SİMÜLASYON Hazırlayan: Özlem AYDIN Not: Bu sunumda Yrd. Doç. Dr. Yılmaz YÜCEL in Modelleme ve Benzetim dersi notlarından faydalanılmıştır.
SİMÜLASYONUN ORTAYA ÇIKIŞI Simülasyonun modern anlamda kullanılışı ilk defa John Von Neumann ve Stanislaw Ulam tarafından İkinci Dünya savaşının son yıllarında nükleer silahların geliştirilmesi sırasında olmuştur. Simülasyon tekniği ile analitik olarak çözülmesi çok zor deneysel işlemler ve çok pahalı olduğu gibi son derece tehlikeli olan problemler başarı ile çözülmüştür. 1950 li yılların ikinci yarısından itibaren bilgisayarların gelişimi ile beraber sosyal bilimciler de fizikçiler gibi laboratuvar deneylerine benzer deneyleri bilgisayarlar ile gerçekleştirme olanağına kavuşmuşlardır.
SİMÜLASYON NEDİR? Simülasyon ile modelleme; 1. Sistemin davranışını tanımlama, 2. Teori veya Hipotez kurma, 3. Kurulan teoriyi sistemin gelecekteki davranışlarını tahmin etmek için kullanmak, şeklinde bir deneme ve uygulama metodolojisidir. Simülasyon bir sistemin modelini kurarak model üzerinde denemeler yapmayı kapsar.
SİMÜLASYON VE UYGULAMA ALANLARI Simülasyon bir çok bilim dalında uygulanan bir teknikdir. Simülasyon gerek temel bilimlerde gerekse de pratik amaçlarla kullanılabilir. Temel Bilimlerdeki Uygulamalar a- Eğri altındaki alanların tahmini, genel olarak çok katlı integrallerle hesaplanacak alan ve hacim hesapları b- π sayısının tahmin edilmesi c- Parçacık yayınım çalışmaları
SİMÜLASYONUN UYGULAMA ALANLARI Pratik Uygulamalar a- Kuyruk sistemlerinin tasarımı. Şebeke tasarımı (Haberleşme, dağıtım, iletim) b- Ekonomik problemler, tüketici davranışları, fiyat belirleme, ekonomik kestirim, ve toplam firma davranışları c- Sosyal ve davranışsal problemler, nüfus dinamiği, çevre sağlığı uygulamaları, salgın hastalıklar (epidemiyolojik) çalışmalar, grup davranışlarını incelemek d- Sıvı dengesi insan vücudundaki elektrolit dağılımı, kan hücrelerinin çoğalması, beyin faaliyetlerinin incelenmesi savaş stratejileri ve taktiklerinin geliştirilmesi
MODEL TANIMI Model, bir objenin, bir sistemin veya bir fikrin temsilidir. Modelin amacı sistemi açıklamak, anlamak veya iyileştirmek hususlarında bize yardımcı olmasıdır. Simülasyon modelleme tiplerinden sadece birisidir. Modellerin 1- Düşünceye yardım etme 2- Haberleşmeye yardımcı olma 3- Eğitime hizmet etme 4- Tahmin etme 5- Denemelere yardımcı olma gibi fonksiyonları vardır.
MODEL TANIMI Model, gerçek dünyadaki bir olayın veya sistemin soyutlanması, basitleştirilmesi ve kavramlaştırılmasıdır Model, olayı veya sistemi tanımlamaya başka bir deyişle bir örnek türetmeye yardımcı olur. Modeller gerçek dünyadaki örneklerinin yerini alamazlar, ancak gerçek olay veya sistemin karmaşık yapısının anlaşılabilir parçalara indirgenmesinde yararlı olurlar. Modeller genellikle üç grupta incelenir: uyuşum (iconic), benzeşim (analog) ve matematiksel modeller.
UYUŞUM MODELLERİ Uyuşum modelleri (iconic), fiziksel bir büyüklüğün belirli bir ölçekte temsilidir. Örneğin; maketler, çocuk oyuncakları vb.
BENZEŞİM MODELLERİ Benzeşim modelleri (analog) fiziksel modellere kıyasla gerçek sistemin daha büyük ölçüde soyutlanmış şeklini temsil ederler. Sistem ya da süreçle bir kavramsal paralellik kuracak biçimde gerçek duruma ilişkin bileşenlerin yerine geçebilecek ve onların işlevlerini yerine getirecek öğeler desteğinde kurulan modellerdir.
MATEMATİKSEL MODELLER Matematiksel/simgesel modeller harf, sayı ve diğer sembolleri kullanarak sistemin elemanları, özellikleri ve bunlar arasındaki ilişkileri belirler. Sembolik model, üzerinde çalışılan gerçek sistemin en soyut durumunu temsil eder. Bu tür modeller, model tasarımı aşamasında en yüksek düzeyde genelleme ve soyutlama yapmaya olanak verirler. fonksiyonuna ilişkin bir matematiksel model verilmiştir: Q = A * L a * K b Burada Q üretim hacmi, L emek (işgücü), K sermaye (kapital) A,a,b ilgili parametreler Aşağıda Cobb-Douglas üretim
NE ZAMAN SİMÜLASYON YAPILMALIDIR? 1. Problemin tam bir matematiksel formülasyonu mevcut değildir veya bu problemi çözebilmek için matematik teori yetersizdir. Diğer bir deyişle modelin analitik yöntemler kullanılarak çözümü henüz bulunmamıştır. 2. Problem analitik olarak çözüme elverişlidir. Fakat problemin çözümünde kullanılacak matematik yöntemler çok karmaşıktır. 3. Analitik yöntemler vardır, bu yöntem rahatlıkla kullanılabilecek durumdadır. Fakat problem üzerinde çalışan kişilerde bu bilgiler yoktur.
NE ZAMAN SİMÜLASYON YAPILMALIDIR? 1. Belirli parametrelerin tahmin edilmesi için simülasyona baş vurulur. 2. Deneme yapmak için simülasyon tek çaredir. 3. Sistemlerin veya süreçlerin davranış karakteristiklerini belirlemek için simülasyon yapılır, sistem veya süreçlerin davranış karakteristiklerini ortaya koymak çok süre gerektirdiği takdirde simülasyona başvurulur.
SİMÜLASYON SÜRECİ Gerçek sistemlerin davranışlarını araştırmak için yapılır. 1-Sistemin tanımı 2-Modeli formule etme 3-Veri derleme 4-Modelin dönüştürülmesi 5- Modelin geçerliliğini araştırma 6- Stratejik planlama 7- Taktik planlama 8-Deneme 9-Yorum 10-Uygulama 11-Belgeleme
SİMÜLASYON TEKNİĞİ KULLANMANIN FAYDALARI 1. Sistemin modeli bir kere kurulduktan sonra farklı durumlar için istenildiği kadar kullanılabilir. 2. Simülasyon yöntemleri sistem verilerinin ayrıntılı olmadığı durumlarda elverişlidir. 3. Simülasyon modeli üzerinde daha sonra yapılacak analiz için veri çoğu zaman gerçek hayatta olduğundan daha ucuza temin edilir. 4. Bir sistemdeki dahili karmaşık etkileşimleri inceleme ve bunlar üzerinde deney yapma imkânı sağlar. 5. Simüle edilen sistemin ayrıntılı gözlemi (ki sistemi simüle ederken yapılması gereken işlerden biridir) daha iyi anlaşılmasını, daha önceden görülmemiş eksikliklerin giderilmesini, daha etkin fiziksel ve operasyonel sistemin kurulmasını sağlar.
SİMÜLASYON TEKNİĞİ KULLANMANIN FAYDALARI 6. Simülasyon değişik koşullar altında sistemin nasıl olacağı hakkında çok az veya hiçbir veriye sahip olmadığımız yeni durumlar üzerinde deney yapma amacıyla kullanılabilir. 7. Analitik çözümlerin doğruluğunu gerçeklemek amacıyla kullanılabilir. 8. Simülasyon ile dinamik sistemlerin gerçek zamanı daraltılmış bir zaman dilimi içinde incelenebilir. 9. Simülasyon analistleri genel düşünmeye zorlar.
SİMÜLASYON TEKNİĞİ KULLANMANIN SAKINCALARI 1. Bir sistemin bilgisayar simülasyonunu kurmak ve geçerli olduğunu ispatlamanın maliyeti çoğu zaman yüksektir. Genel olarak her sistem için ayrı bir program yazma gereği ortaya çıkabilir. Simülasyon dillerinin varlığı bunu bir ölçüde ortadan kaldırmıştır. 2. Araştırmacılar simülasyon tekniklerini öğrendikten sonra analitik çözüm teknikleri var olmasına ve daha uygun olmasına rağmen simülasyona başvurabilir.