воскресенье, 29 июня 2014 г.

Версия 1.3 моей библиотеки имитационного моделирования Айвики на Haskell

Вчера обновил документацию, а также новую версию моей библиотеки имитационного моделирования Айвики, написанную целиком на языке функционального программирования Haskell.

Айвика уже много лет умеет:
  • системную динамику (обыкновенные диффуры и разностные уравнения);
  • дискретно-событийное моделирование (управляемое временем, событиями и процессами);
  • самые базовые вещи из агентного моделирования.


Примерно год назад добавил потоки данных и процессоры, которые позволяют на достаточно высоком уровне и декларативно описывать сети массового ожидания с очередями, серверами и прочими сущностями. Код выглядит близко к тому, как если бы мы описывали такую сеть с помощью диаграмм.

Совсем недавно добавил конечные автоматы, которые позволяют моделировать с некоторым упрощением цифровые схемы. Для интеграции со всем остальным эти автоматы синхронизируются с очередью событий. Схемы могут быть рекурсивными, могут иметь задержки на такт.

Все работает на единой схеме. Формализм и базовое API описаны в документе PDF на странице Wiki проекта Aivika (пока к сожалению, только на английском):


Сам код библиотеки полностью документирован с помощью комментариев haddock. Это стандартный для Haskell способ документирования API.

Для реализации я использовал очень много разных вещей из мира функционального программирования - ввел несколько монад и две стрелки. Многое взял из учебников по Haskell и F#. Библиотека по всей своей природе целиком принадлежит миру ФП, хотя и ориентирована на императивные вычисления: стохастику и прочее IO. Просто некоторые слишком узком понимают ФП, ограничивая себя рамками детерминированности, но забывая при этом, что IO вполне поддается ссылочной прозрачности. У меня нигде там нет unsafePerformIO, и это особый предмет гордости :)

Библиотека ориентирована на практику. Мало составить модель, нужно еще вывести результаты, как-то их обработать и представить в удобном виде при минимуме рутины. Для этого существуют дополнительные пакеты, которые позволяют автоматизировать имитационные эксперименты, где мы можем достаточно декларативно описать, какие данные мы хотим вывести и в каком виде. 

Можем сохранить таблицы в файлы CSV, нарисовать графики, гистограммы, подсчитать сводную статистику по переменным, показать на специальном графике тренд и вероятные границы отклонения по правилу 3-х сигм. 

В результате эксперимента создается файл HTML с результатами, который может быть просмотрен в любом современном браузере интернета.

Модель может иметь внешние параметры, которые могут быть случайными или быть прочитанными из файла в случае необходимости. 

Например, это позволяет проводить анализ чувствительности тех или иных переменных по отношению к внешним параметрам посредством множественных запусков по методу Монте-Карло. Можем планировать эксперимент. 

Вообще, моя библиотека предоставляет eDSL, который органично вписывается в язык Haskell. При определении модели мы можем использовать практически весь арсенал средств этого языка программирования общего назначения, что открывает просто фантастические возможности для описания очень сложных процессов, конечно, при соответствующем знании языка. Дополняет эти возможности то, что заявленные выше парадигмы имитационного моделирования реализованы на основе единой схемы - они все интегрированы между собой, и фактически сводятся друг к другу.

Библиотека со всеми пакетами размещена на официальном репозитории Hackage DB, который интегрирован с Haskell Platform. Используемая лицензия очень либеральна - BSD3. Код распространяется полностью в открытых исходниках. 

На винде устанавливается так:

> cabal update
> cabal install aivika
> cabal install aivika-experiment
> cabal install aivika-experiment-chart
> cabal install aivika-experiment-diagrams

Первые три пакета помимо самого кода содержат еще и примеры. Особенно интересными могут быть примеры из третьего пакета, где выводятся графики, но для этого как раз нужен четвертый, который уже непосредственно рендерит графики.

На маке (OS X) и особенно линуксе лучше установить еще другой рендерер графиков:

$ cabal install aivika-experiment-cairo

Он использует библиотеку Cairo, и графики на мой взгляд получаются красивее.

Будет интересно получить комментарии и пожелания. Так же интересует, насколько вероятна возможность консалтинга. Готов рассмотреть взаимовыгодные и заманчивые предложения. 

Комментариев нет:

Отправить комментарий