Published

2010-09-01

System Solver: an open source tool for mathematically modelling dynamical systems

System-Solver: una herramienta de código abierto para la modelación de sistemas dinámicos

Keywords:

ODE solver, computational differentiation, modelling, dynamical system (en)
ODE Solver, diferenciación por computadoras, modelación, sistema dinámicos (es)

Authors

  • Efraín Domínguez .
  • Felipe Ardila Universidad Javeriana
  • Santiago Bustamante Universidad Javeriana

The following paper presents a freeware modelling tool simulating dynamic systems that can be represented by either an ordinary differential equation (ODE) or a set of differential equations of different orders. The main idea leading to this software development is related to the fact that many physical, biological, ecological, economical, chemical, social and engineering problems can be expressed in this way. Furthermore, the solution to these problems requires some expertise in numerical methods and programming. Such knowledge is uncommon in some of the experts in such scientific domains. A tool to fill in this knowledge gap, increase productivity within modelling-related research and support the teaching of mathematical modelling topics is thus needed. This paper introduces System Solver, a computer application that facilitates the formulation of initial value problems for ODE systems, numerically solves these problems and provides a user with not only the solution but also debugged Visual Basic source code for the application. The obtained code can be easily shared among researchers, which facilitates the replication of numerical experiments even across different operating systems. This software's introduction is accompanied by examples from different domains, including one example from stochastic modelling.

En este artículo se presenta una herramienta de código abierto para la simulación de sistemas dinámicos, representados a través de ecuaciones diferenciales de distinto orden o de sistemas de ecuaciones diferenciales ordinarias (EDO). La idea principal que incentivó el desarrollo de esta herramienta consiste en que muchos procesos físicos, biológicos, ecológicos, económicos, químicos y sociales, y un sinnúmero de problemas ingenieriles, pueden ser expresados de esta forma. Adicionalmente, la solución de ese tipo de problemas exige experticia en métodos numéricos y programación. Este tipo de experticia no es muy común para los expertos de las áreas mencionadas; por ello, se requiere de una herramienta que permita sortear esta falta de experticia e incrementar la productividad en trabajos relacionados con tópicos de modelación. System-Solver es una aplicación que facilita la formulación de problemas de valor inicial en EDO y su solución numérica, y mediante un programa en Visual Basic la automatiza. El programa obtenido se puede compartir fácilmente con otros investigadores, facilitando la reproducción del ejercicio de modelación incluso en diferentes sistemas operativos. La presentación del software está acompañada con ejercicios de diversas áreas temáticas, incluyendo un ejemplo de modelación estocástica.

References

Bardsley, W.G., Prasad, N., Using ASCII text files in post-fix notation (reverse Polish) to define mathematical models and systems of differential equations for simulation and non-linear regression., Computers & Chemistry, 21(2), 1997, pp. 71-82.

Iri, M., History of automatic differentiation and rounding error estimation., Automatic differentiation of algorithms: Theory, implementation and application. SIAM, Philadelphia, PA., 1991.

Moore, R.E., Methods and applications of interval analysis., SIAM Publications, Philadelphia, 1979.

Saez, E., Stange, E., Szanto, I., Chaotic Dynamics and Coexistence in an Interaction Model Between Three Species., Universidad Técnica Federico Santa María - Departamento de Matemáticas, 2007, pp. 5.

Samarsky, A., Mikhailov, A., P., Matematicheskoie modelirovanie: Idei, metodi, primieri., Nauka, Moscow, 1997, 316 pp.

Tolsma, J.E., Barton, P.I., On computational differentiation., Computers & Chemical Engineering, 22(4-5), 1998, pp. 475-490.

Боглаев, Ю.П., Вычислительная математика и програми-рование, 1. Высшая школа, Москва, 1990, 544 pp.

How to Cite

System Solver: an open source tool for mathematically modelling dynamical systems. (2010). Ingeniería E Investigación, 30(3), 157-164. https://doi.org/10.15446/ing.investig.v30n3.18188