概念与分类

在本章中，我们将讨论建模的各种概念和分类。

模型与事件

以下是建模与仿真的基本概念。

• 对象是存在于现实世界中用于研究模型行为的实体。

• 基本模型是对对象属性及其行为的假设性解释，在整个模型中有效。

• 系统是在确定条件下的清晰对象，存在于现实世界中。

• 实验框架用于研究现实世界中的系统，例如实验条件、方面、目标等。基本实验框架由两组变量组成 −框架输入变量和框架输出变量，与系统或模型终端匹配。框架输入变量负责匹配应用于系统或模型的输入。框架输出变量负责将输出值与系统或模型匹配。

• 集中模型是对遵循给定实验框架指定条件的系统的精确解释。

• 验证是比较两个或多个项目以确保其准确性的过程。在建模和仿真中，可以通过比较模拟程序和集中模型的一致性来确保其性能，从而进行验证。有多种方法可以执行验证过程，我们将在单独的章节中介绍。

• 验证是比较两个结果的过程。在建模和仿真中，通过在实验框架的上下文中将实验测量结果与模拟结果进行比较来执行验证。如果结果不匹配，则模型无效。执行验证过程有多种方法，我们将在单独的章节中介绍。

系统状态变量

系统状态变量是一组数据，需要定义给定时间点系统内的内部过程。

• 在离散事件模型中，系统状态变量在时间间隔内保持不变，值在称为事件时间的定义点发生变化。

• 在连续事件模型中，系统状态变量由微分方程结果定义，其值随时间不断变化。

以下是一些系统状态变量 −

• 实体和属性 − 实体表示一个对象，其值可以是静态的，也可以是动态的，具体取决于与其他实体的过程。属性是实体使用的本地值。

• 资源 − 资源是一次向一个或多个动态实体提供服务的实体。动态实体可以请求一个或多个资源单元；如果被接受，则实体可以使用资源并在完成后释放。如果被拒绝，实体可以加入队列。

• 列表 − 列表用于表示实体和资源使用的队列。根据流程，队列有多种可能性，例如 LIFO、FIFO 等。

• 延迟 − 这是由某种系统条件组合引起的不确定持续时间。

模型分类

系统可分为以下几类。

• 离散事件仿真模型 − 在此模型中，状态变量值仅在事件发生的某些离散时间点发生变化。事件只会在定义的活动时间和延迟时发生。

• 随机系统与确定性系统 − 随机系统不受随机性的影响，其输出不是随机变量，而确定性系统受随机性的影响，其输出是随机变量。

• 静态与动态仿真 − 静态仿真包括不受时间影响的模型。例如：蒙特卡罗模型。动态仿真包括受时间影响的模型。

• 离散系统与连续系统 −离散系统受状态变量在离散时间点变化的影响。其行为在以下图形表示中描述。

连续系统受状态变量的影响，状态变量随时间连续变化。其行为在以下图形表示中描述。

建模过程

建模过程包括以下步骤。

步骤 1 − 检查问题。在这个阶段，我们必须了解问题并相应地选择其分类，例如确定性或随机性。

步骤 2 − 设计模型。在这个阶段，我们必须执行以下简单的任务，这些任务有助于我们设计模型 −

• 根据系统行为和未来需求收集数据。

• 分析系统特性、其假设以及使模型成功所需采取的必要措施。

• 确定模型中使用的变量名称、函数、其单位、关系及其应用。

• 使用合适的技术解决模型，并使用验证方法验证结果。接下来，验证结果。

• 准备一份报告，包括结果、解释、结论和建议。

步骤 3 − 完成与模型相关的整个过程后提供建议。它包括投资、资源、算法、技术等。