При имитационном способе решения обязательным является наличие некоего счётчика, который позволяет моделировать процесс по шагам или по деталям процесса.
Повторяя пошагово расчёт в цикле, на каждом этапе работы алгоритма будем имитировать течение процесса (рис. 1.19). Обратите внимание, что процесс берётся не в целом, а как бы в деталях, по шагам. Переменная t является координатой, а значит, отслеживается счётчиком с шагом h. Идея имитации — продвигать пешехода и велосипедиста на величину V · h на каждом такте, где h — достаточно малая величина. Поскольку мы рассматриваем множество актов движения по отдельности, можно по ходу менять все переменные модели, например, V. Если путь пройден большой (S1), то можно устроить привал (V = 0) на некоторое время. Остановка процесса имитации определяется суммой путей, пройденных велосипедистом и пешеходом навстречу друг другу, и сравнением её с расстоянием D.
Рис. 1.19. Блок-схема решения задачи о встрече (имитационный алгоритмический способ)
На формально-математическом языке алгоритм выглядит так, как показано ниже.
t := t + h · e S1 := S1 + V1 · h · e S2 := S2 + V2 · h · e e := ed(D – (S1 + S2)) f := not(e) stop(f)
e — вспомогательный флаг; f — флаг, показывающий, был ли пройден к текущему моменту t весь путь или нет; ed(x) — единичная функция: ed(x) = 1 при x ≥ 0, иначе ed(x) = 0; stop(z) — функция останова вычислений при z > 0.
Решение может быть найдено геометрически. Для этого в осях (t, S) схемой, показанной на рис. 1.20, строятся траектории движения объектов.
Рис. 1.20. Схема решения задачи о встрече (имитационный геометрический способ)
На рис. 1.21 вы видите картину, образованную двумя осциллограммами. Точка, в которой пересекаются осциллограммы, является предполагаемой точкой встречи двух объектов.
Рис. 1.21. Вид решения задачи о встрече (имитационный геометрический способ)
Главное отличие имитационных моделей от аналитических, которые мы рассмотрели выше, состоит в том, что имитационную модель можно постепенно усложнять, при этом результативность модели не падает.
Усложним задачу 1, введя в неё дополнительное условие. Представим, что на пути первого и/или второго объекта встретится помеха — пусть это будет участок железной дороги со шлагбаумом, который работает по случайному закону. Если шлагбаум открыт, то объект может переходить железную дорогу, в противном случае он не имеет права этого делать.
Промоделировать случайную работу шлагбаума можно с помощью генератора случайных чисел (ГСЧ). В различные моменты времени ГСЧ будет выдавать случайное число r = 0 или r = 1, это будет означать, что шлагбаум закрыт или, соответственно, открыт (см. рис. 1.22).
Рис. 1.22. Вид функции случайных помех (к задаче о встрече)
Частоту открывания шлагбаума можно контролировать, увеличивая или, наоборот, уменьшая число q, пересчитав случайное число r в z по формуле: z := ed(q – r).
На рис. 1.23 дана иллюстрация усложнённой задачи 1.
Рис. 1.23. Иллюстрация к усложнённой задаче о встрече
На рис. 1.24 представлена алгоритмическая схема задачи.
Рис. 1.24. Схема решения задачи о встрече (имитационный статистический способ)
Условия b1 и b2 контролируют, находится ли первый и/или второй объект менее чем за 5 метров от шлагбаума, когда тот закрыт. b1 = 1 (b2 = 1) — это условие «не двигаться», если объект находится в зоне шлагбаума и шлагбаум закрыт; a — место нахождения шлагбаума, расстояние до шлагбаума от нуля; f — флаг встречи. Если f = 0, то встреча произошла и моделирование начинается снова с t = 0, S1 = 0, S2 = 0, а к статистическим счётчикам необходимо прибавить итоги эксперимента — номер эксперимента, время встречи, место встречи.
Поскольку алгоритм использует случайные числа в качестве исходных данных, придётся сделать несколько экспериментов и найти средние значения выходных величин. Результат одного эксперимента случаен и ни о чем не говорит. Среднее значение более информативно. Ещё более информативны сведения о первом и втором моменте — среднем и разбросе значений вокруг него (дисперсии) и так далее.
