Преамбула (doc-файл) - кафедрой радиофизики и нелинейной
advertisement
ПРЕАМБУЛА Тема работы: Разработка программного обеспечения "Программный комплекс «ANONS» комплексного анализа для сложных колебаний в радиофизических системах". Общая смысловая идея: Методы нелинейной универсальной науки, динамики, как междисциплинарной востребованы в целом ряде прикладных областей. Соответствующие учебные курсы включены в учебный план, например, по радиофизика физика. В некоторый специальностям и 014200 то же — биохимическая время, пробел 013800- в ощущается программном обеспечении, необходимом как в рамках учебного процесса, так и для научной работы ( например, при подготовке аспирантов). Известные в этой области программные ориентированы разработки на либо устаревшие операционные системы (комплекс LOCBIF), либо снабжены эффективным исследователей, неудобным для процессе но сложным применения командным (например, пакет AUTO). для в и учебном интерфейсом Кроме того, почти во всех подобных разработках акцент сделан на реализацию бифуркационного методов которые компьютерную играют исключительную важную, роль но в анализа, далеко не методологии нелинейной динамики. Центральной идеей при разработке программного комплекса ANONS в работ по мероприятию предложить студентам 1.2.9 и рамках ИОП было аспирантам гибкую в настройке и легкую в освоении среду, в которой они могли бы: исследовать заданного поведение набора заранее математических моделей автоколебательных систем; создавать и отлаживать собственные модельные системы, в том числе — многомерные и с большим количеством управляющих параметров; применять анализа набор различных математических нелинейных систем, от средств моделей наблюдения временных реализаций, проекций и сечения Пуанкаре до расчета спектра характеристических фазовых ляпуновских показателей корреляционной и размерности хаотичесих аттракторов; в равной работать с степени эффективно детерминированными стохастическими системами, между и нелинейными осуществляя соответствующими переход методами численного интегрирования и анализа динамики «на ходу». предоставить грамотным пользователям комплекса возможность расширения возможностей применительно потребностям данной при этом «рутинного» от к конкретной научно-исследовательской избывив его работы и необходимости программирования интерфейсной части. Для эффективного программного применения комплекса «ANONS» пользователь должен владеть: начальными знаниями в области синтаксиса языка программирования «С» для самостоятельного математических частей задания выражений модельной обыкновенных правых системы дифференциальных уравнений; базовыми теоретическими знаниями в области таких дисциплин, теория колебаний или как нелинейная динамика. В рамках физическом учебного процесса факультете СГУ, требование обеспечивается на первое учебными курсами по программированию лицевой стороны учебного плана, последовательностью специальных Например, специальности радиофизика являются второе общих курсов. студентов а примерами таких «Теоретические радиотехники», «Теория — и для 013800- курсов основы колебаний», «Введение в нелинейную динамику». Для студентов специальности биохимическая радиофизики», физика — это инженерная «Основы «Введение в нелинейную динамику». Кроме того, ряд специализации 014200- дисциплин 014205-прикладная биофизика и предполагает работу живых с математическими систем. Это, моделями например, курсы «Введение в моделирование биосистем», «Введение в нейродинамику», «Математические методы в биофизике». Очевидно, в силу универсальности и широкой направленности программного комплекса, эффективно может условиях При этом он не перехода систему будет в на образования. более выражена дифференцированность использования: менее применятся ожидаемого двухуровневую созданного его для бакалавриата удобно использования предопределенного набора базовых математических моделей при обучении студентов базовым дисциплинам, изучаются в которых колебательные процессы магистерских студентов научной в то время как для программ представляется быстрого и по рамках различной природы, ценным знаниям обучения возможность эффективного практическим работы, самостоятельную обучения приемам включая разработку математических систем или моделей же нелинейных детальный анализ хаотической динамики. Успешное применение всего спектра методов нелинейной предполагает знакомство динамики предварительное с их возможностями, математической базой, вычислительной реализации Очевидно, быть такая и информация предоставлена собственно идеями т.д. должна отдельно набора от прикладных программ. По этой причине, методически использование наиболее комплекса эффективно в дополнительным «ANONS» паре с источником информации по теме. Таким источником является учебно-методическое пособие «Методы нелинейной динамики», разработанное в рамках 1.2.9 этапа 2008 года ИОП. также мероприятия Оно содержит описание 9 компьютерных лабораторных работ с прямым указанием на ресурсы комплекса «ANONS» и способы его использования. Структура комплекса и языки программирования Программный написан с комплекс «ANONS» использованием языков программирования C и TCL/TK. В вычислительных модулях используются ссылки на ресурсы библиотеки SimPack. В качестве программы графической комплекса для экспорта информации указаны в модулях программы xmgr или xmgrace. Все указанные языки, библиотека и графические программы бесплатно относятся к распространяемым программным продуктам с открытым исходным кодам. Как их применение, так и созданные программные с их помощью продукты не новые требуют какого-либо лицензирования. Структурно, «ANONS» состоит из ядра и набора модулей процессов. Ядро предназначено для выполнения базовых операций, например, наборами параметров условий задания и начальных математической методов способов временных проекций. управления модели, интегрирования визуализации, реализаций Модули и наблюдения и фазовых процессов обеспечивают расчет характеристик отдельных временных реализаций. Как правило, при их запуске создается отдельный вычислительный процесс, далее с ядром не взаимодействующий. Общая характеристика составных частей комплекса Ядро программного содержит модуль, а модуль. модули основной также Кроме один того, запуска, система комплекса интерфейсный вычислительный в файлы него конфигурации, подсказок, документации. Ядро входят вызов обеспечивает загрузку выбранной модельной системы путем перекомпиляции вычислительных файлов состояния, описание и загрузки которые содержат переменных условия, и описание управляющих также модулей информацию начальные и параметеров по алгоритмов интегрирования всех значение модели, применению численного и визуализации результатов. В рамках работы пользователь а может с ядром выполнять разнообразные действия визуализации отрезков по временных реализаций, а также фазовых проекций и сечения Пуанкаре, вычислений без остановки переключаться детерминированного с варианта модельной симстемы на стохастический, исследовать взаиморасположение нульклин. Модули процессов программного комплекса организованы однотипно: из меню командного окна выбирается необходимый процесс. Выбор инициирует открытие отдельного окна графического интерфейса процесса, где пользователь указывает необходимые значения параметров численной схемы (например, режим ляпуновских показателей), выполнение необходимая расчета хараткреристических после чего инициирует процесса. При информация вычислительному полученные экспортируются визуализации. спектра этом передается С-модулю, результаты в Комплекс следующие модули процессов: а — программу сорержит 1. Экспорт временных реализаций в виде файла данных 2. Экспорт набора реализаций временных непосредственно графическую программу форматированным и графиков, отображающем расположение с количеством расположением в количество окон при и работе с ядром. 3. Экспорт фазовой в графическую проекции в программу координатах, установленных при работе с ядром. 4. Расчет спектра и визуализация мощности усреднения по с Фурье- возможностью заданному числу периодограмм. 5. Расчет сечения Пуанкаре, двойного сечения Пуанкаре и корреляционной размерности. 6. Локализация и анализ на устойчивость состояний равновесия динамических систем. 7. Локализация устойчивость и анализ на периодических решений 8. Расчет автокорреляционной функции периодических, хаотических и случайных процессов. 9. Расчет спектра ляпуновских характеристических показателей динамической системы. 10. Анализ точечных расчет процессов: последовательности интервалов времени событиями и между построение соответствующей функции плотности распределения вероятности. 11. Функция, определяемая пользователем. Этот процесс имеет унифицированный интерфейс, но вычислительный модель, в отличие от всех остальных процессов, привязан к конкретной модельной системе. Это дает возможность доопределить пользователью необходимый ему вычислительный процесс и, тем самым, расширить возможности применительно к комплекса исследованию конкретной модельной системы. Более подробно программного интерфейс комплекса работы с ним описаны и приемы в «Руководстве пользователя» (прилагается). Файлы и документация программного комплекса «ANONS» доступны на научнообразовательном нелинейной радиофизики портале динамике и нелинейной СГУ по адресу: http://chaos.ssu.runnet.ru по кафедры динамики
