建模与仿真复习题.doc

建模与仿真复习大纲
一、 试卷题型
1.判断题 2分 * 10 （错误需改正！！！）
2.填空 2分 *10
3.名词解释 5分 * 4
4.简答 10分 * 2
5.分析计算 10分 * 2
二、 建模与仿真复习题
1. 仿真的概念、类别及特点？
仿真（计算机仿真、系统仿真）：就是建立计算机仿真模型模拟现实的动态系统，在仿真模型上进行各种实验，以评估和改善系统性能。
1、连续系统仿真：他所模拟的系统状态变量随时间连续变化，也称连续仿真。
2、离散事件系统仿真。他所模拟的系统状态变量随一个个事件的发生而在特定的时间点离散变化，系统的状态变化是由（往往是随机发生的）事件驱动的，也称为离散事件仿真或离散系统仿真。
3、混合系统仿真。它所模拟的系统既有连续部分，也有离散部分。

2. 简述仿真项目的研究步骤？10
1、定义仿真研究的目的；
2、收集数据，建立概念模型；
3、建立计算机仿真模型；
4、模型校核与验证；
5、实验运行及最优化分析；

3. 模型的概念、类别及特点？1-2
模型是系统各元素交互关系的简化表示，这些关系包括因果关系，流程关系以及空间关系。
模型可分为：物理模型、逻辑模型（逻辑模型又可分为：符号模型、解析模型、仿真模型）。
物理模型：是实际系统的物理复制品或按比例缩放的食物模型，也称实体模型。
逻辑模型：是指以图符或数学方程式等表达式的反应显示系统要素间逻辑关系的模型。
符号模型：是利用一些图形符号如举行、箭头等来描述一系列的活动或要素间相互关系的模型；
解析模型（又称分析性模型）：是一种利用数学方程式（不含不等式）表达系统要素关系的模型。
4. 现代可视化仿真软件的分类、特点和发展趋势？3
分类：？？
特点：可以方便地利用图标以可视化方式构件仿真模型，大大提高了建模效率，降低了建模难度。
简化建模过程，为用户提供高效的数据处理功能，使用户将主要精力集中于系统模型的构建中。
发展趋势：由二维动画向三维动画转变；
提供虚拟现实的仿真建模与运行环境；
智能化建模技术、基于web的仿真、智能化结果分析于优化技术；

5. 层级模块的概念及作用？35
概念：可以将一些基本的建模结构（如一群链接的模块）封装为一个单个的、高级的节后，还可以继续将一些这类的高级结构封装为一个单个更高级的结构，即层次模块。
作用：可将一个复杂的系统分解为不同的部分建模，从而降低模型的复杂性；

6. 方程的概念及extendsim软件中的模块种类及特点？119 & 59
方程就是一系列用来对一个或者多个输入变量进行计算，输出一个或者多个输出变量的命令。
Item库中的模块根据对实体的处理和滞留的时间分为3类：Residence（驻留）、Passing（穿过）、Decision（决策）
种类
特点
Residence（驻留）
驻留类型的模块可以让实体在模块内停留一段时间
Passing（穿过）
穿过类型的模块只是让实体一带即过，不产生任何时间停留。这些模块只是为了辅助模型的逻辑。
Decision（决策）
决策模块在决定实体走哪个分支时，根据用户选项，既可能暂留实体，也可能不予暂留

7. 仿真时钟的概念及特点？ 31
仿真过程中的当前时间值记在一个特殊变量中，称为仿真时钟。
特点：从当前时间的发生时间跳跃到下一个是时间的发生时间，而非连续推进、均匀取值的；
仿真时钟与未来时间是密不可分的；
在ExtengSim中，仿真时钟有Executive模块管理；
8. 离散事件系统的基本组成元素有哪些?28
实体及其属性、资源、队列、活动、控制、全局数据存储、系统变量（输入变量、响应变量、状态变量29）、事件、仿真时钟
9. 离散事件系统仿真概念、特点（？）及举例？ 2
离散事件系统仿真。他所模拟的系统状态变量随一个个事件的发生而在特定的时间点离散变化，系统的状态变化是由（往往是随机发生的）事件驱动的，也称为离散事件仿真或离散系统仿真。
例如：排队系统中队列长度是随顾客到达、顾客离开等事件离散变化的。
特点：（网上观点）
系统中的状态只是在离散的时间点上发生变化，而且这些离散事件的点一般是不确定的；
系统的状态变化往往无法用数学公式表示；
动态仿真，事件是仿真的一个关键变量；
离散事件系统总包含排队过程；
10. 排队系统的概念、特征及举例？11&26
排队系统是由顾客和为顾客提供服务的服务台组成的系统，顾客先进入等待队列排队，然后接受服务台提供的服务。
特征：
1、 拟到达总体：潜在顾客的总体称为到达总体，也成为顾客源，它可能有限，也可能是无线或近似无限。在拥有大量潜在客户的系统中，通常假设拟到达总体是无限的。
2、 系统容量：指系统队列可以容纳的最大顾客数量，它可能有限，也可能是无线或近似无限。
3、 顾客到达过程：一般用到达时间间隔来表征，可分为确定性到达及随机性到达。（太多看书26）
4、 服务时间与服务机制：服务时间指服务台为顾客服务时间，他可能是确定的，也可能是随机的。
服务机制：指服务台的数量及其连接方式（串OR并联），顾客是单个还是成批接受服务。

5、 排队行为及排队规则：
行为分三种：
1、 拒绝进入：即顾客到达系统时发现队列过长立即离开（不进入队列）；
2、 中途离队：即顾客排队一段时间后未接受服务中途离开系统；
3、 换队：顾客排队一段时间后换队（换到较短的队伍）
排队规则：描述服务台完成当前的服务后，从队列中选择下一实体的原则：FIFO（先到先服务）；LIFO（后到先服务）；按优先级别服务；
11. 排队系统的排队行为有哪几种？
上题第五点；
12. 时间加权平均数与简单平均数计算方法有何不同 ？（chapter2.ppt P21）
平均排队等待时间，简单平均数

平均队长，是时间加权平均数

13. 实体的概念及特点？61
实体：是被加工、处理或服务的对象，它们在系统中移动、改变形态、影响其它实体及系统状态，并影响着系统性能。
实体特征：指某实体在移动过程中始终伴随该实体的特征。可分为四类：
1、 用户自定义属性：
1、 数值属性
2、 字符串属性
3、 数据库地址属性
2、优先级；
3、数量；
4、系统分配的内置属性；
14. 随机数及随机数种子的概念？
随机数：在某次产生过程中是按照实验过程中表现的分布概率随机产生的，其结果是不可预测的，是不可见的。
随机数种子Random seed ：在仿真软件中，随机数是利用递推公式产生的，因此是伪随机数。该递推公式的初始值称为随机数种子，然后依次递推计算，可以得到一个随机数序列。

15. 仿真输入数据分析的概念及作用？
输入数据分析：就是采集输入随机变量的样本值，并进行分布拟合，确定其概率分布的过程。

16. 仿真输入数据分析过程中如果多个分布都能通过某一拟合优度检验，那么如何确定哪一个分布拟合最好？
1、这时一般对每种检验计算一个P值（P-Value，在0-1之间），对同一检验，P值越大的分布函数拟合越好，因此选择P值最大的分布函数作为最终的结果。
2、但这不是绝对的，有时，不同检验的P值并不一致，这时就要根据经验和其它因素判断哪个更好，同时，P值一般应该大于0.1，否则就要考虑经验分布了。
P值：指其他样本比当前样本拟合更差的概率。
17. 建模与仿真输入数据的分布拟合过程包括哪些步骤?
1、收集原始数据
2、数据检验
2.1独立性检验
2.2同质性检验
2.3平稳性检验
3、辨识分布类型
4、参数估计
5、拟合优度检验
18. 自相关图的概念及作用？ 44
自相关图是反映数据间相关系数（在-1和1间取值）的图。
若所有相关系数都接近于0，则数据独立（随机）；若某些相关系数接近-1或1，则数据存在自相关，不独立（不随机）。

19. 仿真结构建模的概念和特点？
仿真建模分为建构建模和输入建模。
结构建模是指利用仿真软件包提供的建模构件建立结构模型。
输入建模主要是确定输入变量的概率分布。

20. 模型校核与验证的概念及常用方法？126
校核：就是考查模型是否按照预先设想的情况运行，是否按照设计的概念模型运行，通俗地讲就是找出模型中的各种语法及逻辑错误，类似于调试。
常用方法：
l 每建立模型的一个部分，就立刻检验该部分的运行是否正常，以减少以后模型变得过大时检验的复杂性。
l 用常量替换随机性的模型数据，消除模型中的不确定因素，然后运行模型考查其运行和输出是否符合你的预期。
l 输出详细的报告或追踪记录，检查是否符合你的预期。
l 每次只让一种类型的实体进入系统，然后跟踪它，以确定模型的逻辑和数据是否正确。
l 将资源数目减少为1 或0，看会发生什么。
l 生成极少的实体或极多的实体，测试极端条件下模型运行和输出是否正常。
l 生成动画，并观察动画运行是否正常

验证：考查模型的行为是否与真实系统运行一致。
常用方法：
l 收集实际系统的数据输入模型，然后将模型运行的结果和实际系统的结果进行对比，看看是否相符
l 如果有动画，用户也会通过动画进行部分验证工作。

21. 仿真的相对误差的概念及计算？136
概念：相对误差即置信区间半宽与样本均值的比例。

样本均值： 置信区间半宽：

22. 离散事件系统仿真输出分析的类型、特点以及每种类型的事先必须明确的仿真实验设置？
终止型仿真：
特点：系统运行有一个自然的终止点，自然确定了仿真时间长度。
终止点可能是：
· 进行终止型仿真实验时，要事先明确如下三个方面的设置：
Ø 确定初始状态
Ø 确定仿真运行的终止事件
Ø 确定仿真重复运行次数
非终止型仿真：
特点：系统没有一个自然的终止点确定仿真时间长度。
· 重复删除法进行非终止型仿真输出分析考虑三要素
Ø 确定预热期
Ø 确定仿真运行时间长度
Ø 确定仿真重复运行次数

23. 如何估计输出变量的均值及置信区间？
均值：
置信区间：

24. 如何确定非终止型仿真预热期？
几种方法：
Ø 直接观察法
- 直接观察性能指标随时间变化的曲线，如观察平均队长随时间变化的曲线，当曲线进入到相对稳定的状态时，预热期就结束了，此时就可估计预热期长度。
- 这里要注意的是我们感兴趣的性能指标可能有多个，因此应该对每个感兴趣的性能指标各运行几次（如3-5次）仿真，取最长的预热期作为最终的预热期。
- 有时有经验的用户还能够根据经验判断系统需要多长时间才能进入稳定状态，将直接观察法和用户经验判断相结合就更加准确了。
- 直接观察法虽然不太准确，但简单实用。
Ø 跨轮次平均法
- 首先选择一个绩效指标，如平均队长
- 然后将运行时间分成等长的m个时间段（如1小时一段）
- 运行n次仿真（5-10次），计算各次运行各时段的平均队长
- 将多次仿真相同时段的平均队长再进行平均，得到一个平均后的平均队长的时间序列
- 以时段号为横坐标，画出该时间序列的曲线
- 曲线走平的时候就是预热期结束了
Ø 其他方法： 如welch移动平均法
25. 如何确定终止型仿真和非终止型仿真的运行时间长度？
· 一个经验规则是要稳态持续时间长度需足够让每一种事件（包括最少见的事件）至少发生许多次（最好几百次）
· 另一个经验规则是让稳态时间至少10倍于预热期时间
· 或者稳态数据量至少10倍于预热期的数据量，
· 总之，只要时间允许，应该使得运行时间尽可能长一些。
26. 什么是仿真输出分析？
Ø 是对仿真产生的输出数据进行统计分析，以测量一个系统的各项性能或比较两个或多个备选系统方案的性能。
27. 在输出分析时，如何确定终止型仿真和非终止型仿真的重复运行次数？
· 试验法
Ø 试验法就是主观猜测试验所需的运行次数，直到误差满足要求。
例如，先运行10次，看看置信区间半宽能否达到要求，如果不能就增加运行次数直到达到精度要求。
由于现在的计算机性能非常高，多运行几次花不了多少时间，因此试验法已成为实际操作中比较常用的方法。
· 近似计算法
Ø 近似计算法就是利用公式近似计算所需的运行次数。
Ø 其操作过程是：先初始运行n0次（如10次）仿真，利用这n0次得到的输出计算初始样本方差s，然后利用下面的公式计算应该运行的总次数n：
h是目标半宽，即绝对误差

其中：re是相对误差

28. 置信区间的半宽的概念及计算？
置信区间的半宽实际上是对均值估计的误差（估计值与真实值间的绝对误差），可以看出实验次数n越大，半宽越窄，也就是误差越小，对性能指标估计（点估计）的精度越高，因此，可以通过提高仿真运行次数，减少估计误差，提升估计的精度。
公式：

29. 终止型仿真的概念及终止点的可能情况？
概念：系统运行有一个自然的终止点，自然确定了仿真时间长度。
Ø 终止点可能是：
- 模型达到结束条件。如银行服务系统到达一天的结束时间结束，或者到达结束时间关门然后服务完最后一个顾客结束。
- 调查期间完成。如超市的高峰期结束。
- 完成指定任务。如生产计划完成，修理了指定数目的机器等
30. 终止型仿真和非终止型仿真的区别是什么？
是否有一个确定的终止点

31. 仿真优化的概念、步骤及extendsim软件中的仿真优化模块的功能？
Ø 概念：是指寻找最佳的参数值，以使得目标性能最优。
Ø 步骤：
1）在模型中添加一个Optimizer模块(Value library)。
2）定义目标函数的方程形式
3）确定目标函数方程中所需要的变量，然后将它们克隆拖放到Optimizer模块上
Ø 注意决策变量和输出变量的区别
4）在Optimizer的Variables table中设置决策变量的范围
Ø 注意整型量和实型量范围输入的区别
5）Optimizer模块中输入目标函数方程。
6）如果决策变量要约束为某些特定值，就添加约束方程
7）设置Optimizer模块的运行参数，然后运行最优化
功能：Optimizer模块,可以自动确定模型的最优参数值。它通过使用选定参数的不同取值多次运行模型，搜寻解空间直至找到一个满足条件的可以接受的优化解。该模块使用演进算法寻找最优解。