суббота, 11 ноября 2017 г.

Книга про моделирование и Haskell

Здесь тоже поделюсь. Написал книгу про имитационное моделирование с той точки зрения, как я это реализовал на языке Haskell в своем комплексе программных библиотек Айвика. Книгу назвал «Aivika: Computation-based Modeling and Simulation in Haskell».

Скачать можно по любой из двух следующих ссылок, которые обе ведут на один источник, но вторая ссылка точно должна работать:

http://aivikasoft.com/downloads/aivika/aivika.pdf

https://github.com/dsorokin/dsorokin.github.io/blob/master/downloads/aivika/aivika.pdf

Книга охватывает последовательное моделирование, параллельное и распределенное моделирование, а также вложенное моделирование. Фокус на дискретно-событийном моделировании, прежде всего, процесс-ориентированной парадигме, которая сводится на уровне реализации к событийно-ориентированной.

Начну представлять книгу с конца.

В самом конце книги описан мой эксперимент по вложенному моделированию, который можно применить, например, к финансовому моделированию. Так, в узлах решетки я запускаю вложенные имитации для эмуляции некоторого случайного процесса, который потом можно оценить. Мне кажется, что это может быть очень интересным расширением известной биномиальной модели, которая широко применяется для оценки опционов и контрактов. Я же позволяю случайные процессы описывать еще в терминах дискретных событий и дискретных процессов, да того же GPSS.

Середина книги посвящена моей реализации параллельного и распределенного моделирования на основе оптимистичного метода деформации времени. Описано, как создавать такие модели, как запускать, как мониторить, как работать с вводом-выводом в условиях распределенной имитации с откатами, какие есть нюансы, например, при определении пороговых значений очередей для эффективного задания горизонта моделирования.

Главная же часть книги описывает основные концепции дискретно-событийного моделирования применительно к последовательной имитации. Дискретные события, дискретные процессы, ресурсы, вытеснение ресурса, очереди и т.д. Но очень важно заметить, что практически все это работает и в случае распределенного моделирования, и вложенного моделирования, включая GPSS-подобный предметно-ориентированный язык, который тоже бегло описан.

Книга снабжена графиками и гистограммами, которые создала сама Айвика во время имитационных экспериментов. Вы их также можете запрограммировать. Готовые отчеты с результатами моделирования Айвика умеет создавать автоматически. Поддерживается метод Монте-Карло. Можно проводить анализ чувствительности относительно случайных внешних параметров. Легко запустить имитацию с тысячами параллельных прогонов.

При всем этом мы можем с помощью довольно высокоуровневых вычислений просто определять довольно сложные имитационные модели, где в иных условиях пришлось бы прибегнуть к помощи дорогущих и сложных систем визуального моделирования.

В общем, приглашаю к прочтению. Книга о том, как можно использовать мой комплекс библиотек Айвика для решения самых разных задач имитационного моделирования. Есть только один нюанс. Для охвата более широкой аудитории я решил написать книгу на английском языке.

И добавлю еще, что на мой взгляд скорость моделирования получилась очень хорошей. Постоянно делаю замеры.

среда, 16 августа 2017 г.

Трансляция модели из Python в Haskell

Вспомнив известные слова про гору и Магомета, решил сделать свои наработки более доступными. Создал для языка программирования Python пакет aivika-modeler, который позволяет создавать дискретно-событийные модели. а затем запускать основанные на них имитационные эксперименты по методу Монте-Карло с тысячами запусков в серии и более.

Пакет больше предназначен быть неким клеем, с помощью которого на языке Python можно соединять и объединять готовые компоненты в единую модель, причем сами компоненты предполагается создавать уже на языке Haskell. Однако, во многих случаях должно хватить существующего набора компонент, и поэтому часто можно ограничиться одним языком Python. В планах добавить поддержку GPSS-подобного DSL.

Есть довольно большая категория людей из целевой аудитории, которые не знают, не хотят и не любят программирование, но Python вполне могут знать на некотором простом уровне. Однако, они могут быть очень хорошими специалистами в своей предметной области. Мой пакет может показаться удобным для них.

Итак, модель описывается на языке Python. По ней автоматически создается соответствующий код на языке Haskell. Более того, создается готовый проект на основе системы сборки Stack. Собственно, это главное техническое требование - на системе пользователя должен быть установлен Stack. Здесь предвижу некоторые возможные трудности с пакетом old-time на некоторых системах Windows, но надеюсь, что со временем они благополучно разрешатся.

Так вот, автоматически созданный проект на Stack собирается, а потом запускается на исполнение. В случае успеха в самом конце открывается веб-браузер с результатами имитационного эксперимента. Там могут быть графики, гистограммы, ссылки на таблицы в формате CSV, сводная статистика и прочая информация. Вид и формат желаемых итоговых результатов задается также на языке Python.

Мне был довольно интересен такой эксперимент по использованию Haskell из Python. Может быть, кто-нибудь возьмет идею на вооружение

понедельник, 20 марта 2017 г.

GPSS на Haskell

Если кто еще не знает, GPSS - это один из самых известных специализированных языков дискретно-событийного моделирования. Так вот, я добавил в AivikaSim [http://www.aivikasoft.com/ru/products/aivikasim.html] поддержку GPSS-подобного предметного-ориентированного языка. Это пакет aivikasim-gpss [https://github.com/dsorokin/aivikasim-gpss]. Вот здесь находится работающий тестовый пример [https://github.com/dsorokin/aivikasim-gpss-test].

Постарался охватить основные моделирующие блоки, такие как SEIZE, PREEMPT, GATHER, ASSEMBLE, MATCH. Другие либо имеют явные аналоги у меня, либо требуют небольшого программирования как в случае блоков LINK и UNLINK. Не гарантируется точного совпадения результатов с GPSS World, так как логика работы с транзактами у меня совершенно иная, но в некоторых случаях результаты получаются очень близкими.

Вот, здесь примеры моделей [https://github.com/dsorokin/aivikasim-gpss/tree/master/examples] из красной книги Шрайбера по GPSS. Там в начале каждого примера приводится соответствующий код модели на языке GPSS World. Можно сличить результаты.

Example2A.hs означает, что это пример 2A из книги, а вот Example7-26.hs означает, что это соответствует модели на рисунке 7.26. Модели с окончанием Trans, такие как Example2BTrans.hs, означают, что там используется обобщенная версия AivikaSim. Фактически это означает, что приведенный код готов для использования в распределенной имитации.

Более того, пример Example7-26Distributed.hs непосредственно запускается через модуль распределенного моделирования. В данном случае это формально последовательная модель, но запускается она фактически в виде распределенной, т.е. она готова для кластера компьютеров. Используется оптимистичный алгоритм деформации времени.

Сразу напишу, что хотя для приведенных моделей удалось добиться очень хорошего соответствия с GPSS, то вот для примера 5D из книги Шрайбера такого близкого соответствия, скорее всего, не получится. Сейчас совпадение идет в 9 случаях против одного, где модель будет уже другой. Причем, совпадает даже на очень нетривиальных моделях, где важен порядок обработки транзактов.

Касательно скорости моделирования. Модуль GPSS-подобного языка последовательной версии AivikaSim моделирует примерно в 5-7 раз медленнее, чем GPSS World, но зато позволяет использовать разные методы в рамках одной модели, например, агенты и события. Для сравнения, распределенный модуль AivikaSim на последовательных задачах медленнее в раз 6-9, чем последовательная версия AivikaSim, но зато распределенную версию можно запустить много раз на разных узлах в рамках одной модели. Например, можно запустить 7 параллельно работающих локальных процессов на одной системе с 8-ядерным процессором.

Если кто захочет проверить результаты, то вот руководство по установке AivikaSim [https://github.com/dsorokin/aivikasim-installer].

суббота, 18 февраля 2017 г.

Демо-тест распределенной имитации на монадах

Создал тестовый демонстрационный пример распределенной дискретно-событийной имитации на основе своего нового продукта AivikaSim. Тест легко воспроизвести по приведенной инструкции:

https://github.com/dsorokin/aivikasim-distributed-test

Код написан на языке Haskell, но для воспроизведения теста язык программирования знать не требуется.

Для реализации мне очень помогла платформа Cloud Haskell, разработчикам которого хочу выразить отдельную благодарность.

При воспроизведении теста можно обойтись одним локалхостом, а можно объединить до четырех машин в кластер. На самом деле, кластер мог бы состоять и из сотни машин, но для данной модели нужно всего четыре вычислительных узла.

Особая фишка в том, что узлы можно размещать, используя ненадежные соединения и обычные компьютеры. То есть, теоретически кластер может состоять из машин, расположенных в разных континентах, но вопрос тогда только в том, насколько быстро будет идти имитация, потому что для целей тестирования там сознательно создается очень много сообщений. Происходят постоянные откаты назад и попытки заново обработать дискретные события, потому как реализован оптимистичный алгоритм «деформации времени» (Time Warp).

Если возникнет кратковременная потеря связи на минуту или две, а я в своих тестах просто на время выдергивал Ethernet-кабель, то распределенная имитация должна сама себя излечить после восстановления связи. В принципе, время потери связи может быть и значительно дольше, но тогда надо подкрутить внешние параметры запуска.

Только стоит заметить, что восстановление имитации на Linux и macOS работает как часы, а вот на Windows немного похрамывает, но, видимо, это связано с тем, что у Haskell-сообщества Unix-системы приоритетнее, что скорее хорошо.

По приведенной ссылке лишь скромный небольшой демонстрационный пример, показывающий возможности системы AivikaSim.