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S i m u l a t i o n : K e y Q u e s t i o n s
W h a t a r e t h e c o m m o n m i s t a k e s i n
s i m u l a t i o n a n d w h y m o s t s i m u l a t i o n s f a i l ?
W h a t l a n g u a g e s h o u l d b e u s e d f o r
d e v e l o p i n g a s i m u l a t i o n m o d e l ?
W h a t a r e d i e r e n t t y p e s o f s i m u l a t i o n s ?
H o w t o s c h e d u l e e v e n t s i n a s i m u l a t i o n ?
H o w t o v e r i f y a n d v a l i d a t e a m o d e l ?
H o w t o d e t e r m i n e t h a t t h e s i m u l a t i o n h a s
r e a c h e d a s t e a d y s t a t e ?
H o w l o n g t o r u n a s i m u l a t i o n ?
c
1 9 9 4 R a j J a i n 2 4 . 1
-
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H o w t o g e n e r a t e u n i f o r m r a n d o m
n u m b e r s ?
H o w t o v e r i f y t h a t a g i v e n r a n d o m
n u m b e r g e n e r a t o r i s g o o d ?
H o w t o s e l e c t s e e d s f o r a r a n d o m n u m b e r
g e n e r a t o r s ?
H o w t o g e n e r a t e r a n d o m v a r i a b l e s w i t h a
g i v e n d i s t r i b u t i o n ?
W h a t d i s t r i b u t i o n s s h o u l d b e u s e d a n d
w h e n ?
c
1 9 9 4 R a j J a i n 2 4 . 2
-
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I n t r o d u c t i o n t o S i m u l a t i o n
T h e b e s t a d v i c e t o t h o s e a b o u t t o e m b a r k
o n a v e r y l a r g e s i m u l a t i o n i s o f t e n t h e
s a m e a s P u n c h ' s f a m o u s a d v i c e t o t h o s e
a b o u t t o m a r r y : D o n ' t !
{ B r a t e l y , F o x , a n d S c h r a g e ( 1 9 8 7 )
c
1 9 9 4 R a j J a i n 2 4 . 3
-
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C o m m o n M i s t a k e s i n S i m u l a t i o n
1 . I n a p p r o p r i a t e L e v e l o f D e t a i l M o r e d e t a i l
)M o r e t i m e
)M o r e B u g s
)M o r e
C P U)
M o r e p a r a m e t e r s 6= M o r e a c c u r a t e
2 . I m p r o p e r L a n g u a g e
G e n e r a l p u r p o s e
)M o r e p o r t a b l e , M o r e e c i e n t , M o r e
t i m e
3 . U n v e r i e d M o d e l s : B u g s
4 . I n v a l i d M o d e l s : M o d e l v s r e a l i t y
5 . I m p r o p e r l y H a n d l e d I n i t i a l C o n d i t i o n s
6 . T o o S h o r t S i m u l a t i o n s :
N e e d c o n d e n c e i n t e r v a l s
7 . P o o r R a n d o m N u m b e r G e n e r a t o r s :
S a f e r t o u s e a w e l l - k n o w n g e n e r a t o r
8 . I m p r o p e r S e l e c t i o n o f S e e d s :
Z e r o s e e d s , S a m e s e e d s f o r a l l s t r e a m s
c
1 9 9 4 R a j J a i n 2 4 . 4
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O t h e r C a u s e s o f S i m u l a t i o n A n a l y s i s
F a i l u r e
A n y g i v e n p r o g r a m , w h e n r u n n i n g , i s o b -
s o l e t e .
I f a p r o g r a m i s u s e f u l , i t w i l l h a v e t o b e
c h a n g e d .
P r o g r a m c o m p l e x i t y g r o w s u n t i l i t e x c e e d s
t h e c a p a c i t y o f t h e p r o g r a m m e r w h o m u s t
m a i n t a i n i t .
{ D a t a m a t i o n 1 9 6 8
A d d i n g m a n p o w e r t o a l a t e s o f t w a r e
p r o j e c t m a k e s i t l a t e r .
{ F r e d B r o o k s
1 . I n a d e q u a t e T i m e E s t i m a t e
2 . N o A c h i e v a b l e G o a l
3 . I n c o m p l e t e M i x o f E s s e n t i a l S k i l l s
( a ) P r o j e c t L e a d e r s h i p
( b ) M o d e l i n g a n d S t a t i s t i c s
c
1 9 9 4 R a j J a i n 2 4 . 5
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( c ) P r o g r a m m i n g
( d ) K n o w l e d g e o f t h e M o d e l e d S y s t e m
4 . I n a d e q u a t e L e v e l o f U s e r P a r t i c i p a t i o n
5 . O b s o l e t e o r N o n e x i s t e n t D o c u m e n t a t i o n
6 . I n a b i l i t y t o M a n a g e t h e D e v e l o p m e n t o f a
L a r g e C o m p l e x C o m p u t e r P r o g r a m N e e d
s o f t w a r e e n g i n e e r i n g t o o l s
7 . M y s t e r i o u s R e s u l t s
c
1 9 9 4 R a j J a i n 2 4 . 6
-
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C h e c k l i s t f o r S i m u l a t i o n s
1 . C h e c k s b e f o r e d e v e l o p i n g a s i m u l a t i o n :
( a ) I s t h e g o a l o f t h e s i m u l a t i o n p r o p e r l y s p e c i e d ?
( b ) I s t h e l e v e l o f d e t a i l i n t h e m o d e l a p p r o p r i a t e f o r t h e g o a l ?
( c ) D o e s t h e s i m u l a t i o n t e a m i n c l u d e p e r s o n n e l w i t h p r o j e c t
l e a d e r s h i p , m o d e l i n g , p r o g r a m m i n g , a n d c o m p u t e r
s y s t e m s b a c k g r o u n d s ?
( d ) H a s s u c i e n t t i m e b e e n p l a n n e d f o r t h e p r o j e c t ?
2 . C h e c k s d u r i n g d e v e l o p m e n t :
( a ) H a s t h e r a n d o m n u m b e r g e n e r a t o r u s e d i n t h e s i m u l a t i o n
b e e n t e s t e d f o r u n i f o r m i t y a n d i n d e p e n d e n c e ?
( b ) I s t h e m o d e l r e v i e w e d r e g u l a r l y w i t h t h e e n d u s e r ?
( c ) I s t h e m o d e l d o c u m e n t e d ?
3 . C h e c k s a f t e r t h e s i m u l a t i o n i s r u n n i n g :
( a ) I s t h e s i m u l a t i o n l e n g t h a p p r o p r i a t e ?
( b ) A r e t h e i n i t i a l t r a n s i e n t s r e m o v e d b e f o r e c o m p u t a t i o n ?
( c ) H a s t h e m o d e l b e e n v e r i e d t h o r o u g h l y ?
( d ) H a s t h e m o d e l b e e n v a l i d a t e d b e f o r e u s i n g i t s r e s u l t s ?
( e ) I f t h e r e a r e a n y s u r p r i z i n g r e s u l t s , h a v e t h e y b e e n
v a l i d a t e d ?
( f ) A r e a l l s e e d s s u c h t h a t t h e r a n d o m n u m b e r s t r e a m s w i l l
n o t o v e r l a p ?
c
1 9 9 4 R a j J a i n 2 4 . 7
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T e r m i n o l o g y
S t a t e V a r i a b l e s :
D e n e t h e s t a t e o f t h e s y s t e m
C a n r e s t a r t s i m u l a t i o n f r o m s t a t e v a r i a b l e s
E . g . , l e n g t h o f t h e j o b q u e u e .
E v e n t :
c h a n g e i n t h e s y s t e m s t a t e .
E . g . , a r r i v a l ,
b e g i n n i n g o f a n e w e x e c u t i o n ,
d e p a r t u r e
c
1 9 9 4 R a j J a i n 2 4 . 8
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T y p e s o f M o d e l s
C o n t i n u o u s T i m e a n d D i s c r e t e T i m e
M o d e l s :
C P U s c h e d u l i n g m o d e l v s n u m b e r o f
s t u d e n t s a t t e n d i n g t h e c l a s s
c
1 9 9 4 R a j J a i n 2 4 . 9
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C o n t i n u o u s S t a t e a n d D i s c r e t e S t a t e
M o d e l s :
E x a m p l e : T i m e s p e n t b y s t u d e n t s i n a
w e e k l y c l a s s v s N u m b e r o f s t u d e n t s
D i s c r e t e s t a t e = D i s c r e t e e v e n t m o d e l
C o n t i n u o u s s t a t e = C o n t i n u o u s e v e n t
m o d e
C o n t i n u i t y o f t i m e 6= C o n t i n u i t y o f s t a t e
F o u r p o s s i b l e c o m b i n a t i o n s :
d i s c r e t e s t a t e / d i s c r e t e t i m e
d i s c r e t e s t a t e / c o n t i n u o u s t i m e
c o n t i n u o u s s t a t e / d i s c r e t e t i m e
c o n t i n u o u s s t a t e / c o n t i n u o u s t i m e m o d e l s
c
1 9 9 4 R a j J a i n 2 4 . 1 0
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D e t e r m i n i s t i c a n d P r o b a b i l i s t i c M o d e l s :
S t a t i c a n d D y n a m i c M o d e l s :
C P U s c h e d u l i n g m o d e l v s E =
m c
2
.
c
1 9 9 4 R a j J a i n 2 4 . 1 1
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L i n e a r a n d N o n l i n e a r M o d e l s :
O u t p u t = f n ( I n p u t )
O p e n a n d C l o s e d M o d e l s :
E x t e r n a l i n p u t )
o p e n
c
1 9 9 4 R a j J a i n 2 4 . 1 2
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S t a b l e a n d U n s t a b l e M o d e l s :
S t a b l e )
S e t t l e s t o s t e a d y s t a t e U n s t a b l e
)C o n t i n u o u s l y c h a n g i n g .
c
1 9 9 4 R a j J a i n 2 4 . 1 3
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C o m p u t e r s y s t e m m o d e l s
C o n t i n u o u s t i m e
D i s c r e t e s t a t e
P r o b a b i l i s t i c
D y n a m i c
N o n l i n e a r
O p e n o r c l o s e d
S t a b l e o r u n s t a b l e
c
1 9 9 4 R a j J a i n 2 4 . 1 4
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S e l e c t i n g a L a n g u a g e f o r S i m u l a t i o n
1 . S i m u l a t i o n l a n g u a g e
2 . G e n e r a l p u r p o s e
3 . E x t e n s i o n o f a g e n e r a l p u r p o s e l a n g u a g e
4 . S i m u l a t i o n p a c k a g e
c
1 9 9 4 R a j J a i n 2 4 . 1 5
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S i m u l a t i o n l a n g u a g e s
S a v e d e v e l o p m e n t t i m e
B u i l t - i n f a c i l i t i e s f o r t i m e a d v a n c i n g , e v e n t
s c h e d u l i n g , e n t i t y m a n i p u l a t i o n , r a n d o m
v a r i a t e g e n e r a t i o n , s t a t i s t i c a l d a t a
c o l l e c t i o n , a n d r e p o r t g e n e r a t i o n
M o r e t i m e f o r s y s t e m s p e c i c i s s u e s
V e r y r e a d a b l e m o d u l a r c o d e
c
1 9 9 4 R a j J a i n 2 4 . 1 6
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G e n e r a l p u r p o s e l a n g u a g e
A n a l y s t ' s f a m i l i a r i t y
E a s y a v a i l a b i l i t y
Q u i c k s t a r t u p
T i m e f o r r o u t i n e s f o r e v e n t h a n d l i n g ,
r a n d o m n u m b e r g e n e r a t i o n
O t h e r I s s u e s : E c i e n c y , e x i b i l i t y , a n d
p o r t a b i l i t y
R e c o m m e n d a t i o n : L e a r n a t l e a s t o n e
s i m u l a t i o n l a n g u a g e
c
1 9 9 4 R a j J a i n 2 4 . 1 7
-
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E x t e n s i o n o f a g e n e r a l p u r p o s e
l a n g u a g e
E x a m p l e s : G A S P ( f o r F O R T R A N )
C o l l e c t i o n o f r o u t i n e s t o h a n d l e s i m u l a t i o n
t a s k s
C o m p r o m i s e f o r e c i e n c y , e x i b i l i t y , a n d
p o r t a b i l i t y .
c
1 9 9 4 R a j J a i n 2 4 . 1 8
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S i m u l a t i o n p a c k a g e s
E x a m p l e : Q N E T 4 , a n d R E S Q
I n p u t d i a l o g
L i b r a r y o f d a t a s t r u c t u r e s , r o u t i n e s , a n d
a l g o r i t h m s
B i g t i m e s a v i n g s
I n e x i b l e
)S i m p l i c a t i o n
c
1 9 9 4 R a j J a i n 2 4 . 1 9
-
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T y p e s o f S i m u l a t i o n L a n g u a g e s
1 . C o n t i n u o u s s i m u l a t i o n l a n g u a g e s : C S M P ,
D Y N A M O
D i e r e n t i a l e q u a t i o n s
U s e d i n c h e m i c a l e n g i n e e r i n g
2 . D i s c r e t e - e v e n t s i m u l a t i o n l a n g u a g e s :
S I M U L A a n d G P S S
3 . C o m b i n e d : S I M S C R I P T a n d G A S P .
A l l o w d i s c r e t e , c o n t i n u o u s , a s w e l l a s
c o m b i n e d s i m u l a t i o n s .
c
1 9 9 4 R a j J a i n 2 4 . 2 0
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T y p e s o f S i m u l a t i o n s
1 . E m u l a t i o n : U s i n g h a r d w a r e o r r m w a r e
E . g . , T e r m i n a l e m u l a t o r , p r o c e s s o r
e m u l a t o r
M o s t l y h a r d w a r e d e s i g n i s s u e s
2 . M o n t e C a r l o S i m u l a t i o n
3 . T r a c e - D r i v e n S i m u l a t i o n
4 . D i s c r e t e E v e n t S i m u l a t i o n
c
1 9 9 4 R a j J a i n 2 4 . 2 1
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M o n t e C a r l o m e t h o d O r i g i n : a f -
t e r C o u n t M o n t g o m e r y d e C a r l o , I t a l -
i a n g a m b l e r a n d r a n d o m - n u m b e r g e n e r -
a t o r ( 1 7 9 2 - 1 8 3 8 ) . ] A m e t h o d o f j a z z i n g
u p t h e a c t i o n i n c e r t a i n s t a t i s t i c a l a n d
n u m b e r - a n a l y t i c e n v i r o n m e n t s b y s e t t i n g
u p a b o o k a n d i n v i t i n g b e t s o n t h e o u t -
c o m e o f a c o m p u t a t i o n .
{ T h e D e v i l ' s D P D i c t i o n a r y
M c G r a w H i l l ( 1 9 8 1 )
c
1 9 9 4 R a j J a i n 2 4 . 2 2
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M o n t e C a r l o S i m u l a t i o n
S t a t i c s i m u l a t i o n ( N o t i m e a x i s )
T o m o d e l p r o b a b i l i s t i c p h e n o m e n o n
N e e d p s e u d o r a n d o m n u m b e r s
U s e d f o r e v a l u a t i n g n o n p r o b a b i l i s t i c
e x p r e s s i o n s u s i n g p r o b a b i l i s t i c m e t h o d s .
c
1 9 9 4 R a j J a i n 2 4 . 2 3
-
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M o n t e C a r l o : E x a m p l e
I =
Z
2
0
e
; x
2
d x
x U n i f o r m ( 0
2 )
D e n s i t y f u n c t i o n f ( x
) =
1
2
i 0 x 2
y= 2
e
; x
2
E ( y) =
Z
2
0
2 e
; x
2
f ( x )d x
=
Z
2
0
2 e
; x
2
1
2
d x
=
Z
2
0
e
; x
2
d x
= I
x
i
U n i f o r m ( 0
2 )
y
i
= 2e
; x
2
i
I = E ( y) =
1
n
n
X
i = 1
y
i
2 e
; x
2
i
c
1 9 9 4 R a j J a i n 2 4 . 2 4
-
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T r a c e - D r i v e n S i m u l a t i o n
T r a c e = t i m e o r d e r e d r e c o r d o f e v e n t s o n a
s y s t e m
T r a c e - d r i v e n s i m u l a t i o n = t r a c e i n p u t
U s e d i n a n a l y z i n g o r t u n i n g r e s o u r c e
m a n a g e m e n t a l g o r i t h m s
P a g i n g , c a c h e a n a l y s i s , C P U s c h e d u l i n g ,
d e a d l o c k p r e v e n t i o n
d y n a m i c s t o r a g e a l l o c a t i o n
E x a m p l e : T r a c e = P a g e r e f e r e n c e p a t t e r n s
S h o u l d b e i n d e p e n d e n t o f t h e s y s t e m
u n d e r s t u d y
E . g . , t r a c e o f p a g e s f e t c h e d d e p e n d s u p o n
t h e w o r k i n g s e t s i z e a n d p a g e r e p l a c e m e n t
p o l i c y
N o t g o o d f o r s t u d y i n g o t h e r p a g e
r e p l a c e m e n t p o l i c i e s
B e t t e r t o u s e p a g e s r e f e r e n c e d
c
1 9 9 4 R a j J a i n 2 4 . 2 5
-
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A d v a n t a g e s o f t r a c e - d r i v e n
s i m u l a t i o n s
1 . C r e d i b i l i t y
2 . E a s y V a l i d a t i o n :
C o m p a r e s i m u l a t i o n w i t h m e a s u r e d
3 . A c c u r a t e W o r k l o a d :
M o d e l s c o r r e l a t i o n a n d i n t e r f e r e n c e
4 . D e t a i l e d T r a d e - O s :
D e t a i l e d w o r k l o a d )
C a n s t u d y s m a l l
c h a n g e s i n a l g o r i t h m s
5 . L e s s R a n d o m n e s s :
T r a c e )
d e t e r m i n i s t i c i n p u t )
F e w e r
r e p e t i t i o n s
6 . F a i r C o m p a r i s o n : B e t t e r t h a n r a n d o m
i n p u t
7 . S i m i l a r i t y t o t h e A c t u a l I m p l e m e n t a t i o n :
T r a c e - d r i v e n m o d e l i s s i m i l a r t o t h e
s y s t e m
c
1 9 9 4 R a j J a i n 2 4 . 2 6
-
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)C a n u n d e r s t a n d c o m p l e x i t y o f
i m p l e m e n t a t i o n
c
1 9 9 4 R a j J a i n 2 4 . 2 7
-
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D i s a d v a n t a g e s o f t r a c e - d r i v e n
s i m u l a t i o n s
1 . C o m p l e x i t y : M o r e d e t a i l e d
2 . R e p r e s e n t a t i v e n e s s :
W o r k l o a d c h a n g e s w i t h t i m e , e q u i p m e n t
3 . F i n i t e n e s s :
F e w m i n u t e s l l u p a d i s k
4 . S i n g l e P o i n t o f V a l i d a t i o n :
O n e t r a c e = o n e p o i n t
5 . D e t a i l
6 . T r a d e - O :
D i c u l t t o c h a n g e w o r k l o a d
c
1 9 9 4 R a j J a i n 2 4 . 2 8
-
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D i s c r e t e E v e n t S i m u l a t i o n s
C o n c e n t r a t i o n o f a c h e m i c a l s u b s t a n c e
)C o n t i n u o u s e v e n t s i m u l a t i o n s
N u m b e r o f j o b s )
D i s c r e t e e v e n t
D i s c r e t e s t a t e 6= d i s c r e t e t i m e
c
1 9 9 4 R a j J a i n 2 4 . 2 9
-
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C o m p o n e n t s o f D i s c r e t e E v e n t
S i m u l a t i o n s
1 . E v e n t S c h e d u l e r
( a ) S c h e d u l e e v e n t X
a t t i m e T .
( b ) H o l d e v e n t X
f o r a t i m e i n t e r v a l d t.
( c ) C a n c e l a p r e v i o u s l y s c h e d u l e d e v e n t X .
( d ) H o l d e v e n t X
i n d e n i t e l y
( e ) S c h e d u l e a n i n d e n i t e l y h e l d e v e n t .
2 . S i m u l a t i o n C l o c k a n d a T i m e A d v a n c i n g
M e c h a n i s m
( a ) u n i t - t i m e a p p r o a c h
( b ) e v e n t - d r i v e n a p p r o a c h
3 . S y s t e m S t a t e V a r i a b l e s
G l o b a l = N u m b e r o f j o b s
L o c a l = C P U t i m e r e q u i r e d f o r a j o b
4 . E v e n t R o u t i n e s : O n e p e r e v e n t .
E . g . , j o b a r r i v a l s , j o b s c h e d u l i n g , a n d j o b
d e p a r t u r e
c
1 9 9 4 R a j J a i n 2 4 . 3 0
-
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5 . I n p u t R o u t i n e s : G e t m o d e l p a r a m e t e r s
V e r y p a r a m e t e r s i n a r a n g e .
6 . R e p o r t G e n e r a t o r
7 . I n i t i a l i z a t i o n R o u t i n e s :
S e t t h e i n i t i a l s t a t e . I n i t i a l i z e s e e d s .
8 . T r a c e R o u t i n e s : O n / o f e a t u r e
9 . D y n a m i c M e m o r y M a n a g e m e n t : G a r b a g e
c o l l e c t i o n
1 0 . M a i n P r o g r a m
c
1 9 9 4 R a j J a i n 2 4 . 3 1
-
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E v e n t - S e t A l g o r i t h m s
E v e n t S e t = O r d e r e d l i n k e d l i s t o f f u t u r e
e v e n t n o t i c e s
I n s e r t v s E x e c u t e n e x t
1 . O r d e r e d L i n k e d L i s t : S I M U L A , G P S S ,
a n d G A S P I V
S e a r c h f r o m l e f t o r f r o m r i g h t
c
1 9 9 4 R a j J a i n 2 4 . 3 2
-
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2 . I n d e x e d L i n e a r L i s t :
A r r a y o f i n d e x e s )
N o s e a r c h t o n d t h e
s u b l i s t
F i x e d o r v a r i a b l e t
O n l y t h e r s t l i s t i s k e p t s o r t e d
3 . c a l e n d a r q u e u e s : A l l e v e n t s o f J a n 1 o n
o n e p a g e . 1 9 9 5 o r 1 9 9 6 .
4 . T r e e S t r u c t u r e s : B i n a r y t r e e )
l o g
2
n
c
1 9 9 4 R a j J a i n 2 4 . 3 3
-
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5 . h e a p : e v e n t i s a n o d e i n b i n a r y t r e e
U p t o t w o c h i l d r e n
E v e n t t i m e f o r e a c h n o d e i s s m a l l e r t h a n
t h a t o f i t s c h i l d r e n
)R o o t i s n e x t
H e a p c a n b e s t o r e d a s a r r a y s
C h i l d r e n o f n o d e i n p o s i t i o n i
a r e i n
p o s i t i o n s 2 i
a n d 2 i
+ 1
c
1 9 9 4 R a j J a i n 2 4 . 3 4
-
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6 .k
- a r y h e a p s : k
- a r y t r e e s
0 - 2 0 e v e n t s : S i m p l e l i n k e d l i s t
2 0 - 1 2 0 e v e n t s : I n d e x l i n e a r
1 2 0 + e v e n t s : H e a p s
c
1 9 9 4 R a j J a i n 2 4 . 3 5
-
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E x e r c i s e 2 4 . 1
F o r e a c h o f t h e f o l l o w i n g m o d e l s , i d e n t i f y a l l
c l a s s i c a t i o n s t h a t a p p l y t o i t :
1 .y ( t
) =t
+ 0: 2
2 .y ( t
) =t
2
3 .y ( t
+ 1 ) = y ( t
) + , i s n o t a n i n t e g e r .
4 .n ( t
+ 1 ) = 2 n ( t
) + 3
5 .y ( t
) = s i n(
w t)
6 . y ( t
+ 1 ) = y ( t
) +
c
1 9 9 4 R a j J a i n 2 4 . 3 6
-
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E x e r c i s e 2 4 . 2
W h i c h t y p e o f s i m u l a t i o n w o u l d y o u u s e f o r
t h e f o l l o w i n g p r o b l e m s :
1 . T o m o d e l d e s t i n a t i o n a d d r e s s r e f e r e n c e
p a t t e r n s i n a n e t w o r k t r a c , g i v e n t h a t
t h e p a t t e r n d e p e n d s u p o n a l a r g e n u m b e r
o f f a c t o r s .
2 . T o m o d e l s c h e d u l i n g i n a m u l t i p r o c e s s o r
s y s t e m , g i v e n t h a t t h e r e q u e s t a r r i v a l s
h a v e a k n o w n d i s t r i b u t i o n .
3 . T o d e t e r m i n e t h e v a l u e o f
c
1 9 9 4 R a j J a i n 2 4 . 3 7
-
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E x e r c i s e 2 4 . 3
W h a t i s u n i t - t i m e a p p r o a c h a n d w h y i s i t
n o t g e n e r a l l y u s e d ?