第2章系統(tǒng)建模與仿真的基本原理2.1離散事件系統(tǒng)及其模型分類2.2離散事件系統(tǒng)建模的基本元素2.3離散事件系統(tǒng)仿真程序的基本結(jié)構(gòu)2.4建立系統(tǒng)模型的常用方法

2.4.1分析與綜合

2.4.2抽象與概括

2.4.3歸納與總結(jié)

2.4.4演繹與推理

2.4.5比較與類比

2.4.6概率統(tǒng)計法2.1離散事件系統(tǒng)及其模型分類

系統(tǒng)分類連續(xù)系統(tǒng)（continuossystem）離散事件動態(tài)系統(tǒng)（DEDS）確定性系統(tǒng)（deterministicsystem

）隨機系統(tǒng)（stochasticsystem）靜態(tài)系統(tǒng)（staticsystem）

動態(tài)系統(tǒng)（dynamicsystem）

按系統(tǒng)狀態(tài)的變化與時間的關(guān)系按有無隨機過程按系統(tǒng)狀態(tài)是否變化2.1離散事件系統(tǒng)及其模型分類離散事件系統(tǒng)（1）離散事件系統(tǒng)內(nèi)部的狀態(tài)變化是隨機的，同一內(nèi)部狀態(tài)可以向多種狀態(tài)轉(zhuǎn)變，很難用函數(shù)來描述系統(tǒng)內(nèi)部狀態(tài)的變化，只能靠統(tǒng)計分析來掌握系統(tǒng)內(nèi)部狀態(tài)變化的規(guī)律。（2）離散事件系統(tǒng)的內(nèi)部狀態(tài)只在離散的隨機時間點上發(fā)生變化，且狀態(tài)在一段時間內(nèi)保持不變。（3）離散事件系統(tǒng)是指系統(tǒng)的狀態(tài)僅在離散的時間點上發(fā)生變化的系統(tǒng)，而且這些離散時間點一般是不確定的。第2章系統(tǒng)建模與仿真的基本原理2.1離散事件系統(tǒng)及其模型分類2.2離散事件系統(tǒng)建模的基本元素2.3離散事件系統(tǒng)仿真程序的基本結(jié)構(gòu)2.4建立系統(tǒng)模型的常用方法

2.4.1分析與綜合

2.4.2抽象與概括

2.4.3歸納與總結(jié)

2.4.4演繹與推理

2.4.5比較與類比

2.4.6概率統(tǒng)計法2.2離散事件系統(tǒng)建模的基本元素

離散事件系統(tǒng)建模與仿真中的基本元素包括：1．實體（entity）（1）定義

系統(tǒng)內(nèi)的對象,構(gòu)成系統(tǒng)模型的基本要素。（2）分類

臨時實體先進入系統(tǒng)并經(jīng)過相應(yīng)的環(huán)節(jié)后再離開系統(tǒng)，且在系統(tǒng)中的數(shù)量經(jīng)常變化的實體，又稱為主動實體、活動實體。

永久實體經(jīng)常處于系統(tǒng)之內(nèi)，其數(shù)量保持穩(wěn)定的實體，又稱為被動實體。

2.2離散事件系統(tǒng)建模的基本元素1．實體（entity）系統(tǒng)的工作過程實質(zhì)上就是臨時實體流動和接受加工、處理的過程。如：排隊的顧客，待加工的工件等永久實體只要系統(tǒng)處于活動狀態(tài)，它就一定存在。如：商店的營業(yè)員，加工設(shè)備等臨時實體按一定規(guī)律不斷到達，在永久實體作用下通過系統(tǒng)，最后離開系統(tǒng)。系統(tǒng)狀態(tài)的變化主要是由實體的狀態(tài)變化而產(chǎn)生的。2.2離散事件系統(tǒng)建模的基本元素2．屬性（attribute）屬性(Attribute)是實體特征的描述，是實體所擁有的全部特征的一個子集，用特征參數(shù)變量表示。在仿真建模中，只需要使用與研究目的相關(guān)的一部分就可以了。2.2離散事件系統(tǒng)建模的基本元素3．狀態(tài)（state）狀態(tài)(State)是指在某時間點上對系統(tǒng)的所有實體屬性和活動的描述。當一個系統(tǒng)的所有實體處于狀態(tài)協(xié)調(diào)并定義狀態(tài)的屬性時，則認為系統(tǒng)處于特定狀態(tài)。如：在隨機服務(wù)系統(tǒng)模型中，“顧客”有“等待服務(wù)”和“接受服務(wù)”等狀態(tài)，“服務(wù)員”有“忙”和“閑”等狀態(tài)?；顒涌偸桥c一個或幾個實體的狀態(tài)相對應(yīng)，狀態(tài)可作為動態(tài)屬性進行描述。2.2離散事件系統(tǒng)建模的基本元素4．事件（event）：（1）定義

引起系統(tǒng)狀態(tài)變化的行為和起因，是系統(tǒng)狀態(tài)變化的驅(qū)動力。離散事件系統(tǒng)可以看做是由事件驅(qū)動的，它是在某一時間點的瞬間行為，如：待加工工件、顧客等的“到達”或“離開”等。事件不僅用來協(xié)調(diào)兩個實體之間的同步活動，還用于各實體之間的信息傳遞。2.2離散事件系統(tǒng)建模的基本元素4．事件（event）：（2）分類時間事件和狀態(tài)事件時間事件：依照系統(tǒng)的作業(yè)規(guī)則在預(yù)訂時間發(fā)生的事件。狀態(tài)事件：當系統(tǒng)狀態(tài)符合某種條件下發(fā)生的事件。基本事件和二次事件基本事件：其發(fā)生可以事先加以預(yù)測的事件。二次事件：發(fā)生與否則取決于其他事件。如：顧客到達和接受服務(wù)2.2離散事件系系統(tǒng)建模的的基本元素素5．活動（activity）活動(Active)是實體在在兩個事事件之間間保持某某一狀態(tài)態(tài)的持續(xù)續(xù)過程。如：顧客接接受服務(wù)務(wù)的過程程，工件件被加工工的過程程活動因某某一事件件的發(fā)生生而開始始，因下下一事件件的發(fā)生生而結(jié)束束，因此它它標志著著實體狀狀態(tài)遷移移的一個個片段。。如：在“顧顧客到達達”與““服務(wù)開開始”兩兩個事件件之間存存在一個“排隊隊等候””活動；；“服務(wù)務(wù)開始””與“服服務(wù)結(jié)束束”之間間存在“顧客接接受服務(wù)務(wù)”活動動。2.2離散事件件系統(tǒng)建建模的基基本元素素6．進程（process）進程(Process)是由與某某類實體體相關(guān)的的事件和和若干活活動組成成的，它描述了了這些事事件和活活動間的的相互邏邏輯關(guān)系系和時序序關(guān)系。。如：“顧顧客到達達系統(tǒng)—排隊—開始接受受服務(wù)—服務(wù)結(jié)束束”的過程就構(gòu)構(gòu)成了一一個進程程。進程是事事件與活活動的組組合，它它可以更更加完整整地描述述實體狀狀態(tài)的遷移移過程。。理發(fā)店例例子中進進程的含含義2.2離散事件件系統(tǒng)建建模的基基本元素素7．仿真時鐘鐘（simulationclock）：用于顯示示仿真時時間的變變化，是仿仿真模型型運行時時序的控控制機構(gòu)構(gòu)?。?！仿真時鐘鐘是指所所模擬的的實際系系統(tǒng)運行行所需的的時間，，而不是指指計算機機執(zhí)行仿仿真程序序所需的的時間。。常用的仿真時時鐘的推進機機制：仿真時鐘可以以按固定的長長度向前推進進，也可以按按變化的節(jié)拍拍向前推進，將將仿真時鐘變變化的機制稱稱為仿真時鐘的推推進機制（timeadvancemechanism）①固定步長時間間推進機制（fixed-incrementtimeadvancemechanism）②下次事件時間間推進機制（nexteventtimeadvancemechanism）③混合時間推進進機制（mixedtimeadvancemechanism）2022/12/29142.2離散事事件系系統(tǒng)建建模的的基本本元素素8.規(guī)則（（rule）：用于描描述實實體之之間的的邏輯輯關(guān)系系和系系統(tǒng)運運行策略的的邏輯輯語句句和約約定常用的的規(guī)則則：①先進先先出（（FirstInFirstOut，F(xiàn)IFO）②后進先先出（（LastInFirstOut，LIFO）③加工或或服務(wù)務(wù)時間間最短短（shortesttime）④按優(yōu)先先級（（highestpriority）⑤隨機（（random）選擇擇2022/12/29152.2離散散事事件件系系統(tǒng)統(tǒng)建建模模的的基基本本元元素素系統(tǒng)實體屬性活動系統(tǒng)狀態(tài)事件工業(yè)生產(chǎn)機器、零件生產(chǎn)能力、故障加工要求加工時間、故障時間機器忙、機器閑加工開始、加工結(jié)束通信信號、信道信號長度、傳輸終端傳輸信道發(fā)送忙、信道發(fā)送閑信號開始傳輸、信號傳輸結(jié)束倉儲倉庫、物品庫房容量進貨庫存水平、欠付需求需求交通道路、交叉口車輛信號機車道數(shù)、車型、車速周期運動時間、信號時間系統(tǒng)總車數(shù)、紅綠燈車輛到達、綠燈開始離散散系系統(tǒng)統(tǒng)實實例例2022/12/2916第2章系統(tǒng)統(tǒng)建模與與仿真的的基本原原理2.1離散事件件系統(tǒng)及及其模型型分類2.2離散事件件系統(tǒng)建建模的基基本元素素2.3離散事件件系統(tǒng)仿仿真程序序的基本本結(jié)構(gòu)2.4建立系統(tǒng)統(tǒng)模型的的常用方方法2.4.1分析與綜綜合2.4.2抽象與概概括2.4.3歸納與總總結(jié)2.4.4演繹與推推理2.4.5比較與類類比2.4.6概率統(tǒng)計計法2022/12/29172.3離散事件件系統(tǒng)仿仿真程序序的基本本結(jié)構(gòu)2022/12/29182.3離散事件系系統(tǒng)仿真程程序的基本本結(jié)構(gòu)離散事件仿仿真程序中中的子程序序：1．變量、實體體屬性和系系統(tǒng)狀態(tài)：：用來記錄系系統(tǒng)在不同同時刻所處的工作狀狀況。2．初始化子程程序：在仿真模型型開始運行行前完成模模型的初始始化工作，產(chǎn)生生必要的初初試參數(shù)。。3．仿真時鐘：：用于記錄仿仿真模型的的運行時間間，可作為為評價系統(tǒng)性能的依依據(jù)，也可可作為仿真真調(diào)度和仿仿真程序是否結(jié)束的的依據(jù)。4．事件列表：：按事件按發(fā)發(fā)生的先后后順序建立立的數(shù)據(jù)列列表，是仿真模型運運行和仿真真時鐘推進進的依據(jù)。。2022/12/29192.3離散事件系統(tǒng)統(tǒng)仿真程序的的基本結(jié)構(gòu)5．定時子程序：根據(jù)事件表表確定下一個個將發(fā)生的事事件，并將仿真時鐘推進進到下次事件件發(fā)生的時刻刻。6．事件子程序：：根據(jù)實際系統(tǒng)統(tǒng)抽象出的事事件程序。7．仿真數(shù)據(jù)處理理與分析子程程序：用于計算、顯顯示、分析和和打印仿真結(jié)果，，并為系統(tǒng)的優(yōu)優(yōu)化和改進提提供依據(jù)。2022/12/2920第2章系統(tǒng)建模模與仿真的基基本原理2.1離散事件系統(tǒng)統(tǒng)及其模型分分類2.2離散事件系統(tǒng)統(tǒng)建模的基本本元素2.3離散事件系統(tǒng)統(tǒng)仿真程序的的基本結(jié)構(gòu)2.4建立系統(tǒng)模型型的常用方法法2.4.1分析與綜合2.4.2抽象與概括2.4.3歸納與總結(jié)結(jié)2.4.4演繹與推理理2.4.5比較與類比比2.4.6概率統(tǒng)計法法2022/12/29212.4建立立系系統(tǒng)統(tǒng)模模型型的的常常用用方方法法系統(tǒng)統(tǒng)建建模模要要求求建建模模者者具具備備以以下下能能力力：建立立系系統(tǒng)統(tǒng)模模型型是是復(fù)復(fù)雜雜的的思思維維過過程程，，它它要要求求建建模模者者具具備備扎扎實實的的專業(yè)業(yè)知知識識，，了了解解研研究究對對象象的的結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)、、參參數(shù)數(shù)、、運運行行和和性性能能特特征征，，還要要求求建建模模者者掌掌握握系系統(tǒng)統(tǒng)建建模模的的基基本本方方法法，，熟熟練練應(yīng)應(yīng)用用相相關(guān)關(guān)的的數(shù)數(shù)學(xué)工工具具和和方方法法。。①對研研究究對對象象的的分分析析和和綜綜合合能能力力；；②抽抽象象和和概概括括能能力力；；③洞洞察察和和想想象象能能力力；；④運運用用數(shù)數(shù)學(xué)學(xué)工工具具分分析析問問題題的的能能力力；；⑤設(shè)設(shè)計計試試驗驗驗驗證證數(shù)數(shù)學(xué)學(xué)模模型型的的能能力力。。2022/12/29222.4建立系統(tǒng)統(tǒng)模型的的常用方方法2.4.1分析與綜綜合（analysisandsynthesis）分析是研研究系統(tǒng)統(tǒng)的基礎(chǔ)礎(chǔ)，也是是認識事事物的必必經(jīng)階段段。分析（analysis）是指將被研究對對象的整整體分解解為不同同部分、方面、要素、層次和功能模塊塊，并且分分別加以以考察研研究的思思維方法，即“化整為零零”的思維過過程。分析的任任務(wù)包括括：①分析構(gòu)成成系統(tǒng)的的要素、、結(jié)構(gòu)及及其屬性性；②通過對系系統(tǒng)運行行過程的的分析，，確定系系統(tǒng)要素素之間的的關(guān)系。。2022/12/29232.4建立系統(tǒng)統(tǒng)模型的的常用方方法綜合（synthesis）是將已有有的關(guān)于于研究對對象的各各個部分分、方面、要素素、層次次和功能能模塊的的認識聯(lián)聯(lián)結(jié)起來來，以便便構(gòu)成一一個整體的思思維方法法，即“積零為整整”的思維過過程。綜合不是是系統(tǒng)要要素、結(jié)結(jié)構(gòu)的簡簡單累加加，而要要在分析析的基礎(chǔ)礎(chǔ)上區(qū)分主次次、去粗粗取精，，以便從從整體上上把握系系統(tǒng)的本本質(zhì)特征征和運行規(guī)律律，以便便正確地地認識系系統(tǒng)。分析與綜綜合是揭揭示系統(tǒng)統(tǒng)規(guī)律的的基本方方法之一一。分析是綜綜合的基礎(chǔ)，但但是分析析著眼于于系統(tǒng)局局部，分分析得到到的結(jié)果果是關(guān)于于系統(tǒng)各部分分的信息息，而不不是關(guān)于于系統(tǒng)整整體的認認識。若若只分析析而忽視綜合合，就會會導(dǎo)致片片面性。。2022/12/29242.4建立系統(tǒng)統(tǒng)模型的的常用方方法分析的目目的是為為了綜合合，分析結(jié)果果是綜合合的出發(fā)發(fā)點。實際上，，認識系統(tǒng)統(tǒng)的過程程就是沿沿著“分析-綜合-再分析-再綜合…”不斷深深化的的過程程。系統(tǒng)建建模時時，應(yīng)先分分析后后綜合合，將者有有機地地結(jié)合合起來來。2022/12/29252.4建立系系統(tǒng)模模型的的常用用方法法分析與與綜合合案例例——元素周周期表表2022/12/29262.4建立系統(tǒng)模模型的常用用方法2022/12/29272.4建立立系系統(tǒng)統(tǒng)模模型型的的常常用用方方法法2.4.2抽象象與與概概括括（abstractionandgeneralization）抽象象（（abstraction）是指指從某某種種角角度度抽抽取取要要研研究究系系統(tǒng)統(tǒng)的的本本質(zhì)屬屬性性的的思思維維方方法法。在數(shù)數(shù)學(xué)學(xué)中中，，抽抽象象是是指指從研研究究對對象象或或問問題題中中抽抽取取出出數(shù)數(shù)量量關(guān)關(guān)系系或或空間間形形式式而而舍舍棄棄其其他他屬屬性性對對其其進進行行考考察察的的方方法法。數(shù)學(xué)學(xué)中中的的概念念、、關(guān)關(guān)系系、、定定理理、、方方法法、、符符號號等都都是是數(shù)數(shù)學(xué)學(xué)抽抽象象的的結(jié)果果。。采用用系系統(tǒng)統(tǒng)建建模模與與仿仿真真技技術(shù)術(shù)研研究究系系統(tǒng)統(tǒng)時時，，需需要要建建立立系系統(tǒng)統(tǒng)的的數(shù)數(shù)學(xué)學(xué)模型型。。因因此此，，抽抽象象思思維維是是數(shù)數(shù)學(xué)學(xué)建建模模的的基基礎(chǔ)礎(chǔ)之之一一。。2022/12/29282.4建立系系統(tǒng)模模型的的常用用方法法概括（（generalization）是把抽抽象出出來的的若干干事物物的共共同屬屬性歸結(jié)結(jié)出來來進行行考察察的思思維方方法。。概括以以抽象象為基基礎(chǔ)，，它是是抽象象的發(fā)發(fā)展。。抽象象度越越高，，則概概括性越強強。高度的的概括括使得得對事事物的的理解解更具具有一一般性性，所所獲得得的理理論或方法法也就就更具具有普普遍的的指導(dǎo)導(dǎo)性。。抽象思思維側(cè)側(cè)重于于分析析、提提煉，，概括括思維維則側(cè)側(cè)重于于歸納納、綜綜合。。2022/12/29292.4建立立系系統(tǒng)統(tǒng)模模型型的的常常用用方方法法抽象象與與概概括括案案例例———哥尼尼斯斯堡堡七七橋橋問問題題2022/12/29302.4建立立系系統(tǒng)統(tǒng)模模型型的的常常用用方方法法2.4.3歸納納與與總總結(jié)結(jié)（inductionandsummingup）歸納納是指指從從個個別別的的事事物物、、現(xiàn)現(xiàn)象象出出發(fā)發(fā)，，通通過過感感官官觀觀察察、、經(jīng)經(jīng)驗驗推推理或或數(shù)數(shù)學(xué)學(xué)推推導(dǎo)導(dǎo)等等，，得得出出關(guān)關(guān)于于此此類類事事物物或或現(xiàn)現(xiàn)象象的的具具有有普普遍遍性性結(jié)結(jié)論的的過過程程。。歸納納的的前前提提是單單個個事事實實或或特特殊殊的的情情況況，，它它建建立立在在觀觀察察、、經(jīng)經(jīng)驗驗或?qū)嶒灥牡幕A(chǔ)上上。歸納的意意義在于于：在一一定條件件下，將將得出的的結(jié)論應(yīng)應(yīng)用于不不同的應(yīng)用對對象，或或避免犯犯類似的的錯誤。。2022/12/29312.4建立系系統(tǒng)模模型的的常用用方法法歸納與與總結(jié)結(jié)案例——哥德巴巴赫猜猜想1742年，德德國數(shù)數(shù)學(xué)家家哥德德巴赫赫（ChristianGoldbach，1690-1764）研究究發(fā)現(xiàn)現(xiàn)：奇數(shù)都都可以以由三三個素素數(shù)相相加，如77＝53＋17＋7，461＝449＋7＋5＝257＋199＋5等。于于是，，他歸歸納出出一個個規(guī)律律：所有大大于5的奇數(shù)數(shù)都可可以分分解為為三個個素數(shù)數(shù)之和和。他寫信信給數(shù)數(shù)學(xué)家家歐拉拉，提提出上上述猜猜想。。歐拉肯肯定了了他的的想法法，并并補充充提出出：4以后每每個偶偶數(shù)都都可以以分解解為兩兩個素素數(shù)之之和。后來來，人人們將將這兩兩個命命題合合稱為為哥德德巴赫赫猜想想。2022/12/29322.4建立系系統(tǒng)模模型的的常用用方法法歸納與與總結(jié)結(jié)案例——開普勒勒定律律自1601年起，，德國天天文學(xué)學(xué)家開開普勒勒（JohannesKepler，1571-1630）采用用數(shù)學(xué)學(xué)方法法研究究行星運運動，于1609年歸納納出開開普勒勒第一一定律律和開開普勒勒第二二定律律。開普勒勒第一一定律律可表表述為為“各行星星分別別在大大小不不同的的橢圓圓軌道道上繞繞太陽陽運行行，太太陽位位于這這些橢橢圓的的一個個焦點點上”；開普勒勒第二二定律律可表表述為為“對同一一顆行行星而而言，，太陽陽和行行星之之間的的連線線在相相等的的時間間內(nèi)掃掃過相相等的的面積積”。2022/12/29332.4建立系系統(tǒng)模模型的的常用用方法法歸納與與總結(jié)結(jié)案例——開普勒勒定律律為進一一步尋尋求行行星運運動周周期與與橢圓圓軌道道尺寸寸之間間的關(guān)關(guān)系，，開普普勒又又經(jīng)過九年的反復(fù)復(fù)計算算和假假設(shè)，，于1618年發(fā)現(xiàn)現(xiàn)了隱隱藏在在大量量觀測測數(shù)據(jù)據(jù)后面面的規(guī)規(guī)律，，歸納納出“行星繞太太陽運行行周期（（T）的平方方與它們們到它們們到太陽陽的平均均距離（（橢圓軌軌道長軸軸半徑a）的立方成成正比”的結(jié)論，，此即開普勒第第三定律律。2022/12/29342.4建立系統(tǒng)統(tǒng)模型的的常用方方法歸納與總總結(jié)案例——開普勒定定律1619年，開普普勒在《宇宙的和和諧》一書中介介紹了第第三定律律。他在在書中寫寫道：“認識到這這一真理理，超出出了我最最美好的的期望”。開普勒的的三大定定律是天天文學(xué)的的又一次次革命，，它徹底底摧毀了了托勒密復(fù)復(fù)雜的本本輪宇宙宙體系，完善并并簡化了了哥白尼的的日心宇宇宙體系系，對后人確確認太陽陽系結(jié)構(gòu)構(gòu)提供了了理論依依據(jù)，并為牛頓發(fā)現(xiàn)現(xiàn)萬有引引力定律律奠定了基基礎(chǔ)。2022/12/29352.4建立系統(tǒng)統(tǒng)模型的的常用方方法2.4.4演繹與推推理（deductionandreasoning）演繹（deduction）是由普遍性性前提推推導(dǎo)出特特殊性結(jié)結(jié)論的思思維方法，，是由一一般到特特殊的推推理過程程。演繹推理理是嚴格格的邏輯輯推理，，一般表表現(xiàn)為大前提、小前提、結(jié)論的三段論論模式，，即從兩兩個反映映客觀世世界對象象聯(lián)系和和關(guān)系的判斷斷中得出出新的判判斷的推推理形式式。演繹推理理（deductivereasoning）的基本要要求是：：①大、小前前提的判判斷必須須真實；②推理過程程必須符符合正確確的邏輯輯形式和和規(guī)則。2022/12/29362.4建立系統(tǒng)模模型的常用用方法當推理形式式和推理邏邏輯正確時時，在真實實的前提下下由演繹方方法一定能得出出正確的結(jié)結(jié)論，不會會出現(xiàn)前提提真而結(jié)論論假的情況況。英國科學(xué)家家牛頓（IsaacNewton，1642-1727）以微積分分方法為工具，，應(yīng)用演繹繹推理方法法，在開普普勒三定律律和牛頓第第二定律的基基礎(chǔ)上，推推導(dǎo)出萬有引力定定律，從而定量量地解釋了許多自然然現(xiàn)象。由由于該演繹繹推理的前前提正確、、推理邏輯輯無誤，萬有有引力被大大量的實驗驗數(shù)據(jù)所證證實。愛因斯坦曾說過：“理論研究者者的工作可可分成兩步步，首先是是發(fā)現(xiàn)公理，，其次是從從公理推出出結(jié)論”。愛因斯坦還曾指出：：“科學(xué)發(fā)展早早期所采用用的方法以以歸納為主，隨著科科學(xué)的發(fā)展展而讓逐步步位于探索索性的演繹繹法。”2022/12/29372.4