第二章仿真模型與建模方法論

1、第二章 仿真模型與建模方法論,,本章主要內(nèi)容,建?；驹砟Ｐ偷姆切问交枋瞿Ｐ偷男问交硎净谟?jì)算機(jī)的建模方法學(xué)*解釋結(jié)構(gòu)建模*仿真模型的確認(rèn),第一節(jié) 建模原理,一、模型與建模建模：通過(guò)觀測(cè)和檢測(cè)，在忽略次要因素及不可檢測(cè)變量的基礎(chǔ)上，用數(shù)學(xué)的方法對(duì)實(shí)際系統(tǒng)進(jìn)行描述，從而獲得簡(jiǎn)化近似模型的過(guò)程 在系統(tǒng)研究中，模型用來(lái)收集系統(tǒng)有關(guān)信息和描述系統(tǒng)有關(guān)實(shí)體模型是用以產(chǎn)生行為數(shù)據(jù)的一組指令,,由實(shí)際系統(tǒng)構(gòu)造模型建立模型結(jié)構(gòu)

2、（確定系統(tǒng)的邊界，鑒別系統(tǒng)的實(shí)體屬性和活動(dòng)） 提供數(shù)據(jù)（使活動(dòng)中的屬性間建立確定的關(guān)系） 系統(tǒng)模型應(yīng)有的性質(zhì) 相似性——模型與系統(tǒng)在屬性上具有相似的特性和變化規(guī)律 簡(jiǎn)單性——實(shí)用的前提下，越簡(jiǎn)單越好 多面性——同一系統(tǒng)可能有不同層次的多種模型,,模型的有效性 可用實(shí)際系統(tǒng)數(shù)據(jù)和模型產(chǎn)生的數(shù)據(jù)之間的符合程度來(lái)度量，分三個(gè)級(jí)別 復(fù)制有效（Replicatively valid）：輸入輸出數(shù)據(jù)匹配，不能預(yù)測(cè)，把實(shí)際系統(tǒng)看作黑箱

3、預(yù)測(cè)有效（Predictively valid）：了解實(shí)際系統(tǒng)的內(nèi)部狀態(tài)及總體結(jié)構(gòu)，可預(yù)測(cè)系統(tǒng)的將來(lái)的狀態(tài)和行為變化，但不明了內(nèi)部的分解結(jié)構(gòu) 結(jié)構(gòu)有效（Structurally valid）：了解內(nèi)部的分解結(jié)構(gòu)，可反映系統(tǒng)產(chǎn)生某種行為的操作過(guò)程,,數(shù)學(xué)模型的作用提高認(rèn)識(shí)實(shí)際系統(tǒng)不可觀部分→可觀部分提高決策能力 實(shí)際系統(tǒng)不可控部分→可控部分,二、建模基本原理,建模過(guò)程的信息源,,,建?；顒?dòng)：獲取有關(guān)信息源、建立數(shù)學(xué)模型、模型應(yīng)

4、用三類(lèi)信息源 建模目標(biāo)：由系統(tǒng)的研究?jī)?nèi)容決定，如 研究系統(tǒng)與外界的相互作用關(guān)系：以輸入輸出為主的系統(tǒng)外部行為模型 研究系統(tǒng)的內(nèi)在活動(dòng)規(guī)律：描述系統(tǒng)輸入/輸出集合，狀態(tài)集合之間關(guān)系的內(nèi)部結(jié)構(gòu)狀態(tài)模型,,先驗(yàn)知識(shí) 前人的研究成果：公理、原理、定理及模型等，相關(guān)學(xué)科知識(shí) 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù) 先驗(yàn)知識(shí)常常是普遍性規(guī)律，實(shí)際系統(tǒng)有其特殊性，有時(shí)只知道模型結(jié)構(gòu)，其參數(shù)必須通過(guò)實(shí)驗(yàn)確定，有時(shí)甚至結(jié)構(gòu)也是未知的 三者都可以用于模型檢驗(yàn)，建模過(guò)程一

5、般反復(fù)進(jìn)行，直至達(dá)到建模目的,建模途徑（主要由信息源決定 ）,,演繹法：從一般到特殊運(yùn)用先驗(yàn)信息，建立某些假設(shè)和原理通過(guò)數(shù)學(xué)的邏輯演繹建立數(shù)學(xué)模型實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)用來(lái)證實(shí)或者否定原始的原理 歸納法 ：從特殊到一般 基于實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)建立數(shù)學(xué)模型 推導(dǎo)與觀測(cè)一致的具有普遍性的理論結(jié)果 需要對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行內(nèi)插或外推,,工程應(yīng)用中多為混合建模方法,,模型可信性,模型的真實(shí)程度，取決于模型種類(lèi)及構(gòu)造過(guò)程，與模型的有效性相對(duì)應(yīng)在行為水平上的可信性

6、：模型能否重現(xiàn)真實(shí)系統(tǒng)的行為 在狀態(tài)結(jié)構(gòu)水平上的可信性：模型能否與真實(shí)系統(tǒng)在狀態(tài)上相互對(duì)應(yīng)，應(yīng)能對(duì)未來(lái)的行為進(jìn)行唯一的預(yù)測(cè) 在分解結(jié)構(gòu)水平上的可信性：模型能否表示出真實(shí)系統(tǒng)的內(nèi)部的工作情況，而且應(yīng)是唯一的表示,,可信性的檢驗(yàn)應(yīng)貫穿在整個(gè)建模階段，并且與建模方法相互結(jié)合 演繹中的可信性：前提的正確性，前提的其他結(jié)果的檢驗(yàn) 歸納中的可信性：偏差估計(jì)，統(tǒng)計(jì)方法 目的方面的可信性：是否滿足目標(biāo),三、模型的分類(lèi),常用分類(lèi) 根據(jù)模型的時(shí)

7、間集合：連續(xù)時(shí)間模型、離散時(shí)間模型 根據(jù)模型的狀態(tài)變量：連續(xù)變化模型、離散變化模型,,①真正的連續(xù)系統(tǒng)，對(duì)應(yīng)模型一般為常微分和偏微分方程 ②常稱(chēng)為采樣系統(tǒng)，對(duì)應(yīng)模型為離散時(shí)間的偏微分方程和系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型③離散事件模型，用流程圖、表等非數(shù)學(xué)模型形式表示 ④差分方程模型，有限狀態(tài)自動(dòng)機(jī)，馬爾可夫鏈模型,,數(shù)學(xué)模型一覽表,,,,第二節(jié) 建模方法學(xué),為方便理解和交流，對(duì)建模與仿真的研究報(bào)告內(nèi)容也有規(guī)范，一般包括 模型和針對(duì)模型構(gòu)造的假

8、設(shè)的非形式描述 模型結(jié)構(gòu)的形式描述 執(zhí)行仿真的程序設(shè)計(jì) 仿真試驗(yàn)，仿真結(jié)果分析 模型應(yīng)用的范圍與有效性 現(xiàn)在的模型與過(guò)去的和將來(lái)的模型的關(guān)系,,模型的非形式描述，采用文字圖表方式，用來(lái)說(shuō)明系統(tǒng)的本質(zhì)，但不是詳盡描述，是與讀者直觀建立聯(lián)系的最自然而有效的方法，主要由模型的實(shí)體、包括參變量的描述變量、實(shí)體間的相互關(guān)系以及有必要闡釋的假設(shè)等組成，是基礎(chǔ)性的工作 模型結(jié)構(gòu)形式描述，采用數(shù)學(xué)或者其它明確的形式，可以了解系統(tǒng)內(nèi)在、本質(zhì)的

9、運(yùn)動(dòng)規(guī)律，便于同行交流,一、模型的非形式描述,,實(shí)體Com. 1 著重描述實(shí)際系統(tǒng)的概念部分 ┇Com. m描述變量Com. 1Var. 11說(shuō)明每個(gè)變量表征符號(hào)及其 ┇范圍集，并闡述變量的作用Var. 1n ┇,,,┇Com. mVar. m1 ┇Var. mnPARPar. 1 參變量 ┇

10、Par. m實(shí)體相互關(guān)系描述實(shí)體對(duì)其它各個(gè)實(shí)體的影響、作用及聯(lián)系，即刻畫(huà)系統(tǒng)的規(guī)律、內(nèi)部關(guān)系，用規(guī)則、假設(shè)和定律等作非形式描述,例：環(huán)形羅賓服務(wù)(Round Robin Service),某計(jì)算機(jī)系統(tǒng)有一臺(tái)主機(jī)與5個(gè)終端用戶組成，主機(jī)依次順時(shí)針為每一個(gè)用戶服務(wù)。輪到某用戶時(shí)，傳遞數(shù)據(jù)給主機(jī)CPU并等待回答，接收到回答后準(zhǔn)備下一輪數(shù)據(jù)。建模研究用戶如何迅速的完成其程序編制,,非形式描述,實(shí)體CPU, USR1, USR

11、2, USR3, USR4, USR5描述變量CPU：Who.Now —— 范圍{1, 2, 3, 4, 5}；Who.Now = i 表示USRi 由CPU服務(wù)USR：Completion.State —— 范圍[0, 1]；表示USR完成整個(gè)程序任務(wù)的比例參變量Xi —— 范圍[0, 1]；表示USRi 每次完成程序的比例實(shí)體相互關(guān)系CPU以固定速度依次為用戶服務(wù)，即Who.Now為1, 2, 3, 4, 5, 1,

12、2, …循環(huán)運(yùn)行當(dāng)Who.Now = i，CPU完成USRi 剩下的Xi 工作。假設(shè)：CPU對(duì)USR的服務(wù)時(shí)間固定，不依賴于USR的程序；USRi的進(jìn)程由各自的參變量Xi決定。,二、模型的形式化表示,理論基礎(chǔ)抽象是建立真實(shí)世界的現(xiàn)象與數(shù)學(xué)模型間相互關(guān)系的唯一手段 理論構(gòu)造：首先定義集合，再建立抽象的復(fù)合集合結(jié)構(gòu)，然后定義函數(shù)關(guān)系 具體化：抽象時(shí)先簡(jiǎn)化，再在簡(jiǎn)化的結(jié)構(gòu)中添加細(xì)節(jié) 例如：各種物理學(xué)定理在建立時(shí)往往經(jīng)過(guò)了極度簡(jiǎn)

13、化，然后在不同的應(yīng)用背景下，根據(jù)需要再進(jìn)行修正，如理想氣體方程不可能直接應(yīng)用到實(shí)際的計(jì)算中，但通過(guò)修正后的更復(fù)雜的形式則往往有實(shí)際的意義,,集合論可以作為研究系統(tǒng)的工具，因?yàn)榻＞褪且玫揭粋€(gè)被化為抽象集合結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)的定義，該集合結(jié)構(gòu)總可以用若干同類(lèi)結(jié)構(gòu)的合成體替換，從而不斷地使其具體化,數(shù)學(xué)模型的形式化表示,一個(gè)系統(tǒng)可以被定義為七元組集合結(jié)構(gòu)：S= 時(shí)間基T：描述時(shí)間以及為事件排序的集合。T為整數(shù)集I時(shí)，為離散時(shí)間系統(tǒng)，為實(shí)數(shù)集R時(shí)

14、，為連續(xù)時(shí)間系統(tǒng) 輸入集X：代表系統(tǒng)界面的一部分，外部環(huán)境通過(guò)它作用于系統(tǒng)。如通過(guò)信息流和物質(zhì)流作用于系統(tǒng) 輸入段集Ω：描述某時(shí)間間隔內(nèi)系統(tǒng)的輸入模式，是（X,T）的一個(gè)子集,,內(nèi)部狀態(tài)集Q：表示系統(tǒng)的記憶，影響此后的響應(yīng)，是內(nèi)部結(jié)構(gòu)建模的核心 狀態(tài)轉(zhuǎn)移函數(shù)δ：是一個(gè)映射δ：Q×Ω→Q，表示任意時(shí)刻的內(nèi)部狀態(tài)和從該時(shí)刻起的輸入段唯一地決定了段終止時(shí)的狀態(tài) 輸出集Y：代表界面的一部分，系統(tǒng)通過(guò)它作用于環(huán)境 輸出函數(shù)λ：

15、映射λ：Q→Y，或者λ：Q×X×T→Y，是多對(duì)一的映射 由此，得到系統(tǒng)行為的概念：是其內(nèi)部結(jié)構(gòu)的外部表現(xiàn)形式，即在(X, T)×(Y, T)上的關(guān)系,模型的有效性與建模形式化,復(fù)制有效、預(yù)測(cè)有效和結(jié)構(gòu)有效分別對(duì)應(yīng)行為水平、狀態(tài)結(jié)構(gòu)水平和分解結(jié)構(gòu)水平的系統(tǒng)描述 Rs：輸入-輸出關(guān)系行為水平 將系統(tǒng)看作黑盒，僅記錄輸入輸出信號(hào)需要時(shí)間基，基本描述單位是“軌跡”：從一個(gè)時(shí)間基的區(qū)間到表示可

16、能的觀測(cè)結(jié)果的某個(gè)集合上的映射系統(tǒng)的“行為描述”是由輸入輸出軌跡對(duì)偶構(gòu)成的集合,,,狀態(tài)結(jié)構(gòu)水平 掌握系統(tǒng)內(nèi)部狀態(tài)，總體結(jié)構(gòu)與內(nèi)部工作情況隨時(shí)間的推移，該描述可以使模型自動(dòng)產(chǎn)生一種行為軌跡產(chǎn)生軌跡的基礎(chǔ)是“狀態(tài)集”及“狀態(tài)轉(zhuǎn)移函數(shù)”（計(jì)算未來(lái)狀態(tài)的規(guī)則）,,分解結(jié)構(gòu)水平,將系統(tǒng)描述為由許多子系統(tǒng)相互連接起來(lái)而構(gòu)成的一個(gè)整體每個(gè)子系統(tǒng)都給出了一個(gè)狀態(tài)結(jié)構(gòu)水平上的描述；并給出各子系統(tǒng)間的耦合描述,,三、基于計(jì)算機(jī)的建模方法學(xué),

17、經(jīng)典的建模與仿真面向物理系統(tǒng)按仿真步驟順序進(jìn)行：定義→建模→仿真 計(jì)算機(jī)的作用主要是使計(jì)算更快速、準(zhǔn)確缺乏對(duì)復(fù)雜系統(tǒng)的研究方法系統(tǒng)某部分難以用準(zhǔn)確的數(shù)學(xué)模型表述系統(tǒng)內(nèi)部有多個(gè)研究對(duì)象，且關(guān)系復(fù)雜，需要考慮模型的綜合利用,,軟系統(tǒng)特性 復(fù)雜性：內(nèi)部關(guān)系復(fù)雜，系統(tǒng)具有多重性，通常存在病態(tài)結(jié)構(gòu)和定義 不可分性：空間、時(shí)間上難以分割，難以定義系統(tǒng)的邊界和分隔物低可接受性：無(wú)合適的測(cè)量技術(shù)或代價(jià)太大，難以進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究計(jì)算機(jī)除能

18、進(jìn)行快速標(biāo)準(zhǔn)的邏輯與算術(shù)運(yùn)算外，還具有存儲(chǔ)數(shù)據(jù)與信息以及與用戶交互的能力，應(yīng)充分發(fā)揮作用,,研究基于計(jì)算機(jī)的建模理論的目標(biāo)：在交互式計(jì)算機(jī)的扶助下，使系統(tǒng)建模過(guò)程進(jìn)行得更加有效、現(xiàn)實(shí)和高速支持建模與仿真的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的基本功能能對(duì)已知事實(shí)及已有模型作恰當(dāng)?shù)拇鎯?chǔ)，即能處理各種局部模型通過(guò)人機(jī)交互，對(duì)局部模型進(jìn)行繼承和綜合利用，形成完整的全局模型,,全局性建模的基本思路模型的描述靜態(tài)結(jié)構(gòu)：給出描繪系統(tǒng)現(xiàn)象的方式動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)：提供各種現(xiàn)

19、象間變化的情況重視建模信息源存儲(chǔ)先驗(yàn)信息，根據(jù)建模目標(biāo)，定義實(shí)驗(yàn)框架組合和完整化模型的先驗(yàn)知識(shí)對(duì)所有涉及的對(duì)象都建立相應(yīng)的庫(kù),模型對(duì)象及其信息存儲(chǔ),變量及變量庫(kù) 變量是描述系統(tǒng)的靜態(tài)結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)，用來(lái)表示系統(tǒng)中有用的屬性，具有名字、范圍集、含義與單位一組變量可歸并成一個(gè)單獨(dú)的組合，用于分清變量定義之間的內(nèi)在依賴性，與基本算子聯(lián)合在一起還可構(gòu)造復(fù)雜的變量變量含義之間的內(nèi)在聯(lián)系稱(chēng)為語(yǔ)義結(jié)構(gòu)。語(yǔ)義結(jié)構(gòu)可建立起變量間的等效性，并以此

20、導(dǎo)出定義真實(shí)系統(tǒng)的整個(gè)變量集的結(jié)構(gòu)變量庫(kù)的基本形式是作為系統(tǒng)中所有變量的字典模型是通過(guò)選擇變量的一個(gè)子集形成靜態(tài)結(jié)構(gòu)，加上控制這些變量變化的規(guī)則及其動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)而構(gòu)成,,實(shí)體及實(shí)體庫(kù)實(shí)體是按特定意義組合在一起的變量集的標(biāo)記，其作用是獲取子系統(tǒng)和系統(tǒng)的邊界一個(gè)模型總是某個(gè)特定實(shí)體的一種表示，只能包含從屬于該實(shí)體的變量。模型靜態(tài)結(jié)構(gòu)是實(shí)體結(jié)構(gòu)的抽取實(shí)體庫(kù)是變量庫(kù)結(jié)構(gòu)過(guò)渡到模型結(jié)構(gòu)的第二級(jí)結(jié)構(gòu)，其組織原則是實(shí)體結(jié)構(gòu)實(shí)體結(jié)構(gòu)是組成各種特

21、殊的、綜合的模型和實(shí)驗(yàn)框架的骨架,,實(shí)驗(yàn)框架和實(shí)驗(yàn)框架庫(kù) 實(shí)驗(yàn)框架規(guī)定了實(shí)際系統(tǒng)或用它的模型做實(shí)驗(yàn)和進(jìn)行觀察的有限的環(huán)境 實(shí)驗(yàn)框架E包括：輸入變量集、輸出變量集；可選：輸入段集，運(yùn)行控制變量集，運(yùn)行控制段集，統(tǒng)計(jì)或信號(hào)處理過(guò)程集為達(dá)到建模目標(biāo)，要求實(shí)驗(yàn)框架對(duì)模型有可適用性 直接可適用性：框架中的變量以模型中相同的名字出現(xiàn) 間接可適用性：框架的變量與模型的靜態(tài)結(jié)構(gòu)變量有關(guān)或可從中推導(dǎo)出,,模型庫(kù) 包括實(shí)際系統(tǒng)已經(jīng)建立起來(lái)的各方

22、面模型可按操作式結(jié)構(gòu)(Operations Structure) 組織模型的組合與分解操作模型的粗化（簡(jiǎn)化）與精化（詳細(xì)化）操作 各種模型在具有通用性的實(shí)驗(yàn)框架下進(jìn)行比較模型庫(kù)是一個(gè)可擴(kuò)充的模型集，應(yīng)能保存以前開(kāi)發(fā)的模型，且便于自由地應(yīng)用適當(dāng)?shù)墓絹?lái)規(guī)范模型能幫助模型引用實(shí)體結(jié)構(gòu)和實(shí)驗(yàn)框架中的內(nèi)容,,參數(shù)庫(kù) 參數(shù)表示現(xiàn)實(shí)世界中物體的系統(tǒng)或其子系統(tǒng)的性質(zhì)，但不一定直接與系統(tǒng)有關(guān) 參數(shù)是模型規(guī)范中的常數(shù)，要從一類(lèi)模型中選出一

23、個(gè)特殊的模型，必須確定參數(shù) 參數(shù)的對(duì)應(yīng)是一種關(guān)系，允許將一類(lèi)模型參數(shù)估計(jì)中的經(jīng)驗(yàn)知識(shí)傳遞到另一類(lèi)模型 參數(shù)庫(kù)的作用：存儲(chǔ)實(shí)際系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)信息（參數(shù)估計(jì)）；通過(guò)將模型檢驗(yàn)中得到的估計(jì)擴(kuò)展到有關(guān)的其他模型，增加信息的利用率 隨著時(shí)間的變化參數(shù)庫(kù)存儲(chǔ)并完整化了從實(shí)際系統(tǒng)中得到的實(shí)驗(yàn)信息,庫(kù)的活動(dòng)及相互間關(guān)系,庫(kù)的活動(dòng),不同信息庫(kù)之間關(guān)系,在應(yīng)用建模支持系統(tǒng)時(shí)應(yīng)注意完整性、有效性、一致性,,四、解釋結(jié)構(gòu)建模,基本概念 復(fù)雜系統(tǒng)直接建立準(zhǔn)確

24、模型困難，常先定義反映系統(tǒng)內(nèi)部主要特征的結(jié)構(gòu)關(guān)系結(jié)構(gòu)模型：表示實(shí)體及其相互間關(guān)系，其建模目標(biāo)應(yīng)明確針對(duì)何種關(guān)系 實(shí)體集合S={s1…sn}，si為實(shí)體，R={| w(x,y)}表示某種關(guān)系w下各實(shí)體間關(guān)系的集合，集合S和定義在S上的關(guān)系R就表示了系統(tǒng)在關(guān)系w下的結(jié)構(gòu)模型,,可用有向連接圖或矩陣表示 （1，0）表示Si，Sj有無(wú)關(guān)系,,,鄰接矩陣,,結(jié)構(gòu)模型特性 是一種幾何模型，可用有向連接圖表示 以定性分析為主，用來(lái)分

25、析實(shí)體間關(guān)系 可用矩陣形式描述，使定性分析和定量分析相結(jié)合 其描述形式處于數(shù)學(xué)模型形式和邏輯分析形式之間，可處理宏觀/微觀、定性/定量的問(wèn)題 可達(dá)矩陣A r（各節(jié)點(diǎn)之間經(jīng)過(guò)一定長(zhǎng)度的通路后可到達(dá)的程度）可由鄰接矩陣A 計(jì)算而得：A r = (A+I) r，A r = A r-1時(shí)結(jié)束,結(jié)構(gòu)建模（解釋結(jié)構(gòu)模型法）,選擇構(gòu)成系統(tǒng)的要素（實(shí)體） 建立鄰接矩陣和可達(dá)矩陣(需要注意判斷和刪除回路(不同元素對(duì)應(yīng)的矩陣的行、列相同則構(gòu)成回路)

26、)層次級(jí)別的劃分 找出Si的可達(dá)集（Si可到達(dá)的元素集合），前因集（可到達(dá)Si的元素集合），并由此判斷最高一級(jí)元素（前因集為自身），刪去之，逐步劃分層次,,建立結(jié)構(gòu)模型 由層次級(jí)別的劃分的結(jié)果，重新排列去除回路后的可達(dá)矩陣 按級(jí)別從高到底的順序劃出每一級(jí)別中的節(jié)點(diǎn)，相同級(jí)別的節(jié)點(diǎn)平行放置 按新的可達(dá)矩陣連接相鄰兩級(jí) 跨級(jí)的連線若可由已有連線的傳遞性推出，則不畫(huà) 補(bǔ)充因構(gòu)成回路而被刪掉的元素及連線,第三節(jié) 仿真模型的確認(rèn),經(jīng)

27、過(guò)抽象并作了一些假定的仿真模型能否替代現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)？仿真模型的確認(rèn)(VV&A)Verification(驗(yàn)證)：檢驗(yàn)?zāi)Ｐ褪欠裾_地實(shí)現(xiàn)，即驗(yàn)證計(jì)算機(jī)仿真程序的正確性Validation(確認(rèn))：確定仿真模型是否是所研究的現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)的準(zhǔn)確描述Accreditation(認(rèn)定)：認(rèn)可模型與仿真過(guò)程、結(jié)果（學(xué)術(shù)界有爭(zhēng)議）,一、仿真模型的驗(yàn)證,仿真模型的驗(yàn)證是仿真模型與仿真程序在邏輯結(jié)構(gòu)和數(shù)據(jù)參數(shù)之間的比較過(guò)程可通過(guò)以下途徑排除仿真

28、程序中的問(wèn)題用子程序編寫(xiě)和調(diào)試仿真程序在仿真程序的運(yùn)行中檢查輸出的合理性（與實(shí)際情況比較）仿真程序運(yùn)行時(shí)的跟蹤檢查（主要狀態(tài)量的觀察）——信息量過(guò)大，不適用于大系統(tǒng)整個(gè)跟蹤，而是跟蹤特定程序段及采用其它軟件質(zhì)量保證方法,二、仿真模型確認(rèn)的“三步法”,模型確認(rèn)時(shí)應(yīng)注意保證被研究的仿真模型是可供使用的、方便的、費(fèi)用較低的不應(yīng)追求模型的絕對(duì)準(zhǔn)確，而是研究模型逼近實(shí)際系統(tǒng)的程度，最重要的是，要使決策人員在利用仿真系統(tǒng)和實(shí)際系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)時(shí)，

29、能夠作出完全相同的決策或選擇。應(yīng)與特定的建模目標(biāo)聯(lián)系，即一個(gè)模型對(duì)某一目標(biāo)可以被確認(rèn)，而對(duì)另一目標(biāo)則可能是無(wú)效的。確認(rèn)工作應(yīng)貫穿在整個(gè)仿真過(guò)程中。模擬模型的確認(rèn)并不是在模型建立以后所作的點(diǎn)綴，建模和確認(rèn)在整個(gè)模擬研究過(guò)程中必須自始至終協(xié)同地進(jìn)行,,尚未有比較完整的理論和方法Naylor和Finger提出的“三步法”模型的專(zhuān)家評(píng)估確認(rèn)檢驗(yàn)?zāi)Ｐ偷募僭O(shè)模型的輸出數(shù)據(jù)與實(shí)際數(shù)據(jù)的比較,1.模型的專(zhuān)家評(píng)估確認(rèn),從直觀考察模型的有效性

30、應(yīng)結(jié)合用戶需求或建模目標(biāo)，并通過(guò)實(shí)驗(yàn)分析模型靈敏度等指標(biāo)模型確認(rèn)的每一個(gè)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擬實(shí)際系統(tǒng)的人員應(yīng)當(dāng)承認(rèn)模型的直觀合理性在建模和模型執(zhí)行階段，最好有用戶代表參加，充分吸收他們的意見(jiàn)，使模型的結(jié)構(gòu)、數(shù)據(jù)和簡(jiǎn)化假設(shè)具有較好的實(shí)用性,2.檢驗(yàn)?zāi)Ｐ偷募僭O(shè),模型假設(shè)分為兩類(lèi)：結(jié)構(gòu)假設(shè)包括對(duì)實(shí)際系統(tǒng)的簡(jiǎn)化和抽象，或者說(shuō)系統(tǒng)最低限度的運(yùn)行條件。如銀行系統(tǒng)中顧客的隊(duì)列和服務(wù)設(shè)施構(gòu)成基本結(jié)構(gòu)

31、，但隊(duì)列方式、設(shè)施數(shù)等應(yīng)在實(shí)際觀察的基礎(chǔ)上確認(rèn)數(shù)據(jù)假設(shè)包括對(duì)所有輸入數(shù)據(jù)的數(shù)值和概率分布所作的規(guī)定，應(yīng)與實(shí)際系統(tǒng)的運(yùn)行條件基本符合數(shù)據(jù)假設(shè)在收集實(shí)際系統(tǒng)可靠的運(yùn)行參數(shù)的基礎(chǔ)下，進(jìn)行必要的統(tǒng)計(jì)分析之后加以確定。,3.模型的輸出數(shù)據(jù)與實(shí)際數(shù)據(jù)的比較,最決定性的步驟。對(duì)模型的確認(rèn)，最終表現(xiàn)在模型能否預(yù)計(jì)系統(tǒng)的基本性能，當(dāng)模型和實(shí)際系統(tǒng)都以同樣的輸入?yún)?shù)或輸入策略運(yùn)行時(shí)，應(yīng)具有相同的輸出響應(yīng)。如果某些輸入變量作一定范圍內(nèi)的變動(dòng)時(shí)，模型應(yīng)能

32、估計(jì)出實(shí)際系統(tǒng)在同一情況下的輸出變化，由此可以確認(rèn)模型和實(shí)際系統(tǒng)具有相同的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，或者說(shuō)具有相同的輸入/輸出變換性能模型的校準(zhǔn)過(guò)程（Calibration Procedure，用一組數(shù)據(jù)辨識(shí)后用另一組數(shù)據(jù)測(cè)試）圖靈試驗(yàn)（Turing Test）：將仿真結(jié)果和實(shí)際系統(tǒng)的運(yùn)行數(shù)據(jù)不加標(biāo)志地送給深刻了解該系統(tǒng)的專(zhuān)家進(jìn)行鑒別，若專(zhuān)家能區(qū)分二者，則其經(jīng)驗(yàn)就是修改模型的依據(jù),三、比較仿真輸出數(shù)據(jù)與實(shí)際觀察數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)方法,模型的確認(rèn)需要比較模型

33、的輸出數(shù)據(jù)與實(shí)際系統(tǒng)的觀察結(jié)果，但由于實(shí)際系統(tǒng)和模型的過(guò)程幾乎都是非平穩(wěn)過(guò)程和相關(guān)過(guò)程，不能直接應(yīng)用古典統(tǒng)計(jì)方法，需要對(duì)輸入輸出數(shù)據(jù)作統(tǒng)計(jì)處理。常用兩種方法：用擬合輸入數(shù)據(jù)的理論分布進(jìn)行模型確認(rèn)利用歷史數(shù)據(jù)作仿真確認(rèn),,用擬合輸入數(shù)據(jù)的理論分布進(jìn)行模型確認(rèn)利用人為產(chǎn)生的輸入數(shù)據(jù)，盡量使模型中所產(chǎn)生的事件模式與實(shí)際系統(tǒng)產(chǎn)生的事件模式相一致，并通過(guò)統(tǒng)計(jì)比較判斷模型與系統(tǒng)的一致性利用歷史數(shù)據(jù)作仿真確認(rèn)利用實(shí)際系統(tǒng)的歷史統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)作為模