stringtranslate.com

СТЕЛЛА (язык программирования)

STELLA (сокращение от Systems Thinking, Experimental Learning Laboratory with Animation ; также продается как iThink ) — визуальный язык программирования для моделирования динамики систем , представленный Барри Ричмондом в 1985 году. Программа, распространяемая isee systems (ранее High Performance Systems), позволяет пользователям запускать модели, созданные в виде графических представлений системы с использованием четырех основных строительных блоков. STELLA использовалась в академических кругах в качестве учебного пособия и применялась в различных исследовательских и бизнес-приложениях. Программа получила положительные отзывы, особенно за простоту использования. [3] [4] [5]

История

Работая в Массачусетском технологическом институте в 1960-х годах, Джей Райт Форрестер разработал самое раннее понимание динамики систем , которую, как он утверждал, можно было понять только с помощью моделей. [6] Профессор системных наук Дартмутского колледжа Барри Ричмонд основал High Performance Systems в 1984 году. [7] При финансовой поддержке Analog Devices, Inc. и технической поддержке Apple Computer он разработал STELLA (сокращение от Structural Thinking, Experimental Learning Laboratory with Animation) в своей компании. [8] [9] Он представил прототип языка визуального программирования в 1985 году на ежегодной конференции System Dynamics Society в докладе под названием «STELLA: Software for Bringing System Dynamics to the Other 98%». [4] [8] [10]

В этой статье Ричмонд размышлял об изучении системной динамики: «Если эта штука действительно так хороша, то почему эта область не «взлетела»?» [11] Стив Петерсон, коллега Ричмонда, после его смерти в 2002 году размышлял о том, что Ричмонд считал, что моделирование — это инструмент, который должен использовать каждый, и что эта идея нашла отражение в работе Ричмонда. [8] Он процитировал статью 1994 года, в которой Ричмонд описал STELLA как «весьма уникальную, весьма мощную и весьма широко полезную как способ мышления и/или обучения. Она также способна быть довольно прозрачной — используя то, как мы изучаем биологию, управляем нашим бизнесом или ведем нашу личную жизнь». [8]

Функциональность и особенности

Диаграмма с синим прямоугольником («Популяция кошек»), питаемым синими стрелками («Рождение кошек» и «Смерть кошек»). Розовые стрелки питают синие стрелки из кругов «Рождаемость кошек» и «Смерть кошек».
Простая модель популяции кошек STELLA; стада представлены в виде прямоугольников, потоки — в виде труб к стаду/от стада, преобразователи — в виде кругов, а соединители — в виде кривых линий со стрелками. [12]

Подход STELLA к моделированию систем имеет некоторые сходства с предшественником, языком моделирования DYNAMO . DYNAMO явно определяет «запасы» (резервуары) и «потоки» (входы и выходы) как ключевые переменные в системе, словарь, который STELLA разделяет. [9] В STELLA пользователям предоставляется графический пользовательский интерфейс , в котором они могут создавать графические модели системы, используя четыре основы: запасы, потоки, преобразователи и соединители. [13] Отношения между преобразователями (которые передают преобразующие переменные) и другими элементами могут быть нарисованы с помощью преобразователей. Пользователи могут вводить значения для запасов, потоков и преобразователей (включая множество встроенных функций). [14] STELLA не различает внешние и промежуточные переменные в системе; все они представлены с помощью преобразователей. [15]

Программное обеспечение создает уравнения конечных разностей , которые описывают графическую модель, и позволяет пользователям выбирать метод численного анализа для применения к системе: метод Эйлера или различные методы Рунге-Кутты (второго или четвертого порядка). [16] Перед запуском модели пользователи могут также указать временной шаг и время выполнения для моделирования. [17] STELLA может выводить данные в графической или табличной форме. [18]

STELLA запускает одно окно за раз, что означает, что в любой момент времени может быть запущена только одна модель. [4] Собственные форматы файлов программы обозначаются либо расширением .stm, .stmx, .itm, либо .itmx расширением имени файла . STELLA также использует развивающийся стандарт на основе XML для хранения моделей, XMILE. [19] В 2012 году два исследователя выпустили StellaR, программное обеспечение, которое может переводить модели STELLA на язык программирования R. [20]

Приложения

Образование

Модель STELLA из статьи о влиянии углерода на лесную биомассу [21]

Из-за своей простоты по сравнению с более сложными языками моделирования STELLA упоминается как полезный инструмент в образовательных учреждениях. [6] Ричмонд презрительно рассматривал большую часть образования как «усваивание контента» и предлагал системное мышление как средство против этого. [22]

В 1987 году High Performance Systems выпустила руководство по STELLA, поощряющее его использование в академических условиях [23] , и было опубликовано множество учебников, обучающих моделированию и системному мышлению с использованием этого программного обеспечения. [24] [25] Примеры упражнений со STELLA включают воссоздание модели Daisyworld , [26] моделирование краха населения острова Пасхи , [27] и моделирование мотивации главного героя в « Гамлете » Уильяма Шекспира . [28]

Исследование эффективности проектного обучения на основе проекта по моделированию водораздела , проведенное в 2010 году 72 учениками средней школы, показало, что добавление компонента моделирования STELLA в проект улучшило общее понимание материала по сравнению с традиционными методами, особенно среди учащихся женского пола, которые превзошли своих коллег-мужчин с добавлением STELLA. [29]

Академия и коммерция

Программное обеспечение также используется в исследовательских целях. Среди других проектов исследователи использовали STELLA для применения теории пика Хабберта к поставкам угля в Китае , [30] для моделирования динамики атразина в сельскохозяйственных землях, [31] и для моделирования взаимодействий между морскими макробеспозвоночными. [32]

isee systems [a] продает идентичное программное обеспечение, ориентированное на бизнес-потребителей, под названием iThink (ранее STELLA for Business). [5] [33] Модели iThink применялись к различным системам, включая производственные линии, [13] больничные отходы в развивающихся странах, [34] координацию между отделением неотложной помощи и больничными койками, [35] и конкуренцию на рынке домашнего видео. [5]

Прием

В обзоре программы 1987 года в BioScience Роберт Костанца написал , что «STELLA — это надежная программа, хорошо спланированная и выполненная, которая открывает новые горизонты». [3] Он похвалил ее простоту использования как полезную как для новичков, желающих научиться строить модели, так и для экспертов, которые могли бы использовать ее для тестирования компонентов более сложных моделей. [3] Обзор программы 1998 года в Bulletin of the Ecological Society of America согласился с тем, что программа проста в использовании, особенно для начинающих разработчиков моделей, но отметил в качестве недостатков отсутствие инструментов оптимизации моделей и возможность запускать только одно окно за раз. [4]

В своей статье для журнала Complexity в 1997 году Бенедикт Халлгримссон счёл, что прилагаемое к программе руководство слишком усердно продвигает теорию систем, но предупредил, что «руководство не должно отвлекать от того, что в остальном является очень хорошо продуманной и построенной программой». [36]

В обзоре iThink, опубликованном в журнале Planning Review в 1991 году , отмечалось, что преимуществом программного обеспечения была его низкая стоимость (розничная цена программы составляла около 450 долларов США (1007 долларов США в ценах 2023 года [37] ) и огромное количество возможностей, предоставляемых его открытой формой. [5]

Смотрите также

Примечания

  1. ^ High Performance Systems изменила свое название на isee systems в 2004 году. [7]

Ссылки

  1. ^ "Обновления функций". isee systems. Архивировано из оригинала 13 января 2021 г.
  2. ^ "Часто задаваемые вопросы по программному обеспечению". isee systems. Архивировано из оригинала 28 ноября 2020 г.
  3. ^ abc Costanza, R. (февраль 1987 г.). «Имитационное моделирование на Macintosh с использованием STELLA». BioScience . 37 (2): 129–132. doi :10.2307/1310367. JSTOR  1310367. S2CID  56217107. Значок закрытого доступа
  4. ^ abcd Картер, Дж. (октябрь 1998 г.). «Два визуальных языка программирования для имитационного моделирования: Stella 5.0 и Modelmaker 3.0». Бюллетень Экологического общества Америки . 79 (4): 237–239. doi :10.2307/20168276. JSTOR  20168276. S2CID  62582639. Значок закрытого доступа
  5. ^ abcd Samzelius, JE; Miller, SE (1991). "ithink: Анимированные стратегические модели на вашем настольном компьютере". Planning Review . 19 (1): 32–34. doi :10.1108/eb054316. Значок закрытого доступа
  6. ^ ab Doerr, HM (1996). «Стелла десять лет спустя: обзор литературы». Международный журнал компьютеров для математического обучения . 1 (2): 201–224. doi :10.1007/BF00571080. S2CID  19428296. Значок закрытого доступа
  7. ^ ab "High Performance Systems, Inc. становится isee systems" (PDF) (Пресс-релиз). Lebanon, NH: isee systems. 4 марта 2004 г. Архивировано из оригинала (PDF) 22 октября 2006 г. Получено 1 марта 2016 г.
  8. ^ abcd Peterson, S. (июль 2003 г.). Barry Richmond, System Dynamics and Public Policy (PDF) . 21st System Dynamics Conference. New York City. стр. 1–14. Архивировано из оригинала (PDF) 1 марта 2013 г. Получено 29 февраля 2016 г.
  9. ^ ab Bossel 1994, стр. 213.
  10. ^ Ричмонд и др. 1987, с. iv.
  11. ^ Richmond, B. (1985). STELLA: Software for Bringing System Dynamics to the Other 98% (PDF) . 3-я международная конференция Общества системной динамики. Keystone, CO. стр. 706–718. Архивировано из оригинала (PDF) 1 марта 2016 г. Получено 29 февраля 2016 г.
  12. ^ Ричмонд и др. 1987, стр. 85–97.
  13. ^ ab de Souza, R.; Huynh, R.; Chandrashekar, M.; Thevenard, D. (октябрь 1996 г.). Сравнение парадигм моделирования для производственной линии . Международная конференция IEEE по системам, человеку и кибернетике, 1996 г. Пекин. стр. 1253–1258. doi :10.1109/ICSMC.1996.571288. Значок закрытого доступа
  14. ^ Хэннон и Рут 1997, стр. 13.
  15. ^ Боссель 1994, стр. 216.
  16. ^ Taffe, WJ (март 1991 г.). Моделирование и имитация с помощью Stella: общеобразовательный курс . 22-й технический симпозиум SIGCSE по образованию в области компьютерных наук. Сан-Антонио, Техас. С. 87–91. doi :10.1145/107005.107021. Значок закрытого доступа
  17. ^ Хэннон и Рут 1997, стр. 14.
  18. ^ Боссель 1994, стр. 219.
  19. ^ "XMILE – Открытый стандарт для моделей системной динамики". isee systems. 2013. Получено 23 января 2018 г.
  20. ^ Наими, Б.; Войнов, А. (декабрь 2012 г.). «StellaR: программное обеспечение для перевода моделей Stella в среду с открытым исходным кодом R» (PDF) . Моделирование окружающей среды и программное обеспечение . 38 : 117–118. doi :10.1016/j.envsoft.2012.05.012. Значок закрытого доступа
  21. ^ Тиммонс, Д.С.; Бухгольц, Т.; Винеман, Ч.Х. (май 2016 г.). «Энергия лесной биомассы: оценка воздействия атмосферного углерода путем дисконтирования будущих потоков углерода». GCB Bioenergy . 8 (3): 631–643. Bibcode : 2016GCBBi...8..631T. doi : 10.1111/gcbb.12276 .
  22. ↑ Ричмонд 2013, стр. 9–11.
  23. ^ Ричмонд и др. 1987, стр. 245–246.
  24. ^ Хэннон и Рут 1997, стр. vi.
  25. ^ Боссель 1994, стр. xv.
  26. ^ Хэннон и Рут 1997, стр. 357.
  27. ^ Menking, K. (7 января 2016 г.). "Чтение раздела 2: Рост и динамика популяций". InTeGrate . Carleton College. Архивировано из оригинала 4 марта 2016 г. Получено 3 марта 2016 г.
  28. ^ Хопкинс, ПЛ (зима 1992). «Моделирование Гамлета в классе». Обзор системной динамики . 8 (1): 91–98. doi :10.1002/sdr.4260080109. Значок закрытого доступа
  29. ^ Eskrootchi, R.; Oskrochi, GR (январь 2010 г.). «Исследование эффективности проектного обучения, интегрированного с компьютерным моделированием – STELLA». Журнал образовательных технологий и общества . 13 (1): 236–245. JSTOR  jeductechsoci.13.1.236. Значок закрытого доступа
  30. ^ Тао, З.; Ли, М. (июнь 2007 г.). «Каков предел поставок угля в Китае — модель STELLA пика Хабберта». Энергетическая политика . 35 (6): 3145–3154. doi :10.1016/j.enpol.2006.11.011. Значок закрытого доступа
  31. ^ Ouyang, Y.; Zhang, JE; Lin, D.; Liu, GD (март 2010 г.). "Модель STELLA для оценки стока, выщелачивания, адсорбции и деградации атразина с сельскохозяйственных угодий". Journal of Soils and Sediments . 10 (2): 263–271. Bibcode : 2010JSoSe..10..263O. doi : 10.1007/s11368-009-0107-8. S2CID  14407780. Значок закрытого доступа
  32. ^ Герцева, В.В.; Шиндлер, Дж.Е.; Герцев, ВИ; Пономарев, Н.Й.; Инглиш, В.Р. (август 2004 г.). «Имитационная модель динамики сообществ водных макробеспозвоночных». Экологическое моделирование . 176 (1–2): 173–186. doi :10.1016/j.ecolmodel.2003.10.029. Значок закрытого доступа
  33. ^ Хэннон и Рут 1997, стр. 6.
  34. ^ Элеян, Д.; Аль-Хатиб, И.А.; Гарфилд, Дж. (октябрь 2013 г.). «Системная динамическая модель для характеристики и образования больничных отходов в развивающихся странах» (PDF) . Waste Management & Research . 31 (10): 986–995. Bibcode :2013WMR....31..986E. doi :10.1177/0734242X13490981. PMID  23743573. S2CID  33919085. Значок закрытого доступа
  35. ^ Spillan, John E.; Ziemnowicz, Christopher (февраль 2009 г.). Использование системной динамики для улучшения координации между больничными подразделениями. Ежегодная конференция Southeast Decision Sciences Institute. Charlestown, SC . ​​Получено 26 ноября 2022 г.
  36. ^ Халлгримссон, Б. (июль–август 1997 г.). «Simulation Made Simple». Complexity . 2 (6): 38–40. doi : 10.1002/(SICI)1099-0526(199707/08)2:6<38::AID-CPLX8>3.0.CO;2-D .
  37. ^ 1634–1699: McCusker, JJ (1997). Сколько это в реальных деньгах? Исторический индекс цен для использования в качестве дефлятора денежных ценностей в экономике Соединенных Штатов: Дополнения и исправления (PDF) . Американское антикварное общество .1700–1799: Маккаскер, Дж. Дж. (1992). Сколько это в реальных деньгах? Исторический индекс цен для использования в качестве дефлятора стоимости денег в экономике Соединенных Штатов (PDF) . Американское антикварное общество .1800–настоящее время: Федеральный резервный банк Миннеаполиса. "Индекс потребительских цен (оценка) 1800–" . Получено 29 февраля 2024 г.

Цитируется

Внешние ссылки