SCI Библиотека

В монографии изложены базовые вопросы математического моделирования сложных систем. Предмет данной монографии - математические методы и подходы, используемые в моделях сложных систем. Изложены основы теории информации, элементы теории кодирования, постулаты теории сложности алгоритмов и алгоритмической разрешимости, элементарные понятия теории вероятности и массового обслуживания, введение в теоретические аспекты криптографии. Значительное место в монографии уделено систематическому изложению основных алгоритмов и методов спектрального и неспектрального анализа с целью выделения полезных сигналов на примере обработки результатов натурных измерений случайных гидрофизических полей. Для специалистов в области моделирования сложных систем.

Книга посвящена разработке и анализу методов приближенного решения модельных задач гидрофизики мелководного водоема. При моделировании процессов распространения загрязняющих веществ в прибрежных системах учитываются факторы: сложная геометрия дна и береговой линии, испарение, стоки рек, пространственная неоднородность и движение водной среды; биогенный, кислородный и температурный режимы, соленость, микротурбулентная диффузия. При разработке дискретного аналога модели транспорта ЗВ использованы неявные схемы повышенного (четвертого) порядка точности, устойчивость которых исследована на основе метода гармоник. Полученные в процессе дискретизации системы сеточных уравнений решены адаптивным модифицированным попеременно-треугольным итерационным методом (МПТМ) вариационного типа. Для повышения точности расчетов использованы схемы, учитывающие частичную заполненность контрольных областей, точность которых повышается за счет лучшей аппроксимации границ разделов сред. Описаны методы решения модельных задач транспорта загрязняющих примесей, включая нефть и нефтепродукты, а также алгоритмы, используемые при создании библиотеки программ, реализованной на многопроцессорной вычислительной системе, что обеспечивает возможность построения оперативного прогноза изменения экологической обстановки прибрежной системы в результате аварийного разлива нефти.

Монография предназначена для научных сотрудников, инженеров, аспирантов и магистрантов, специализирующихся в области математического моделирования, прикладной математики, гидрофизики.

В монографии рассматриваются математические модели в следующих научно-прикладных задачах:

• гидродинамические процессы в нефтеносных пластах и задачи вытеснения высоковязкой нефти горячей водой и паром;

• гидродинамические процессы в оползневых и селеопасных склонах и вопросы устойчивости горных склонов.

Для решения широкого круга математических моделей применяются аналитические, приближенно – аналитические и известные численные методы: метод конечных элементов и метод крупных частиц.

Предназначена для научных и инженерно-технических работников, аспирантов, специализирующихся в области гидродинамики.

В учебном пособии изложен теоретический материал по вопросам моделирования динамических систем, а также прикладные методики и примеры решения практических задач, связанных с выполнением основных преобразований математических моделей, направленных на их упрощение и приведение к стандартному виду с целью исследования их наблюдаемости, управляемости и устойчивости. Излагается методика проверки полученных результатов, основанная на проведении исследований динамики свободного и вынужденного движения систем на основе аналитического и численного решения соответствующих линейных дифференциальных уравнений, а также геометрических представлений на фазовой плоскости.

Материал пособия предназначен для самостоятельной работы слушателей и курсантов при изучении дисциплин «Основы теории управления», «Теория автоматического управления», «Моделирование», «Управление космическими аппаратами и средствами наземного комплекса», «Теория и системы управления», «Теоретические основы автоматизированного управления и обработки информации», а также при проведении практических занятий и лабораторных работ по индивидуальным заданиям при изучении соответствующих разделов названных дисциплин. Материал пособия может быть полезен всем, занимающимся аналитическими исследованиями математических моделей сложных динамических процессов, а также вопросами анализа и синтеза систем управления.

В монографии представлены результаты численного моделирования сложных трехмерных течений сжимаемого вязкого теплопроводного газа при учете действия сил тяжести и Кориолиса, наблюдающихся при локальном нагреве подстилающей поверхности и при вертикальном продуве. Математическая модель, решения которой описывают возникновение и продолжительное существование подобных течений, есть полная система уравнений Навье-Стокса. Численное построение решений полной системы уравнений Навье-Стокса при соответствующем выборе начальных и граничных условий позволяет моделировать указанные сложные течения сжимаемого вязкого теплопроводного газа в трехмерном нестационарном случае.

Монография может быть использована для подготовки аспирантов направления 09.06.01 «Информатика и вычислительная техника» по профилю «Математическое моделирование, численные методы и комплексы программ». Кроме того, будет полезна научным работникам, преподавателям, магистрантам и студентам, интересующимся содержательными задачами газовой динамики, а также аналитическими и численными методами решения систем нелинейных уравнений с частными производными.

В настоящей монографии на основе физико-математического моделирования исследуются средне- и макромасштабные взрывные процессы на всех высотах в атмосфере Земли и в ближнем космосе. Это изучение проведено с помощью аналитических и численных методов для широкого круга задач, относящихся как к природным явлениям (эксплозивные извержения вулканов, взрывоподобное разрушение космических тел в атмосфере), так и связанным с деятельностью человека (проведение крупномасштабных взрывных геофизических экспериментов в ионосфере, разработка способов отражения столкновения метеороидов с Землей посредством ракетно-ядерного оружия и т. п.). Значительное место в монографии отведено лабораторному физическому моделированию с помощью лазерной плазмы наиболее сложных физических процессов, сопровождающих взрыв. Материал книги основан главным образом на опубликованных работах авторов.

Монография рассчитана на научных сотрудников, специализирующихся в области газовой динамики, физики плазмы, лабораторных исследований газоплазменных течений высокой удельной энергии и методов их численного моделирования. Книга будет полезна студентам старших курсов и аспирантам соответствующих специальностей.

В монографии излагается ряд базовых методов математического и компьютерного моделирования экономических процессов. Понятийный аппарат и теоретический материал представлены в форме системы строгих определений и теорем, снабженных детальными доказательствами, пояснениями и примерами. Специальное внимание уделено возможностям компьютерной реализации моделей с использованеим средств Microsoft Excel и Wolfram Mathermatica. Эти средства открывают широкое поле экспериментального анализа решений, построения целостной экономической политики, проведения оптимизационных расчетов. Приведены примеры компьютерной реализации моделей, даны указания по самостоятельному построению, сформулированы упражнения (с ответами) для индивидуальной работы. Простота применяемого аппарата и подробность изложения позволяют использовать материалы книги в обучении студентов вузов по направлениям «Экономика» и «Менеджмент». Результаты последних глав, в которых изучаются свойства стабильных траекторий и базовых моделей экономической динамики, представляют интерес для аспирантов и научных работников.

В монографии рассматриваются принципы построения и использования математических моделей для решения задач анализа и синтеза систем, функционирующих как в индифферентных по отношению к системе, так и конфликтных условиях. Обсуждаются вопросы обоснования модели системы, корректной постановки и решения задачи ее исследования. Формализуются понятия: «состояние - поведение - алгоритм функционирования», строится обобщенная модель взаимодействия системы с внешней средой, на которой формулируются задачи анализа и синтеза. Изучаются принципы редукции общей задачи и решения частных задач анализа и синтеза подсистем и объектов. Книга ориентирована на специалистов, занимающихся проектированием и исследованием автоматизированных комплексов и систем различного назначения.

Монография посвящена актуальным вопросам применения методов математического моделирования. В монографии рассматривается представление о методе математического моделирования, требования, предъявляемые к математической модели, основные этапы создания математической модели. Большое внимание уделяется не только построению математической модели, но и подробно изучен вопрос постановки, исследования и решения соответствующих вычислительных задач; проверке качества модели на практике. Сделан обзор основных численных методов.

Рассматривается задача управления процессом кристаллизации металла в литейном деле. От того, как протекал процесс затвердевания жидкого металла, зависит качество полученного образца. Известно, что для получения образца хорошего качества желательно, чтобы поверхность раздела фаз была как можно ближе к плоской и чтобы скорость ее движения была близка к заданной. Предложена математическая модель процесса кристаллизации, в основе которой лежит трехмерная двухфазная начально-краевая задача типа Стефана. В качестве функции, управляющей процессом, используется скорость перемещения литейной формы в печи. Управляющая функция, удовлетворяющая технологическим требованиям, определяется из решения сформулированной задачи оптимального управления. Её решение проводится численно, с помощью градиентных методов минимизации функционалов. В работе используется эффективный способ вычисления компонент градиента целевой функции. Он основан на применении методологии быстрого автоматического дифференцирования и позволяет вычислять точное значение градиента целевой функции для выбранного дискретного варианта задачи оптимального управления.