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《計算機仿真技術(shù)緒論》由會員上傳分享，免費在線閱讀，更多相關內(nèi)容在行業(yè)資料-天天文庫。
1、高等學校規(guī)劃教材計算機仿真技術(shù)吳旭光楊惠珍王新民編著化學工業(yè)出版社第一章緒論這一章將介紹計算機仿真的基本概念、它所包括的內(nèi)容以及發(fā)展狀況，即我們將從橫向和縱向來闡述計算機系統(tǒng)仿真的內(nèi)涵。所有這些內(nèi)容將為學習計算機仿真技術(shù)和以后更進一步的研究建立一個基礎。1.1系統(tǒng)仿真的基本概念一、系統(tǒng)與模型一個系統(tǒng)可能非常復雜，也可能很簡單，因此很難給“系統(tǒng)”下一個確切的定義。因為這個定義不但能夠足以概括系統(tǒng)的各種應用，而且又能夠簡明地把這個定義應用于實際。但無論什么系統(tǒng)一般均具有4個重要的性質(zhì)，即整體性、相關性、有序性和動態(tài)性。系統(tǒng)就是一些
2、具有特定功能的、相互間以一定規(guī)律聯(lián)系著的物體所組成的一個總體。顯然，系統(tǒng)是一個廣泛的概念，毫無疑問它在現(xiàn)代科學研究和工程實踐中扮演著重要的角色。不同領域的問題均可以用系統(tǒng)的框架來解決。但究竟一個系統(tǒng)是由什么構(gòu)成的，這取決于觀測者的觀點。例如，這個系統(tǒng)可以是一個由一些電子部件組成的放大器；或者是一個可能包括該放大器在內(nèi)的控制回路；或者是一個有許多這樣回路的化學處理裝置；或者是一些裝置組成的一個工廠；或者是一些工廠的聯(lián)合作業(yè)形成的系統(tǒng)，而世界經(jīng)濟就是這個系統(tǒng)的環(huán)境。1.1系統(tǒng)仿真的基本概念首先，必須明確系統(tǒng)的整體性。也就是說，它作
3、為一個整體，各部分是不可分割的。就好像人體，它由頭、身軀、四肢等多個部分組成，如果把這些部分拆開，就不能構(gòu)成完整的人體。至于人們熟悉的自動控制系統(tǒng)，其基本組成部分(控制對象、測量元件、控制器等)同樣缺一不可。整體性是系統(tǒng)的第一特性。其次，要明確系統(tǒng)的相關性。相關性是指系統(tǒng)內(nèi)部各部分之間相互以一定的規(guī)律聯(lián)系著，它們之間的特定關系形成了具有特定性能的系統(tǒng)。有時系統(tǒng)各要素之間的關系并不是簡單的線性關系，而呈現(xiàn)出復雜的非線性關系。也正是由于這種非線性，才構(gòu)成了我們這個多彩的世界。對于復雜的非線性關系，必須研究其復雜性與整體性。再以人體
4、為例，人的雙眼視敏度是單眼視敏度的6～10倍。此外，雙眼有立體感，而單眼卻無此特點。這就是一種典型的非線性特征，因此相關性是系統(tǒng)的第二特性，也是目前系統(tǒng)研究的主要問題。1.1系統(tǒng)仿真的基本概念除整體性和相關性外，系統(tǒng)還具有有序性和動態(tài)性。比如，生命是一種高度有序的結(jié)構(gòu)，它所具有的復雜功能組織，與現(xiàn)代化大工業(yè)生產(chǎn)的“裝配線”非常相似，這是一種結(jié)構(gòu)上的有序性，對任何系統(tǒng)都是適用的。又如圖1.1.1所示，一個非平衡系統(tǒng)如果經(jīng)過分支點A、B到達C，那么對C態(tài)的解釋就必須暗含著對A態(tài)和B態(tài)的了解。這就是系統(tǒng)的動態(tài)性。圖1.1.1系統(tǒng)的動
5、態(tài)性1.1系統(tǒng)仿真的基本概念建立系統(tǒng)概念的目的在于深入認識并掌握系統(tǒng)的運動規(guī)律。因此不僅要定性地了解系統(tǒng)，還要定量地分析、綜合系統(tǒng)，以便能更準確地解決工程、自然界和現(xiàn)代社會中的種種復雜問題。定量地分析、綜合系統(tǒng)最有效的方法是建立系統(tǒng)的模型，并使用高效的數(shù)值計算工具和算法對系統(tǒng)的模型進行解算。采用模型法分析系統(tǒng)的第一步是建立系統(tǒng)的數(shù)學模型，所謂數(shù)學模型就是把關于系統(tǒng)的本質(zhì)部分信息，抽象成有用的描述形式，因此抽象是數(shù)學建模的基礎。數(shù)學在建模中扮演著十分重要的角色，馬克思說過：“一種科學只有在成功地運用數(shù)學時，才算達到完善的地步?！?/p>
6、例如集合的概念是建立在抽象的基礎上的，共同的基礎使集合論對于建模過程非常有用。這樣，數(shù)學模型可以看成是由一個集合構(gòu)造的。1.1系統(tǒng)仿真的基本概念數(shù)學模型的應用無論是在純科學領域還是在實際工程領域中都有著廣泛的應用，但通常認為一個數(shù)學模型有兩個主要的用途：首先，數(shù)學模型可以幫助人們不斷地加深對實際物理系統(tǒng)的認識，并且啟發(fā)人們?nèi)ミM行可以獲得滿意結(jié)果的實驗；其次，數(shù)學模型有助于提高人們對實際系統(tǒng)的決策和干預能力。數(shù)學模型按建立方法的不同可分為機理模型，統(tǒng)計模型和混合模型。機理模型采用演繹方法，運用已知定律，用推理方法建立數(shù)學模型；統(tǒng)
7、計模型采用歸納法，它根據(jù)大量實測或觀察的數(shù)據(jù)，用統(tǒng)計的規(guī)律估計系統(tǒng)的模型；混合模型是理論上的邏輯推理和實驗觀測數(shù)據(jù)的統(tǒng)計分析相結(jié)合的模型。按所描述的系統(tǒng)運動特性和運用的數(shù)學工具特征，數(shù)學模型可分類為線性、非線性、時變、定常、連續(xù)、離散、集中參數(shù)、分布參數(shù)、確定、隨機等系統(tǒng)模型。1.1系統(tǒng)仿真的基本概念二、仿真隨著科學技術(shù)的進步，尤其是信息技術(shù)和計算機技術(shù)的發(fā)展，“仿真”的概念不斷得以發(fā)展和完善，因此給予仿真一個清晰和明了的定義是非常困難的。但一個通俗的系統(tǒng)仿真基本含義是指：設計一個實際系統(tǒng)的模型，對它進行實驗，以便理解和評價系
8、統(tǒng)的各種運行策略。而這里的模型是一個廣義的模型，包含數(shù)學模型、非數(shù)學模型、物理模型等等。顯見，根據(jù)模型的不同，有不同方式的仿真。從仿真實現(xiàn)的角度來看，模型特性可以分為連續(xù)系統(tǒng)和離散事件系統(tǒng)兩大類。由于這兩類系統(tǒng)的運動規(guī)律差異很大，描述其運動規(guī)律的模型也有很大的不同，因此相應的
