1、第二章第二章 仿真模型與建模方法論仿真模型與建模方法論 本章主要內容本章主要內容n建模基本原理建模基本原理n模型的非形式化描述模型的非形式化描述n模型的形式化表示模型的形式化表示n基于計算機的建模方法學基于計算機的建模方法學*n解釋結構建模解釋結構建模*n仿真模型的確認仿真模型的確認第一節第一節 建模原理建模原理n一、模型與建模一、模型與建模n建模：通過觀測和檢測，在忽略次要因素及建模：通過觀測和檢測，在忽略次要因素及不可檢測變量的基礎上，用數學的方法對實不可檢測變量的基礎上，用數學的方法對實際系統進行描述，從而獲得簡化近似模型的際系統進行描述，從而獲得簡化近似模型的過程過程 n在系統研究中，

2、模型用來收集系統有關信息在系統研究中，模型用來收集系統有關信息和描述系統有關實體和描述系統有關實體n模型是用以產生行為數據的一組指令模型是用以產生行為數據的一組指令n由實際系統構造模型由實際系統構造模型n建立模型結構（確定系統的邊界，鑒別系統的實體建立模型結構（確定系統的邊界，鑒別系統的實體屬性和活動）屬性和活動） n提供數據（使活動中的屬性間建立確定的關系）提供數據（使活動中的屬性間建立確定的關系） n系統模型應有的性質系統模型應有的性質 n相似性相似性模型與系統在屬性上具有相似的特性和模型與系統在屬性上具有相似的特性和變化規律變化規律 n簡單性簡單性實用的前提下，越簡單越好實用的前提下，越

3、簡單越好 n多面性多面性同一系統可能有不同層次的多種模型同一系統可能有不同層次的多種模型 n模型的有效性模型的有效性 可用實際系統數據和模型產生的數據之間的可用實際系統數據和模型產生的數據之間的符合程度來度量，分三個級別符合程度來度量，分三個級別 n復制有效復制有效（Replicatively valid）：輸入輸出輸入輸出數據匹配，不能預測，把實際系統看作黑箱數據匹配，不能預測，把實際系統看作黑箱 n預測有效預測有效（Predictively valid）：了解實際了解實際系統的內部狀態及總體結構，可預測系統的系統的內部狀態及總體結構，可預測系統的將來的狀態和行為變化，但不明了內部的分將來的

4、狀態和行為變化，但不明了內部的分解結構解結構 n結構有效結構有效（Structurally valid）：了解內部了解內部的分解結構，可反映系統產生某種行為的操的分解結構，可反映系統產生某種行為的操作過程作過程 n數學模型的作用數學模型的作用n提高認識提高認識n實際系統不可觀部分實際系統不可觀部分可觀部分可觀部分n提高決策能力提高決策能力 n實際系統不可控部分實際系統不可控部分可控部分可控部分二、建模基本原理二、建模基本原理 n建模過程的信息源建模過程的信息源 n建模活動：獲取有關信息源、建立數學建模活動：獲取有關信息源、建立數學模型、模型應用模型、模型應用n三類信息源三類信息源 n建模目標：

5、由系統的研究內容決定，如建模目標：由系統的研究內容決定，如 n研究系統與外界的相互作用關系：以輸入輸出為研究系統與外界的相互作用關系：以輸入輸出為主的系統外部行為模型主的系統外部行為模型 n研究系統的內在活動規律：描述系統輸入研究系統的內在活動規律：描述系統輸入/輸出輸出集合，狀態集合之間關系的內部結構狀態模型集合，狀態集合之間關系的內部結構狀態模型 n先驗知識先驗知識 n前人的研究成果：公理、原理、定理及模型等，前人的研究成果：公理、原理、定理及模型等，相關學科知識相關學科知識 n實驗數據實驗數據 n先驗知識常常是普遍性規律，實際系統有其特殊先驗知識常常是普遍性規律，實際系統有其特殊性，有時

6、只知道模型結構，其參數必須通過實驗性，有時只知道模型結構，其參數必須通過實驗確定，有時甚至結構也是未知的確定，有時甚至結構也是未知的 n三者都可以用于模型檢驗，建模過程一般反復三者都可以用于模型檢驗，建模過程一般反復進行，直至達到建模目的進行，直至達到建模目的 建模途徑（主要由信息源決定建模途徑（主要由信息源決定 ）n演繹法：從一般到特殊演繹法：從一般到特殊n運用先驗信息，建立某些假設和原理運用先驗信息，建立某些假設和原理n通過數學的邏輯演繹建立數學模型通過數學的邏輯演繹建立數學模型n實驗數據用來證實或者否定原始的原理實驗數據用來證實或者否定原始的原理 n歸納法歸納法 ：從特殊到一般：從特殊到

7、一般 n基于實驗數據建立數學模型基于實驗數據建立數學模型 n推導與觀測一致的具有普遍性的理論結果推導與觀測一致的具有普遍性的理論結果 n需要對數據進行內插或外推需要對數據進行內插或外推 n工程應用中多為混合建模方法工程應用中多為混合建模方法模型可信性模型可信性 模型的真實程度，取決于模型種類及構造過程，模型的真實程度，取決于模型種類及構造過程，與模型的有效性相對應與模型的有效性相對應n在行為水平上的可信性：模型能否重現真實系在行為水平上的可信性：模型能否重現真實系統的行為統的行為 n在狀態結構水平上的可信性：模型能否與真實在狀態結構水平上的可信性：模型能否與真實系統在狀態上相互對應，應能對未來

8、的行為進系統在狀態上相互對應，應能對未來的行為進行唯一的預測行唯一的預測 n在分解結構水平上的可信性：模型能否表示出在分解結構水平上的可信性：模型能否表示出真實系統的內部的工作情況，而且應是唯一的真實系統的內部的工作情況，而且應是唯一的表示表示 可信性的檢驗應貫穿在整個建模階段，并且與建可信性的檢驗應貫穿在整個建模階段，并且與建模方法相互結合模方法相互結合 n演繹中的可信性：前提的正確性，前提的其他演繹中的可信性：前提的正確性，前提的其他結果的檢驗結果的檢驗 n歸納中的可信性：偏差估計，統計方法歸納中的可信性：偏差估計，統計方法 n目的方面的可信性：是否滿足目標目的方面的可信性：是否滿足目標

9、三、模型的分類三、模型的分類 n常用分類常用分類 n根據模型的時間集合：連續時間模型、離散根據模型的時間集合：連續時間模型、離散時間模型時間模型 n根據模型的狀態變量：連續變化模型、離散根據模型的狀態變量：連續變化模型、離散變化模型變化模型 n真正的連續系統，對應真正的連續系統，對應模型一般為常微分和偏微模型一般為常微分和偏微分方程分方程 n常稱為采樣系統，對應常稱為采樣系統，對應模型為離散時間的偏微分模型為離散時間的偏微分方程和系統動力學模型方程和系統動力學模型n離散事件模型，用流程離散事件模型，用流程圖、表等非數學模型形式圖、表等非數學模型形式表示表示 n差分方程模型，有限狀差分方程模型，

10、有限狀態自動機，馬爾可夫鏈模態自動機，馬爾可夫鏈模型型 數學模型一覽表數學模型一覽表 數學模型數學模型特征特征方程式方程式隨機模型隨機模型系統有確定的輸入時，得到的輸出是系統有確定的輸入時，得到的輸出是不確定的不確定的隨機方程隨機方程確定模型確定模型確定輸入得到確定的輸出確定輸入得到確定的輸出非隨機方程非隨機方程微觀模型微觀模型系統在局部或瞬時范圍內存在規律系統在局部或瞬時范圍內存在規律微分方程、差分方微分方程、差分方程程宏觀模型宏觀模型系統在全局或一段時間范圍內存在規系統在全局或一段時間范圍內存在規律律聯立方程、積分方聯立方程、積分方程程線性模型線性模型系統的輸入輸出滿足齊次性和疊加性系統的

11、輸入輸出滿足齊次性和疊加性線性方程線性方程非線性模型非線性模型系統的輸入輸出不滿足齊次性和疊加系統的輸入輸出不滿足齊次性和疊加性性非線性方程非線性方程數學模型數學模型特征特征方程式方程式連續模型連續模型系統的輸入輸出是連續時間的函數系統的輸入輸出是連續時間的函數微分方程等連微分方程等連續方程續方程離散模型離散模型系統的輸入輸出是時間的整標函數系統的輸入輸出是時間的整標函數差分方程差分方程集中參數模型集中參數模型系統的輸入能立刻到達系統內各點系統的輸入能立刻到達系統內各點常微分方程等常微分方程等分布參數模型分布參數模型系統的輸入要經過一段時間才能傳播到系統的輸入要經過一段時間才能傳播到系統內各點

12、系統內各點偏微分方程偏微分方程定常系統定常系統輸出的形狀取決于輸入形狀，與輸入時輸出的形狀取決于輸入形狀，與輸入時間無關間無關常系數方程常系數方程時變系統時變系統輸出的形狀與輸入的形狀和輸入時間有輸出的形狀與輸入的形狀和輸入時間有關關變系數方程變系數方程非存儲系統非存儲系統輸出僅與同時刻的輸入有關輸出僅與同時刻的輸入有關代數方程代數方程存儲系統存儲系統某時刻輸出依賴于到該時刻為止的某區某時刻輸出依賴于到該時刻為止的某區間上的輸入間上的輸入非代數方程非代數方程第二節第二節 建模方法學建模方法學 n為方便理解和交流，對建模與仿真的研為方便理解和交流，對建模與仿真的研究報告內容也有規范，一般包括究報

13、告內容也有規范，一般包括 n模型和針對模型構造的假設的非形式描述模型和針對模型構造的假設的非形式描述 n模型結構的形式描述模型結構的形式描述 n執行仿真的程序設計執行仿真的程序設計 n仿真試驗，仿真結果分析仿真試驗，仿真結果分析 n模型應用的范圍與有效性模型應用的范圍與有效性 n現在的模型與過去的和將來的模型的關系現在的模型與過去的和將來的模型的關系 n模型的非形式描述，采用文字圖表方式，用來模型的非形式描述，采用文字圖表方式，用來說明系統的本質，但不是詳盡描述，是與讀者說明系統的本質，但不是詳盡描述，是與讀者直觀建立聯系的最自然而有效的方法，主要由直觀建立聯系的最自然而有效的方法，主要由模型

14、的實體、包括參變量的描述變量、實體間模型的實體、包括參變量的描述變量、實體間的相互關系以及有必要闡釋的假設等組成，是的相互關系以及有必要闡釋的假設等組成，是基礎性的工作基礎性的工作 n模型結構形式描述，采用數學或者其它明確的模型結構形式描述，采用數學或者其它明確的形式，可以了解系統內在、本質的運動規律，形式，可以了解系統內在、本質的運動規律，便于同行交流便于同行交流 一、模型的非形式描述一、模型的非形式描述 實體實體Com. 1 著重描述實際系統的概念部分著重描述實際系統的概念部分 Com. m描述變量描述變量Com. 1Var. 11說明每個變量表征符號及其說明每個變量表征符號及其 范圍集范

15、圍集，并闡述變量的作用并闡述變量的作用Var. 1n Com. mVar. m1 Var. mnPARPar. 1 參變量參變量 Par. m實體相互關系實體相互關系描述實體對其它各個實體的影響、作用及聯系，描述實體對其它各個實體的影響、作用及聯系，即刻畫系統的規律、內部關系，用規則、假設即刻畫系統的規律、內部關系，用規則、假設和定律等作非形式描述和定律等作非形式描述 例：環形羅賓服務例：環形羅賓服務(Round Robin Service)n某計算機系統有一臺主某計算機系統有一臺主機與機與5個終端用戶組成，個終端用戶組成，主機依次順時針為每一主機依次順時針為每一個用戶服務。輪到某用個用戶服務

16、。輪到某用戶時，傳遞數據給主機戶時，傳遞數據給主機CPU并等待回答，接收并等待回答，接收到回答后準備下一輪數到回答后準備下一輪數據。建模研究用戶如何據。建模研究用戶如何迅速的完成其程序編制迅速的完成其程序編制 非形式描述非形式描述 n實體實體nCPU, USR1, USR2, USR3, USR4, USR5n描述變量描述變量nCPU：Who.Now 范圍范圍1, 2, 3, 4, 5；Who.Now = i 表示表示USRi 由由CPU服務服務nUSR：Completion.State 范圍范圍0, 1；表示；表示USR完成整個程完成整個程序任務的比例序任務的比例n參變量參變量nXi 范圍范

17、圍0, 1；表示；表示USRi 每次完成程序的比例每次完成程序的比例n實體相互關系實體相互關系nCPU以固定速度依次為用戶服務，即以固定速度依次為用戶服務，即Who.Now為為1, 2, 3, 4, 5, 1, 2, 循環運行循環運行n當當Who.Now = i，CPU完成完成USRi 剩下的剩下的Xi 工作。工作。n假設：假設：CPU對對USR的服務時間固定，不依賴于的服務時間固定，不依賴于USR的程序；的程序；USRi的進程由各自的參變量的進程由各自的參變量Xi決定。決定。 二、模型的形式化表示二、模型的形式化表示 n理論基礎理論基礎抽象是建立真實世界的現象與數學模型間相互關系的抽象是建立

18、真實世界的現象與數學模型間相互關系的唯一手段唯一手段 n理論構造：首先定義集合，再建立抽象的復合集合理論構造：首先定義集合，再建立抽象的復合集合結構，然后定義函數關系結構，然后定義函數關系 n具體化：抽象時先簡化，再在簡化的結構中添加細具體化：抽象時先簡化，再在簡化的結構中添加細節節 例如：各種物理學定理在建立時往往經過了極度簡化，例如：各種物理學定理在建立時往往經過了極度簡化，然后在不同的應用背景下，根據需要再進行修正，然后在不同的應用背景下，根據需要再進行修正，如理想氣體方程不可能直接應用到實際的計算中，如理想氣體方程不可能直接應用到實際的計算中，但通過修正后的更復雜的形式則往往有實際的意

19、義但通過修正后的更復雜的形式則往往有實際的意義 n集合論可以作為研究系統的工具，因為建模就集合論可以作為研究系統的工具，因為建模就是要得到一個被化為抽象集合結構的系統的定是要得到一個被化為抽象集合結構的系統的定義，該集合結構總可以用若干同類結構的合成義，該集合結構總可以用若干同類結構的合成體替換，從而不斷地使其具體化體替換，從而不斷地使其具體化 數學模型的形式化表示數學模型的形式化表示 n一個系統可以被定義為七元組集合結構：一個系統可以被定義為七元組集合結構：S= n時間基時間基T：描述時間以及為事件排序的集合。：描述時間以及為事件排序的集合。T為整為整數集數集I時，為離散時間系統，為實數集時

20、，為離散時間系統，為實數集R時，為連續時，為連續時間系統時間系統 n輸入集輸入集X：代表系統界面的一部分，外部環境通過：代表系統界面的一部分，外部環境通過它作用于系統。如通過信息流和物質流作用于系統它作用于系統。如通過信息流和物質流作用于系統 n輸入段集輸入段集：描述某時間間隔內系統的輸入模式，：描述某時間間隔內系統的輸入模式，是（是（X,T）的一個子集）的一個子集 n內部狀態集內部狀態集Q：表示系統的記憶，影響此后的響應，：表示系統的記憶，影響此后的響應，是內部結構建模的核心是內部結構建模的核心 n狀態轉移函數狀態轉移函數：是一個映射：是一個映射：QQ，表示，表示任意時刻的內部狀態和從該時刻

21、起的輸入段唯一地任意時刻的內部狀態和從該時刻起的輸入段唯一地決定了段終止時的狀態決定了段終止時的狀態 n輸出集輸出集Y：代表界面的一部分，系統通過它作用于：代表界面的一部分，系統通過它作用于環境環境 n輸出函數輸出函數：映射：映射：QY，或者，或者：QXTY，是多對一的映射是多對一的映射 n由此，得到系統行為的概念：是其內部結構的由此，得到系統行為的概念：是其內部結構的外部表現形式，即在外部表現形式，即在(X, T)(Y, T)上的關系上的關系 模型的有效性與建模形式化模型的有效性與建模形式化 n復制有效、預測有效和結構有效分別對應行為水復制有效、預測有效和結構有效分別對應行為水平、狀態結構水

22、平和分解結構水平的系統描述平、狀態結構水平和分解結構水平的系統描述 Rs：輸入：輸入-輸出關系輸出關系n行為水平行為水平 n將系統看作黑盒，僅記錄輸入輸出信號將系統看作黑盒，僅記錄輸入輸出信號n需要時間基，基本描述單位是需要時間基，基本描述單位是“軌跡軌跡”：從一個時間：從一個時間基的區間到表示可能的觀測結果的某個集合上的映射基的區間到表示可能的觀測結果的某個集合上的映射系統的系統的“行為描述行為描述”是由輸入輸出軌跡對偶構成的集是由輸入輸出軌跡對偶構成的集合合 n狀態結構水平狀態結構水平 n掌握系統內部狀態，總體結構與內部工作情況掌握系統內部狀態，總體結構與內部工作情況n隨時間的推移，該描述

23、可以使模型自動產生一種行隨時間的推移，該描述可以使模型自動產生一種行為軌跡為軌跡n產生軌跡的基礎是產生軌跡的基礎是“狀態集狀態集”及及“狀態轉移函數狀態轉移函數”（計算未來狀態的規則）（計算未來狀態的規則） 分解結構水平分解結構水平 n將系統描述為由許多子系統相互連接起來而構成的將系統描述為由許多子系統相互連接起來而構成的一個整體一個整體n每個子系統都給出了一個狀態結構水平上的描述；每個子系統都給出了一個狀態結構水平上的描述；并給出各子系統間的耦合描述并給出各子系統間的耦合描述 三、基于計算機的建模方法學三、基于計算機的建模方法學 n經典的建模與仿真經典的建模與仿真n面向物理系統面向物理系統n

24、按仿真步驟順序進行：定義按仿真步驟順序進行：定義建模建模仿真仿真 n計算機的作用主要是使計算更快速、準確計算機的作用主要是使計算更快速、準確n缺乏對復雜系統的研究方法缺乏對復雜系統的研究方法n系統某部分難以用準確的數學模型表述系統某部分難以用準確的數學模型表述n系統內部有多個研究對象，且關系復雜，需要考系統內部有多個研究對象，且關系復雜，需要考慮模型的綜合利用慮模型的綜合利用n軟系統特性軟系統特性 n復雜性：內部關系復雜，系統具有多重性，通常存復雜性：內部關系復雜，系統具有多重性，通常存在病態結構和定義在病態結構和定義 n不可分性：空間、時間上難以分割，難以定義系統不可分性：空間、時間上難以分

25、割，難以定義系統的邊界和分隔物的邊界和分隔物n低可接受性：無合適的測量技術或代價太大，難以低可接受性：無合適的測量技術或代價太大，難以進行實驗研究進行實驗研究n計算機除能進行快速標準的邏輯與算術運算外，計算機除能進行快速標準的邏輯與算術運算外，還具有存儲數據與信息以及與用戶交互的能力，還具有存儲數據與信息以及與用戶交互的能力，應充分發揮作用應充分發揮作用n研究基于計算機的建模理論的目標：在研究基于計算機的建模理論的目標：在交互式計算機的扶助下，使系統建模過交互式計算機的扶助下，使系統建模過程進行得更加有效、現實和高速程進行得更加有效、現實和高速n支持建模與仿真的計算機系統的基本功支持建模與仿真

26、的計算機系統的基本功能能n能對已知事實及已有模型作恰當的存儲，即能對已知事實及已有模型作恰當的存儲，即能處理各種局部模型能處理各種局部模型n通過人機交互，對局部模型進行繼承和綜合通過人機交互，對局部模型進行繼承和綜合利用，形成完整的全局模型利用，形成完整的全局模型n全局性建模的基本思路全局性建模的基本思路n模型的描述模型的描述n靜態結構：給出描繪系統現象的方式靜態結構：給出描繪系統現象的方式n動態結構：提供各種現象間變化的情況動態結構：提供各種現象間變化的情況n重視建模信息源重視建模信息源n存儲先驗信息，根據建模目標，定義實驗框架存儲先驗信息，根據建模目標，定義實驗框架n組合和完整化模型的先驗

27、知識組合和完整化模型的先驗知識n對所有涉及的對象都建立相應的庫對所有涉及的對象都建立相應的庫模型對象及其信息存儲模型對象及其信息存儲n變量及變量庫變量及變量庫 n變量是描述系統的靜態結構的基礎，用來表示系統變量是描述系統的靜態結構的基礎，用來表示系統中有用的屬性，具有名字、范圍集、含義與單位中有用的屬性，具有名字、范圍集、含義與單位n一組變量可歸并成一個單獨的組合，用于分清變量一組變量可歸并成一個單獨的組合，用于分清變量定義之間的內在依賴性，與基本算子聯合在一起還定義之間的內在依賴性，與基本算子聯合在一起還可構造復雜的變量可構造復雜的變量n變量含義之間的內在聯系稱為語義結構。語義結構變量含義之

28、間的內在聯系稱為語義結構。語義結構可建立起變量間的等效性，并以此導出定義真實系可建立起變量間的等效性，并以此導出定義真實系統的整個變量集的結構統的整個變量集的結構n變量庫的基本形式是作為系統中所有變量的字典變量庫的基本形式是作為系統中所有變量的字典n模型是通過選擇變量的一個子集形成靜態結構，加模型是通過選擇變量的一個子集形成靜態結構，加上控制這些變量變化的規則及其動態結構而構成上控制這些變量變化的規則及其動態結構而構成n實體及實體庫實體及實體庫n實體是按特定意義組合在一起的變量集的標記，其實體是按特定意義組合在一起的變量集的標記，其作用是獲取子系統和系統的邊界作用是獲取子系統和系統的邊界n一個

29、模型總是某個特定實體的一種表示，只能包含一個模型總是某個特定實體的一種表示，只能包含從屬于該實體的變量。模型靜態結構是實體結構的從屬于該實體的變量。模型靜態結構是實體結構的抽取抽取n實體庫是變量庫結構過渡到模型結構的第二級結構，實體庫是變量庫結構過渡到模型結構的第二級結構，其組織原則是實體結構其組織原則是實體結構n實體結構是組成各種特殊的、綜合的模型和實驗框實體結構是組成各種特殊的、綜合的模型和實驗框架的骨架架的骨架 n實驗框架和實驗框架庫實驗框架和實驗框架庫 n實驗框架規定了實際系統或用它的模型做實驗和進實驗框架規定了實際系統或用它的模型做實驗和進行觀察的有限的環境行觀察的有限的環境 n實驗

30、框架實驗框架E包括：輸入變量集、輸出變量集；可選：包括：輸入變量集、輸出變量集；可選：輸入段集，運行控制變量集，運行控制段集，統計輸入段集，運行控制變量集，運行控制段集，統計或信號處理過程集或信號處理過程集n為達到建模目標，要求實驗框架對模型有可適用性為達到建模目標，要求實驗框架對模型有可適用性 n直接可適用性：框架中的變量以模型中相同的名字出現直接可適用性：框架中的變量以模型中相同的名字出現 n間接可適用性：框架的變量與模型的靜態結構變量有關或間接可適用性：框架的變量與模型的靜態結構變量有關或可從中推導出可從中推導出 n模型庫模型庫 n包括實際系統已經建立起來的各方面模型包括實際系統已經建立

31、起來的各方面模型n可按操作式結構可按操作式結構(Operations Structure) 組織組織n模型的組合與分解操作模型的組合與分解操作n模型的粗化（簡化）與精化（詳細化）操作模型的粗化（簡化）與精化（詳細化）操作 n各種模型在具有通用性的實驗框架下進行比較各種模型在具有通用性的實驗框架下進行比較n模型庫是一個可擴充的模型集，應能保存以前開發模型庫是一個可擴充的模型集，應能保存以前開發的模型，且便于自由地應用適當的公式來規范模型的模型，且便于自由地應用適當的公式來規范模型n能幫助模型引用實體結構和實驗框架中的內容能幫助模型引用實體結構和實驗框架中的內容n參數庫參數庫 n參數表示現實世界中

32、物體的系統或其子系統的性質，參數表示現實世界中物體的系統或其子系統的性質，但不一定直接與系統有關但不一定直接與系統有關 n參數是模型規范中的常數，要從一類模型中選出一參數是模型規范中的常數，要從一類模型中選出一個特殊的模型，必須確定參數個特殊的模型，必須確定參數 n參數的對應是一種關系，允許將一類模型參數估計參數的對應是一種關系，允許將一類模型參數估計中的經驗知識傳遞到另一類模型中的經驗知識傳遞到另一類模型 n參數庫的作用：存儲實際系統的實驗信息（參數估參數庫的作用：存儲實際系統的實驗信息（參數估計）；通過將模型檢驗中得到的估計擴展到有關的計）；通過將模型檢驗中得到的估計擴展到有關的其他模型，

33、增加信息的利用率其他模型，增加信息的利用率 n隨著時間的變化參數庫存儲并完整化了從實際系統隨著時間的變化參數庫存儲并完整化了從實際系統中得到的實驗信息中得到的實驗信息 庫的活動及相互間關系庫的活動及相互間關系 n庫的活動庫的活動 庫名稱庫名稱活動活動變量變量定義定義與實體連接與實體連接粗化、提煉、建立語義關系粗化、提煉、建立語義關系實體實體從模型中提取、組合、分解從模型中提取、組合、分解參數參數協調、建立對應關系、辨識、推廣協調、建立對應關系、辨識、推廣實驗框架實驗框架與實體連接、粗化、精煉與實體連接、粗化、精煉檢驗模型的適用性檢驗模型的適用性模型模型與實體連接、粗化、精煉與實體連接、粗化、精

34、煉檢驗框架的有效性檢驗框架的有效性不同信息庫之間關系不同信息庫之間關系在應用建模支持系統時應注意完整性、有效性、一致性在應用建模支持系統時應注意完整性、有效性、一致性 四、解釋結構建模四、解釋結構建模 n基本概念基本概念 n復雜系統直接建立準確模型困難，常先定義復雜系統直接建立準確模型困難，常先定義反映系統內部主要特征的結構關系反映系統內部主要特征的結構關系n結構模型：表示實體及其相互間關系，其建結構模型：表示實體及其相互間關系，其建模目標應明確針對何種關系模目標應明確針對何種關系 n實體集合實體集合S=s1sn，si為實體，為實體，R=| w(x,y)表示某種關系表示某種關系w下各下各實體間

35、關系的集合，集合實體間關系的集合，集合S和定義在和定義在S上的上的關系關系R就表示了系統在關系就表示了系統在關系w下的結構模型下的結構模型 n可用有向連接圖或矩陣表示可用有向連接圖或矩陣表示 （1，0）表示）表示Si，Sj有無關系有無關系 123123010001010ssssss鄰接矩陣n結構模型特性結構模型特性 n是一種幾何模型，可用有向連接圖表示是一種幾何模型，可用有向連接圖表示 n以定性分析為主，用來分析實體間關系以定性分析為主，用來分析實體間關系 n可用矩陣形式描述，使定性分析和定量分析相結合可用矩陣形式描述，使定性分析和定量分析相結合 n其描述形式處于數學模型形式和邏輯分析形式之間

36、，其描述形式處于數學模型形式和邏輯分析形式之間，可處理宏觀可處理宏觀/微觀、定性微觀、定性/定量的問題定量的問題 n可達矩陣可達矩陣A r（各節點之間經過一定長度的通路（各節點之間經過一定長度的通路后可到達的程度）可由鄰接矩陣后可到達的程度）可由鄰接矩陣A 計算而得：計算而得：A r = (A+I) r，A r = A r-1時結束時結束 結構建模（解釋結構模型法）結構建模（解釋結構模型法）n選擇構成系統的要素（實體）選擇構成系統的要素（實體） n建立鄰接矩陣和可達矩陣建立鄰接矩陣和可達矩陣(需要注意判斷需要注意判斷和刪除回路和刪除回路(不同元素對應的矩陣的行、不同元素對應的矩陣的行、列相同則

37、構成回路列相同則構成回路)n層次級別的劃分層次級別的劃分 n找出找出Si的可達集（的可達集（Si可到達的元素集合），可到達的元素集合），前因集（可到達前因集（可到達Si的元素集合），并由此判的元素集合），并由此判斷最高一級元素（前因集為自身），刪去之，斷最高一級元素（前因集為自身），刪去之，逐步劃分層次逐步劃分層次 n建立結構模型建立結構模型 n由層次級別的劃分的結果，重新排列去除回由層次級別的劃分的結果，重新排列去除回路后的可達矩陣路后的可達矩陣 n按級別從高到底的順序劃出每一級別中的節按級別從高到底的順序劃出每一級別中的節點，相同級別的節點平行放置點，相同級別的節點平行放置 n按新的可達矩

38、陣連接相鄰兩級按新的可達矩陣連接相鄰兩級 n跨級的連線若可由已有連線的傳遞性推出，跨級的連線若可由已有連線的傳遞性推出，則不畫則不畫 n補充因構成回路而被刪掉的元素及連線補充因構成回路而被刪掉的元素及連線 第三節第三節 仿真模型的確認仿真模型的確認 n經過抽象并作了一些假定的仿真模型能經過抽象并作了一些假定的仿真模型能否替代現實系統？否替代現實系統？n仿真模型的確認仿真模型的確認(VV&A)nVerification(驗證驗證)：檢驗模型是否正確地：檢驗模型是否正確地實現，即驗證計算機仿真程序的正確性實現，即驗證計算機仿真程序的正確性nValidation(確認確認)：確定仿真模型是否

39、是所：確定仿真模型是否是所研究的現實系統的準確描述研究的現實系統的準確描述nAccreditation(認定認定)：認可模型與仿真過：認可模型與仿真過程、結果（學術界有爭議）程、結果（學術界有爭議）一、仿真模型的驗證一、仿真模型的驗證n仿真模型的驗證是仿真模型與仿真程序在邏輯仿真模型的驗證是仿真模型與仿真程序在邏輯結構和數據參數之間的比較過程結構和數據參數之間的比較過程n可通過以下途徑排除仿真程序中的問題可通過以下途徑排除仿真程序中的問題n用子程序編寫和調試仿真程序用子程序編寫和調試仿真程序n在仿真程序的運行中檢查輸出的合理性（與實際情在仿真程序的運行中檢查輸出的合理性（與實際情況比較）況比較

40、）n仿真程序運行時的跟蹤檢查（主要狀態量的觀仿真程序運行時的跟蹤檢查（主要狀態量的觀察）察）信息量過大，不適用于大系統整個跟蹤，信息量過大，不適用于大系統整個跟蹤，而是跟蹤特定程序段及采用其它軟件質量保證方法而是跟蹤特定程序段及采用其它軟件質量保證方法二、仿真模型確認的二、仿真模型確認的“三步法三步法”模型確認時應注意模型確認時應注意n保證被研究的仿真模型是可供使用的、方便的、費用保證被研究的仿真模型是可供使用的、方便的、費用較低的較低的n不應追求模型的絕對準確，而是研究模型逼近實際系不應追求模型的絕對準確，而是研究模型逼近實際系統的程度，最重要的是，要使決策人員在利用仿真系統的程度，最重要的

41、是，要使決策人員在利用仿真系統和實際系統實驗時，能夠作出完全相同的決策或選統和實際系統實驗時，能夠作出完全相同的決策或選擇。擇。n應與特定的建模目標聯系，即一個模型對某一目標可應與特定的建模目標聯系，即一個模型對某一目標可以被確認，而對另一目標則可能是無效的。以被確認，而對另一目標則可能是無效的。n確認工作應貫穿在整個仿真過程中。模擬模型的確認確認工作應貫穿在整個仿真過程中。模擬模型的確認并不是在模型建立以后所作的點綴，建模和確認在整并不是在模型建立以后所作的點綴，建模和確認在整個模擬研究過程中必須自始至終協同地進行個模擬研究過程中必須自始至終協同地進行n尚未有比較完整的理論和方法尚未有比較完

42、整的理論和方法nNaylor和和Finger提出的提出的“三步法三步法”n模型的專家評估確認模型的專家評估確認n檢驗模型的假設檢驗模型的假設n模型的輸出數據與實際數據的比較模型的輸出數據與實際數據的比較1.模型的專家評估確認模型的專家評估確認n從直觀考察模型的有效性從直觀考察模型的有效性n應結合用戶需求或建模目標，并通過實驗分析應結合用戶需求或建模目標，并通過實驗分析模型靈敏度等指標模型靈敏度等指標n模型確認的每一個步驟是使模型具有較好的外模型確認的每一個步驟是使模型具有較好的外觀合理性。特別是模型的用戶和其他了解所模觀合理性。特別是模型的用戶和其他了解所模擬實際系統的人員應當承認模型的直觀合理性擬實際系統的人員應當承認模型的直觀合理性n在建模和模型執行階段，最好有用戶代表參加，在建模和模型執行階段，最好有用戶代表參加，充分吸收