計(jì)算機(jī)仿真8教學(xué)ppt課件

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1、計(jì)算機(jī)仿真1.簡(jiǎn)介計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)有著巨大的優(yōu)越性，利用它可以求解許多復(fù)雜而無(wú)法用數(shù)學(xué)手段解析求解的問(wèn)題；利用它可以預(yù)演或再現(xiàn)系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)規(guī)律或運(yùn)動(dòng)過(guò)程；利用它可以對(duì)無(wú)法直接進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的系統(tǒng)進(jìn)行仿真試驗(yàn)研究，從而節(jié)省大量的能源和費(fèi)用。1.1仿真技術(shù)的產(chǎn)生與發(fā)展歷史上第一個(gè)仿真軟件是由塞爾弗里奇在1955年開(kāi)發(fā)的。他完成了利用辛普森方法進(jìn)行數(shù)值積分的仿真程序設(shè)計(jì)工作。從那之后，仿真軟件的發(fā)展大致經(jīng)歷了四個(gè)階段：第一階段是從50年代到60年代初期，以Fortran語(yǔ)言為代表的通用程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言階段。1.1仿真技術(shù)的產(chǎn)生與發(fā)展第二階段是60年代到70

2、年代，出現(xiàn)了多種仿真程序包及初級(jí)仿真語(yǔ)言。這個(gè)時(shí)期仿真軟件主要解決的問(wèn)題是利用數(shù)字仿真方法求解常微分方程組。第三階段在70年代到80年代初期，出現(xiàn)了高級(jí)完善的商品化仿真語(yǔ)言。第四階段是80年代中期開(kāi)始的一體化建模與仿真環(huán)境研究1.1仿真技術(shù)的產(chǎn)生與發(fā)展在當(dāng)今市面上，仿真可采用專用軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)。下面列舉了一些仿真軟件：20-Sim、Arena、Automod、Awesim、Easy5、Idef、Intrax、ManufacturingEngineering、Matlab、Modsim、Promodel、ServiceModel、Medmod

3、el、Prosolvia、Quest、Flexsim、SDISupplyChain、ExtendSim以及Witness等。1.2系統(tǒng)、模型與仿真系統(tǒng)仿真的研究對(duì)象是具有獨(dú)立行為規(guī)律的系統(tǒng)。所謂系統(tǒng)是指相互聯(lián)系又相互作用著的對(duì)象的有機(jī)組合。根據(jù)仿真對(duì)象中的信號(hào)流分為連續(xù)系統(tǒng)仿真和離散系統(tǒng)仿真。對(duì)于一個(gè)系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，不論它是大還是小，都必然存在三個(gè)要素，即實(shí)體、屬性和活動(dòng)。系統(tǒng)研究包括系統(tǒng)分析、系統(tǒng)綜合和系統(tǒng)預(yù)測(cè)等方面。1.2系統(tǒng)、模型與仿真系統(tǒng)模型可以定義為：為了達(dá)到系統(tǒng)研究的目的，用于收集和描述系統(tǒng)有關(guān)信息的實(shí)體。模型是對(duì)相應(yīng)的真實(shí)對(duì)象和

4、真實(shí)關(guān)系中那些有用的和令人感興趣的特性的抽象；是對(duì)系統(tǒng)某些本質(zhì)方面的描述；它以各種可用的形式提供被研究系統(tǒng)的信息。1.2系統(tǒng)、模型與仿真模型描述可視為是對(duì)真實(shí)世界中的物體或過(guò)程相關(guān)信息進(jìn)行形式化的結(jié)果。系統(tǒng)模型的結(jié)構(gòu)具有相似性、簡(jiǎn)單性、多面性等性質(zhì)。1.2系統(tǒng)、模型與仿真計(jì)算機(jī)仿真就是采用計(jì)算機(jī)對(duì)數(shù)學(xué)模型進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)。系統(tǒng)、模型與仿真三者之間有著十分密切的關(guān)系，系統(tǒng)是研究對(duì)象，模型是系統(tǒng)特性的描述，仿真則包含建立模型及對(duì)模型進(jìn)行試驗(yàn)兩個(gè)過(guò)程。1.2系統(tǒng)、模型與仿真1.3仿真的作用仿真，一個(gè)理解和改善復(fù)雜系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性的有效方法，具有以下優(yōu)

5、點(diǎn)：捕捉系統(tǒng)關(guān)鍵要素，理解系統(tǒng)運(yùn)作規(guī)律從定性分析到定量改善快速實(shí)驗(yàn)，測(cè)試多種建議想法低成本，無(wú)風(fēng)險(xiǎn)，不需要中斷正常運(yùn)作圖形動(dòng)畫(huà)界面，有效的溝通工具1.3仿真的作用例假如你是生產(chǎn)管理人員或咨詢師，你面對(duì)的問(wèn)題是如何減少以下流程中產(chǎn)品的平均制造周期。投料機(jī)器1出廠搬運(yùn)機(jī)器21.4仿真的一般步驟問(wèn)題的定義；制定目標(biāo)和定義系統(tǒng)效能測(cè)度；通過(guò)合理假設(shè)描述系統(tǒng)；仿真輸入數(shù)據(jù)分析；建立計(jì)算機(jī)模型；仿真模型的驗(yàn)證和確認(rèn)；仿真模型的運(yùn)行；仿真輸出數(shù)據(jù)分析；1.4仿真的一般步驟1.5一個(gè)實(shí)例-報(bào)童問(wèn)題仿真例報(bào)童問(wèn)題一報(bào)童從報(bào)刊發(fā)行中心訂報(bào)后零售，每賣一份報(bào)

6、紙可賺錢(qián)a元，若定報(bào)后賣不出去，則可再退回發(fā)行處，此時(shí)每退一份報(bào)要賠錢(qián)b元。雖然每天賣出報(bào)的份數(shù)是隨機(jī)的，但報(bào)童可根據(jù)以往賣報(bào)情況的統(tǒng)計(jì)來(lái)獲得每天賣k份的概率p(k)，試求報(bào)童每天期望收益達(dá)到最大的訂報(bào)量z0。1.5一個(gè)實(shí)例-報(bào)童問(wèn)題仿真變量定義：Tm--一輪試驗(yàn)的預(yù)定模擬天數(shù)T--一輪試驗(yàn)的仿真天數(shù)累計(jì)數(shù)Z--訂報(bào)量Z0--最優(yōu)訂報(bào)量G--訂報(bào)量之上界S1--損失值之累計(jì)值S--最小損失值輸入Tm,G,SZ=1T=0S1=0，S=0按概率分布產(chǎn)生隨機(jī)售報(bào)量樣本值RZ=RT

7、bS1=S1+(R-Z)×a輸出Z0,SZ=Z+1Z+1S=S1/Tm,Z0=ZYYYY報(bào)童問(wèn)題計(jì)算機(jī)仿真流程圖2隨機(jī)數(shù)和隨機(jī)變量的產(chǎn)生在一個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行中，已知按照一條給定的路徑運(yùn)行有一定的可能性，在對(duì)系統(tǒng)的仿真中需要有一種方法能夠選定這條路徑，從而使仿真器的長(zhǎng)期行為更加接近于真實(shí)系統(tǒng)。由于在多數(shù)情況下這個(gè)決策是不確定的，對(duì)路徑的選擇通常要基于概率關(guān)系。因此，幾乎在所有的仿真模型中都需要有某種裝備用來(lái)產(chǎn)生隨機(jī)數(shù)。2.1真正隨機(jī)數(shù)發(fā)生器用袋裝的小球，進(jìn)行可放回抽樣；微秒級(jí)時(shí)鐘上的低階數(shù)字；一個(gè)隨機(jī)電子噪聲源的周期性量化輸出值。這些方法都可

8、以產(chǎn)生真正的隨機(jī)數(shù)。但它們有一個(gè)共同的缺點(diǎn)，就是應(yīng)用在仿真研究中時(shí)，用這些方法產(chǎn)生的隨機(jī)數(shù)序列通常不能復(fù)現(xiàn)。而在很多情況下，系統(tǒng)決策需要進(jìn)行多次仿真比較才能確定，因此重現(xiàn)性是非常必要的。運(yùn)用某種算法產(chǎn)生隨機(jī)