение переменных при t=0):Xp(0); Xk(0); Xc(0); Xo; Xe(0).
Слайд 20

Конкретные значения коэффициентов модели Модель задается системой: dXp/dt=Xs-4.03Xp; dXk/dt=0.48Xp-17.87Xk; dXc/dt=4.85Xk-4.65Xc; dXo/dt=2.55Xp+6.12Xk_1.95Xc;

Конкретные значения коэффициентов модели

Модель задается системой:
dXp/dt=Xs-4.03Xp;
dXk/dt=0.48Xp-17.87Xk;
dXc/dt=4.85Xk-4.65Xc; dXo/dt=2.55Xp+6.12Xk_1.95Xc;
dXe/dt=Xp+6.9Xk+7.7Xc;
Xs=95.2(1+0.635sin2пt)

Начальные

условия (значение переменных при t=0):Xp(0)=0.83;
Xk(0)=0.003; Xc(0)=0.0001; Xo(0)=0; Xe(0)=0;
Слайд 21

Графическое представление результатов

Графическое представление результатов