計(jì)算機(jī)仿真ppt課件(已修改)
2025-05-15 07:08 本頁面
【正文】 計(jì) 算 機(jī) 仿 真 2. 時(shí)間步長法 3. 事件表法 4. Monte Carlo 方法 武漢理工大學(xué)理學(xué)院 數(shù)學(xué)系 王 展 青 計(jì)算機(jī)仿真是利用計(jì)算機(jī)對一個(gè)實(shí)際系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和行為進(jìn)行動(dòng)態(tài)演示，以評價(jià)或預(yù)測該系統(tǒng)的行為效果。它是解決較復(fù)雜的實(shí)際問題的一條有效途徑。 計(jì)算機(jī)仿真在航空、機(jī)電、冶金等工業(yè)部門及社會經(jīng)濟(jì)、交通運(yùn)輸、生態(tài)系統(tǒng)等方面有著廣泛的應(yīng)用，已成為分析、研究和設(shè)計(jì)各種系統(tǒng)的重要手段。 一 .什么是計(jì)算機(jī)仿真 緒 論 二 . 為什么要進(jìn)行計(jì)算機(jī)仿真 1)在一個(gè)實(shí)際系統(tǒng)還沒有建立起來之前，要對系統(tǒng)的行為或結(jié)果進(jìn)行分析研究時(shí)，計(jì)算機(jī)仿真是一種行之有效的方法。 2)在有些真實(shí)系統(tǒng)上做實(shí)驗(yàn)會影響系統(tǒng)的正常運(yùn)行，如在生產(chǎn)中任意改變工藝參數(shù)可能會導(dǎo)致廢品，在經(jīng)濟(jì)活動(dòng)中隨意將一個(gè)決策付諸行動(dòng)可能會引起經(jīng)濟(jì)混亂。 3)當(dāng)人是系統(tǒng)的一部分時(shí)，他的行為往往會影響實(shí)驗(yàn)的效果，這時(shí)最好對系統(tǒng)進(jìn)行仿真研究。 4)在實(shí)際系統(tǒng)上做實(shí)驗(yàn)時(shí)，很難保證每次操作的條件相同，因而對實(shí)驗(yàn)結(jié)果的好壞很難作出正確的判斷。 5)在實(shí)際系統(tǒng)上做實(shí)驗(yàn)可能會花費(fèi)很長的時(shí)間，費(fèi)用太高或者有危險(xiǎn)，使得實(shí)驗(yàn)不易進(jìn)行。 6)有些系統(tǒng)一旦建立起來之后就無法復(fù)原。例如要投資建立一個(gè)大型企業(yè)，要分析它建成之后的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益，不能用建立起來試試看的辦法，因?yàn)榻ǔ珊缶蜔o法回到原來的狀態(tài)了。 1)難以用數(shù)學(xué)公式描述的系統(tǒng)，或者沒有求解的有效數(shù)學(xué)方法； 2)雖然可以用解析方法解決問題，但數(shù)學(xué)的分析與計(jì)算過于復(fù)雜，這時(shí)計(jì)算機(jī)仿真可能提供簡單可行的求解方法； 3)希望能在較短的時(shí)間內(nèi)觀察到系統(tǒng)發(fā)展的全過程，以估計(jì)參數(shù)對系統(tǒng)行為的影響； 4)難以在實(shí)際環(huán)境中進(jìn)行實(shí)驗(yàn)和觀察時(shí)，計(jì)算機(jī)仿真是唯一可行的方法，例如太空飛行的研究； 5)需要對系統(tǒng)或過程進(jìn)行長期運(yùn)行的比較，從大量方案中尋找最優(yōu)方案。 三 . 適合用計(jì)算機(jī)仿真解決的問題 1. 系統(tǒng)仿真概論 系統(tǒng) 1) 系統(tǒng) 一些具有特定的功能、相互之間以一定的規(guī)律聯(lián)系的對象所組成的總體。 2) 系統(tǒng)邊界 每個(gè)系統(tǒng)都存在于一定的環(huán)境中 , 系統(tǒng)與環(huán)境之間的分界稱為邊界 . ?? 邊界確定了系統(tǒng)的范圍，邊界以外對系統(tǒng)的作用稱為 系統(tǒng)的輸入 ，系統(tǒng)對邊界以外環(huán)境的作用稱為 系統(tǒng)的輸出 . 3) 系統(tǒng)的三要素 實(shí)體 ：系統(tǒng)內(nèi)的對象，系統(tǒng)的組成元素 .實(shí)體確定了系 統(tǒng)的構(gòu)成，也確定了系統(tǒng)邊界。 屬性 ：系統(tǒng)內(nèi)實(shí)體的有效特征，它可以是文字型、數(shù) 字型或邏輯型 .屬性也稱為描述變量，描述每一 實(shí)體的特征。 活動(dòng) ：系統(tǒng)內(nèi)部發(fā)生的任何變化過程。 活動(dòng)定義了系 統(tǒng)內(nèi)部實(shí)體之間的相互作用，從而確定了系統(tǒng) 內(nèi)部發(fā)生的變化過程。 4)系統(tǒng)狀態(tài) 系統(tǒng)的狀態(tài)是指在某一時(shí)間點(diǎn)上，實(shí)體及其屬性值的集合。 在任意給定的時(shí)間，對系統(tǒng)所有實(shí)體、屬性和活動(dòng)的情況，都用系統(tǒng)狀態(tài)加以描述。 隨機(jī)型活動(dòng)通常用概率分布加以描述，如電路系統(tǒng)中的噪聲、電話系統(tǒng)中通話時(shí)間的長短等，屬于隨機(jī)系統(tǒng)。 5) 系統(tǒng)類型 確定型系統(tǒng) 隨機(jī)系統(tǒng) 按活動(dòng)是否具有隨機(jī)性分 5) 系統(tǒng)類型 連續(xù)型系統(tǒng) 離散型系統(tǒng) 按狀態(tài)是否隨時(shí)間連續(xù)變化分 系統(tǒng) S={ 時(shí)間基；輸入集；內(nèi)部狀態(tài)集；狀態(tài)轉(zhuǎn)移函數(shù)；輸出集；輸出函數(shù) } 時(shí)間基是描述系統(tǒng)變化的時(shí)間坐標(biāo)； 模型 模型 —— 實(shí)際系統(tǒng)本質(zhì)的抽象與簡化 物理模型 — 采用一定的比例按真實(shí)系統(tǒng)的 “ 樣子 ” 制作 數(shù)學(xué)模型 — 用數(shù)學(xué)表達(dá)式形式來描述系統(tǒng)的內(nèi)在規(guī)律 系統(tǒng)模型水平 — 模型描述的詳細(xì)程度 物理仿真 ：在沒有計(jì)算機(jī)以前，仿真都是利用實(shí)物或者它的模型來進(jìn)行研究的，又稱物理仿真。 優(yōu)點(diǎn)：直接、形象、易信． 缺點(diǎn)：模型受限、易破壞、難以重用。 數(shù)學(xué)仿真： 對實(shí)際系統(tǒng)進(jìn)行抽象，并將其特性用數(shù) 學(xué)關(guān)系加以描述而得到系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，對數(shù)學(xué)模型進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的過程稱為數(shù)學(xué)仿真。 優(yōu)點(diǎn)：方便、靈活、經(jīng)濟(jì) 缺點(diǎn)：受限于系統(tǒng)建模技術(shù)，即系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型不易建立。 計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展為數(shù)學(xué)仿真創(chuàng)造了環(huán)境。 仿真 計(jì)算機(jī)仿真 在研究系統(tǒng)過程中，根據(jù)相似原理，利用計(jì)算機(jī)來逼真模仿研究對象。研究對象可以是真實(shí)的系統(tǒng)，也可以是設(shè)想中的系統(tǒng)。 計(jì)算機(jī)仿真是將研究對象進(jìn)行數(shù)學(xué)描述，建模編程，且在計(jì)算機(jī)中運(yùn)行實(shí)現(xiàn)．它不怕破壞、易修改、可重用。 計(jì)算機(jī)仿真可以用于研制產(chǎn)品或設(shè)計(jì)系統(tǒng)的全過程中，包括方案論證、技術(shù)指標(biāo)確定、設(shè)計(jì)分析、生產(chǎn)制造、試驗(yàn)測試、維護(hù)訓(xùn)練、故障處理等各個(gè)階段。 仿真算法 ?? ?? 仿真算法是將系統(tǒng)模型轉(zhuǎn)換成仿真模型的一類算法，在數(shù)字仿真模型中起核心和關(guān)鍵作用。 ?? ?? ?? ??
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