系统模拟2.pptx

,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,#,第二章 系统研究,概述,用模型研究系统,（,1,）根据研究目标,确定系统边界,描述系统的动态观点与静态观点,.,（,2,）构模与系统研究,有赖于专家的直观判断和经验,.,经验、技巧、直观、创造与假设,（,3,）从简到繁、从粗到细、从易到难不断完善,系统研究中的图解方法,过程流图,操作,准备、加工、装配,运输,移动,检查,检验、校核,延期,等待、故障,存储,源和流，库存、保持,用流程表示，并尝试用表格形式表示,10#,电缆加工成一定长度的,62#,跳变器线缆。,仓库运出，通过传送带传送,20m,，到达工作台等待整理，整理后等待传送，传送,5m,到达切割机，加工完后传送,10m,到达后工作台，装上端接片，对法，传送入库,多重活动图,单人工作，单机工作,协调工作,空闲等待,三名宇航员在,60min,内实验图,方块图（有利于初步概念的形成）,报纸成本 缺货损失 十 过期折价出售所得,仿真目标：,确定报童每日应该,买进,的报纸数量。,13,报纸总成本：订购量,每份成本,缺货损失,：（,零售价每份成本）,（日需求量订购量）,折价售得,：,打,折售价,（订购量日需求量）,销售收入：,零售价,日需求量,（订购量日需求量）,订购量,（订购量日需求量）,注：,销售收入中不包括折价销售所得。,利润,=,销售收入 报纸成本 缺货损失 十 过期折价出售所得,14,二、建立仿真模型,建立仿真模型主要完成：,确定每天,买进,报纸的数量，按这个量买进报纸；,根据已知的需求的概率分布，用随机数发生器生成符合该分布的每日的,需求量,，并按当日的随机的需求量卖出报纸；,如剩余报纸则,折价售出,，计算折售所得，如卖空缺货，则计算,缺货损失,，并计算当,日总利润,；,定义适当的系统输出，运行并输出；,对不同的买进量进行仿真对比，确定,最优买进量,。,15,新闻类别,概率,累计概率,好,0.35,0.35,一般,0.4,0.75,差,0.25,1.00,新闻类别,区间,好,0,0.35,一般,(0.35,0.75,差,(0.75,1.00,好,一般,差,0.35,0.75,1.00,累计概率,累计概率图,累计概率,0.25,，,需求量为？,（好）,累计概率,0.85,，,需求量为？,（差）,累计概率,0.425,，,需求量为？,（一般）,新闻类别概率表,16,日需求量概率表,需求量,好,一般,差,40,0.03,0.1,0.44,50,0.05,0.18,0.22,60,0.15,0.4,0.16,70,0.2,0.2,0.12,80,0.35,0.08,0.06,90,0.15,0.04,100,0.07,日需求量累计概率,好,一般,差,0.03,0.1,0.44,0.08,0.28,0.66,0.23,0.68,0.82,0.43,0.88,0.94,0.78,0.96,1,0.93,1,1,若报纸为“好”，,日需求量,随机数为,0.75,，需求量为？,（,80,）,若报纸为“差”，,日需求量,随机数为,0.45,，需求量为？,（,50,）,系统研究的三种类型,系统分析,系统设计,系统假设（系统辩识）,1,、系统分析,1.1,龙舟赛艇系统分析,定性定量相结合的方法,龙舟赛艇系统分析（定性分析）,整体功能：竞赛,速度、方向稳定,组成：结构（相关性）,对整体功能的影响：,艇体子系统 支撑、艇身造型,阻力,运动子系统 浆划水、舵控制方向,动力子系统 运动员 动作协调 有力,自重小,速度,V,要大,F1,动力,就要大,龙舟赛艇系统分析（定量分析）,整体目标,速度,V,获得速度的公式：,Vt=V0+a*T,（,V0=0,）,获得加速度的公式：,a=F/m F=F1,动力,-F2,阻力,数学模型：,Vt=V0+,（,F1,动力,-F2,阻力,）,/m*T,数学结论：,F2,阻力,、,m,就要小,解释,:,加强运动员训练，增强动力,F1,改进赛艇造型减小阻力，选择材料和设计减小艇自重。挑选小体重运动员,1.2,生产系统举例，投入产出关系？,2,系统设计,新系统,2.1,便携照明系统,案例分析,手电筒照明供电部分的设计,明确设计目标（,整体功能,）,：,设计一个携带方便，使用安全，功率大，持续耐久的照明和供电系统。,组成：照明系统（发光部件、导线）,供电系统（电源、开关、导线）,相关性：元器件相互匹配，达到设计要求,运用系统的思想，确定必要的组成部分，合理解决关联关系等,设计方案：,技术设计内容,方案,A,：电路图,方案,B,：电路图,方案,C,：,手柄,齿轮组,发电机,小电珠,用手摇动手柄，通过齿轮组带动一个发电机旋转，转动时将机械能转化为电能，输出电流，使小电珠发光。,系统的设计分析：,实现系统功能、追求效益的最大化及优化,方案,C,不需要干电池，不污染环境。手摇发电机功率大，持续耐久，决定采用方案,C,。,2.2,拍卖系统设计,3,系统辨识,经济学中的理性假设,血液循环系统的发现,系统研究中函数关系式的建立,根据物理定理,三大定律,通过曲线拟合建立,两种含义：统计意义和解析意义,作业：,2.4,第三章系统模拟,系统模拟,对真实系统的模仿（,Imitation,）。,定义：,以计算机为工具，对模型进行实验，了解系统的结构、功能和行为的一种技术，是对系统进行评价、预测和决策的一种工具。,发展简史,1600-1940,物理科学基础上的建模。,20,世纪,40,年代 计算机出现。,20,世纪,50,年代中 仿真用于航空领域。,20,世纪,60,年代 工业操作过程仿真。,20,世纪,70,年代 经济、社会和环境大系统仿真。,20,世纪,70,年代中 随机网络建模，,SLAM,仿真系统。,20,世纪,70,年代中,DSS,20,世纪,80,年代中 集成化建模与仿真环境。,20,世纪,90,年代 可视化建模与仿真，虚拟现实仿真，分布交互仿真。,传统的系统仿真方法学面向工程系统，一般地，具有良好定义和良好结构，具有充分可用的理论知识，可以采用演绎推理的方法建模。具有工程技术的特点。,复杂系统仿真主要面向社会、经济、生态、生物等非工程系统，其难点在于系统的病态定义和病态结构，以及无充分可用的理论和先验知识。其侧重点是解决如何建立系统的形式化模型，建立一种抽象的表示方法以获得对客观世界的自然现象的深刻认识，具有面向科学的特征。,系统模拟的长处,1.,可以在各种条件下进行人工实验。,2.,模型可以反复使用，可以用多种方案进行比较。,3.,获取数据比较方便、经济。,4.,在某些情况下是,唯一的方法,（最后的方法）。,5.,与数学模型互为补充、相互验证。取两者之长，结果更优化、可靠。,系统模拟的不足,1.,有时建模有难度，时间较长，成本较大。,2.,需要重复试验。,得到的是一种特解。最后是一种统计的结果。,3.,（最严重的）这是一门半科学、半艺术的技术，许多方面还要靠经验和技巧。,系统模拟的主要应用领域,1.,工业企业管理系统,2.,物质分配流通系统,3.,交通管理系统,4.,卫生教育系统,5.,资源管理系统,6.,服务系统,7.,军事保安系统,蒙特卡罗,(Monte Carlo),方法,又称随机模拟方法。随机（,stochastic,）采样技术。统计实验方法。,基本思想,:,1.,首先建立一个概率模型或随机过程,使其参数等于问题的解。,2.,通过对模型或过程的实验观察或抽象实验来计算参数的统计特征。,3.,给出解的近似值。解的精确度用标准误差表示。,蒙特卡罗,(Monte Carlo),方法,单变量函数的积分问题。,蒙特卡罗,(Monte Carlo),方法,1.,面积之比正比于点数之比。,2.,当,N ,时,两者相等。,3.,而,P,是点落在曲线下的概率。,蒙特卡罗,(Monte Carlo),方法,随机数的产生：,“,点随机,”,意味着,“,x,，,y,坐标随机,”,。,线形变换,X,:(,a,b),区间上均匀分布；,Y:(0,c),区间上均匀分布。,x=a+(b-a)RAN(x),y=c*RAN(x),连续系统模拟,系统的状态变量在时域中连续变化。,变化速率的问题。（变化率）,微分方程描述。,解析解与数值解。,连续系统模拟,差分方程,将连续时间分隔成适当大小的间隔（步长）,t,。假设在其中变化率不变。,方程形式,几何意义,几点说明,1.,一步一步地推出某一时刻的状态,.,2.,步长越短,精度越高,.,但费时越多,.,3.,分析法不能解,用数值法,.,借助于计算机,.,系统模拟研究的步骤,Steps in a Simulation Study,1.Problem formulation,2.Setting of objectives and overall project plan,3.Model building,4.Data collection,5.Coding,6.Verified?,7.Validated?,8.Experimental design,9.Production runs and analysis,10.More runs?,11.Document program and report results,12.Implementation,系统模拟研究的步骤,Steps in a Simulation Study,Phase 1.Discovery or orientation(1,2).,Phase 2.Model building and data collection(3,4,5,6,7).,Phase 3.Running the model(8,9,10).,Phase 4.Implementation(11,12).,哪一步是关键一步？,简单描述传染病模型,离散系统,单营业员单柜台服务系统,顾客到达（事件、状态、属性）,顾客编号,1,2,3,4,5,6,7,到达时间,3.2,10.9,13.2,14.8,17.7,19.8,21.5,服务时长,3.8,3.5,4.2,3.1,2.4,4.3,2.7,顾客编号,到达时间,服务时长,开始服务时间,离开时间,排队时间,系统内停留时间,1,3.2,3.8,3.2,7,0,3.8,2,10.9,3.5,10.9,14.4,0,3.5,3,13.2,4.2,14.4,18.6,1.2,5.4,4,14.8,3.1,18.6,21.7,3.8,6.9,5,17.7,2.4,21.7,24.1,4,6.4,6,19.8,4.3,24.1,28.4,4.3,8.6,7,21.5,2.7,28.4,31.1,6.9,9.6,计算平均排队时间,系统利用率,平均排队长度,作业,1,查阅相关文献，总结管理领域蒙特卡洛模拟的最新应用进展,系统模拟方法论的一般步骤,1.,问题清晰化、目标明确化,2.,构造模型和数据（值）分析,3.,模拟运行,4.,校验、反馈,第一篇结束,