蒙特卡洛仿真.ppt

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1、第4章系统仿真方法SystemSimulationMethod本章问题什么是系统仿真？------概念!为什么要系统仿真？------作用!如何进行系统仿真？------方法!系统仿真的概念什么是系统仿真？为什么要系统仿真？系统仿真（亦称系统模拟）是指通过建立和运行系统的数学模型，来模仿实际系统的运行状态及其随时间变化的规律，以实现在计算机上进行试验的全过程。什么是系统仿真？为什么要系统仿真？由于安全、经济、技术、时间等原因，对实际系统进行真实的物理试验很困难或者跟踪记录试验数据难以实现时，仿真技术就成为必不可少的工具。在我国，目前仿

2、真技术已经渗透到国民经济建设的各个领域，包括社会经济、交通运输、生态环境、军事装备、企业管理等，还有最近兴起的网络仿真技术等。系统仿真的应用领域管理系统仿真公共管理的对象通常是社会、经济、军事等复杂系统，一般都不能通过真实的实验来进行分析、研究。因此，系统模拟技术就成为十分重要甚至必不可少的工具。本讲在介绍管理系统模拟的概念以及一般原理、方法和步骤的基础上，主要介绍四种基本的模拟方法及其模型，即蒙特卡洛模拟方法、排队模型、系统动力学模拟、多AGENT系统模拟。通过蒙特卡洛模拟可以具体了解管理系统模拟的基本原理及方法，排队模型与多AGE

3、NT系统体现了离散事件系统模拟的特点与规律，而系统动力学模拟则是一种可以广泛应用于公共管理决策及政策分析的连续系统模拟方法。系统仿真的特点系统仿真模型是面向实际过程和系统性问题的。系统仿真技术是一种实验手段，可以在短时间内通过计算机获得对系统运行规律以及未来特性的认识。系统仿真研究由多次独立的重复模拟过程所组成，需要进行多次实验的统计推断，并对系统的性能和变化规律作多因素的综合评价。系统仿真只能得到问题的一个特解或可行解，而不能得到问题的通解或最优解。(1)．问题的描述、定义和分析；(2)．建立仿真模型；(3)．数据采集和筛选；(4)

4、．仿真模型的确认；(5)．仿真模型的编程实现与验证；(6)．仿真试验设计；(7)．仿真模型的运行；(8)．仿真结果的输出、记录；(9)．分析数据，得出结论。系统仿真的步骤：系统仿真的分类连续系统仿真(ContinuousSystemSimulation)系统状态变量随时间连续变化，通常用常微分方程、偏微分方程或差分方程描述的系统称为连续系统，该类系统仿真称为连续系统仿真。热电、化工、航天航空中许多系统都属于连续系统，社会经济系统也是一种连续系统。离散事件系统仿真(DiscreteeventSystemSimulation)系统状态变量

5、随时间呈间断性变化，即系统状态仅在可数的或有限的时间点上发生变化。或者指系统状态只是在一些时间点上由于某些随机事件的驱动儿发生变化的这一类系统。对于这一类系统仿真称之为离散事件系统仿真。在某次额系统中既包含了离散事件仿真，又有连续系统仿真，那么称之为复合系统仿真。加工车间作业调度、多出纳台的银行系统、计算机分时系统则是典型的离散事件系统。MonteCarlo方法亦称统计模拟(statisticalsimulation)方法，有时也称着随机抽样(RandomSampling)技术或统计实验(StatisticalTesting)方法。属

6、于试验数学的一个分支，起源于早期的用几率近似概率的数学思想，它利用随机数学进行统计试验，以求得的统计特征值（如均值、概率等）作为待解问题的数值解(利用随机数进行数值模拟的方法)。这一方法源于美国在第二次世界大战中研制原子弹的“曼哈顿计划”，该计划的主持人之一数学家冯.诺依曼把他和乌拉姆所从事的与研制原子弹有关的秘密工作—对裂变物质的种子随机扩散进行直接模拟，并以摩纳哥国的世界闻名赌城蒙特卡罗作为秘密代号来称呼。蒙特卡罗(MonteCarlo)仿真方法蒙特卡罗是摩纳哥公国(ThePrincipalityofMonaco)的第一大城市，甚

7、至超过了首都摩纳哥，与中国澳门、美国拉斯维加斯并称世界三大赌城。MonteCarlo模拟方法的基本思想为了求解数学、物理、工程技术以及生产管理等方面的问题，首先建立一个概率模型或随机过程，使其某个参数等于问题的解；然后通过对模型或过程的观察或抽样试验来计算所求随机参数的统计特征，最后给出所求解的近似值，解的精确度可用估计值的标准误差来表示。上述思想可以总结为三步：构造或描述概率过程；在概率过程中随机抽样；建立各种估计量并给出近似解。MonteCarlo方法的基本思想很早以前就被人们所发现和利用。早在17世纪，人们就知道用事件发生的"频

8、率"来决定事件的"概率"。19世纪人们用投针试验的方法来决定圆周率π。本世纪40年代电子计算机的出现，特别是近年来高速电子计算机的出现，使得用数学方法在计算机上大量、快速地模拟这样的试验成为可能。MonteCarlo模拟