复杂系统仿真-王昊2010211124

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1、复杂系统仿真概念模型研究进展及方向王昊2010211124（中国人民公安大学2010级安全技术及工程专业研究生）摘要：介绍了仿真领域里的概念模型的发展过程及研究现状，针对复杂系统仿真提出了复杂系统仿真概念模型，研究了复杂系统仿真概念模型的内涵和评价建模方法优劣的标准，探讨了关于复杂系统仿真概念模型的建模语言、描述方法、建模过程、验证方法和辅助工具五个研究方面的研究方法及方向。关键词：概念模型；复杂系统仿真概念模型；形式化方法；重用；评估1、引言复杂系统是目前研究的热点，由于复杂系统的不可再现性及各

2、种复杂性(高阶次、多回路、非线性、多时标、层次性、开放性、不确定性、病态结构，以及涌现等)，传统的观察、实验等方法不能有效地对其进行研究，仿真技术成为研究复杂系统的重要手段，而仿真技术的核心是模型。模型是用某种工具对某一事物或某一现象的描述。模型从某一个建模观点出发，抓住事物最重要的方面而简化或忽略其他方面。模型包含语法语义学和表示法，可以采用图形和文字等多种不同形式来表现模型。对系统进行首次抽象所建立的模型称之为概念模型。在数据库领域，概念模型也叫信息模型，是按用户的观点来对数据和信息建模，主要

3、用于数据库设计。在软件工程领域，概念模型建立于需求分析阶段，用来作为和用户进行沟通的公共参考框架。概念模型在气候学，地质学等领域也得到广泛的应用。概念模型在仿真领域里起源于模型的评估。随着仿真技术及模型评估理论的发展，在70年代中期，美国计算机仿真学会成立了模型可信度技术委员会，专门研究模型可信度相关的概念、术语和规范，1979年，该委员会为仿真模型的可信度评估研究提供了一个概念框架，在这个概念框架中提出了概念模型。随着分布式仿真的发展，在仿真领域里关于概念模型的研究越来越多，到90年代，美国国防

4、部建模与仿真办公室在《建模与仿真主计划》里提出任务空间概念模型(ConceptualModelofMissionSpace，CMMS)，以及在《校核、验证与确认建议指导规范》中提出仿真概念模型(SimulationConceptualModel，SCM)，将仿真领域里关于概念模型的研究带人高潮。目前仿真领域里的概念模型主要用于对作战过程或军事行动进行描述。随着对复杂系统研究的深入，仿真技术成为研究复杂系统的有效措施。对复杂系统进行仿真面临着四个问题：信息获取问题、人员沟通问题、资源重用问题和评估问

5、题，为了解决这些问题及对复杂系统有更加清晰的认识和理解，提出了复杂系统仿真概念模型(ComplexSystemSimulationConceptualModel，CSSCM)。CSSCM是在仿真复杂系统时，对复杂系统的组成和行为进行首次抽象所建立的模型，用来指导仿真系统的开发和评估。CSSCM为用户、领域专家、建模人员、设计人员、开发人员、测试人员和评估人员提供了一个公共的参考框架，是各种相关人员之间进行交流的基础。本文概述了CSSCM的发展过程及研究现状，提出了评价CSSCM建模方法优劣的标准，

6、总结了关于CSSCM的五个研究内容：建模语言、描述方法、建模过程、验证方法和辅助工具，并分别探讨了研究方向及研究方法。2、CSSCM的发展及现状锡拉丘兹大学的RobertSargent教授，是建议应用概念模型来支持仿真系统W&A评估的倡导者。在80年代，Sargent在研究仿真模型的评估时，描述了问题领域、概念模型和计算机模型之间的关系，他强调计算机模型的验证和应用概念模型的仿真系统的评估，并把概念模型定义为“概念模型是为具体研究而开发的关于问题实体的数学的，逻辑的／口头的描述(模拟)”。在199

7、2年，兰德公司的PaulDavis在研究仿真系统评估时也对概念模型进行了阐述。他把概念模型描述为正式的列出理论和算法，从而形成执行独立的规范。Davis认为一个详细的概念模型将会导致编码人员定义更多的模型。从70年代末到90年初，仿真领域里的概念模型研究主要是探讨概念模型的内容、应用等一些基础的问题，并且这个时期的概念模型主要用来指导仿真系统的评估。美国国防部建模与仿真办公室从1995年8月开始研究探索任务空间概念模型[61(CMMS)，到1997年11月基本完成。CMMS是与仿真执行相独立的，而

8、与特定任务相关的真实世界的过程，实体和环境的描述。CMMS后来改名为FDMS(任务空间功能描述)。CMMS技术框架提供了仿真项目中概念模型集成所需的技术标准，管理方法和操作基础结构，它包括描述任务空间的通用语义语法，开发和维护概念模型的过程，以及概念模型交互的数据转化格式，CMMS重点在于对军事任务的描述，强调数据的管理。CMMS在JSIMS(JointSimulationSystems)，WAR·SIM(WarSimulation)和JWARS(JointWarfareSyste