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郭齊勝 著

圖書標籤:

• 係統仿真
• 建模
• 仿真技術
• MATLAB
• Simulink
• 離散事件仿真
• 連續係統仿真
• 隨機過程仿真
• 優化
• 算法
• 工程應用

店鋪： 廣影圖書專營店

齣版社： 國防工業齣版社

ISBN：9787118046304

商品編碼：29692832020

包裝：平裝

齣版時間：2006-08-01

基本信息

書名：係統仿真

定價：35.00元

作者：郭齊勝

齣版社：國防工業齣版社

齣版日期：2006-08-01

ISBN：9787118046304

字數：385000

頁碼：260

版次：1

裝幀：平裝

開本：

商品重量：0.4kg

編輯推薦

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內容提要

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作為科學研究的一種新的重要手段，係統仿真技術得到瞭越來越廣泛的應用。本書比較全麵地介紹係統仿真技術，主要內容包括數學仿真中的麵嚮過程仿真(連續係統仿真、采樣控製係統仿真、離散事件係統仿真)、麵嚮對象仿真和定性仿真、數學物理仿真(半實物仿真、分布交互仿真)、模型與仿真的VV&A;及可信度評估以及係統仿真試驗。
本書可作為高等學校有關專業的本科生和研究生的教材，也可供有關研究人員參考。

目錄

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作者介紹

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郭齊勝，男，1962年8月生，湖北浠水人，裝甲兵工程學院裝備指揮與管理係教授、博士生導師。總裝備部“1153人纔工程”層次培養對象。1983年、1987年和1995年畢業於華中理工大學、上海理工大學、清華大學，分彆獲學士、碩士和博士學位，1983年～1991年在甘肅工業大學任教。

文摘

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序言

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《係統仿真》 內容簡介 《係統仿真》一書旨在為讀者提供一個全麵且深入的視角，去理解和掌握現代係統仿真技術的核心概念、方法論和實際應用。本書不僅涵蓋瞭仿真建模的理論基礎，還重點闡述瞭如何將這些理論轉化為解決復雜實際問題的有效工具。本書的讀者對象廣泛，包括但不限於工程技術人員、科學研究人員、數據分析師，以及對係統行為分析和預測感興趣的學生和專業人士。 第一部分：仿真基礎與建模原理 在本書的第一部分，我們將從仿真最基本的概念齣發，逐步引導讀者理解“仿真”的本質以及它為何成為分析和設計復雜係統的強大手段。 第一章：仿真導論 本章將首先定義什麼是係統，什麼是模型，以及什麼是仿真。我們將探討仿真的基本原理，例如離散事件仿真、連續係統仿真、基於代理的仿真等主要仿真範式。通過生動的例子，我們將解釋為何在許多情況下，直接對現實係統進行實驗成本過高、效率低下，甚至是不可能實現的，而仿真模型則提供瞭一種安全、經濟且靈活的替代方案。我們將討論仿真的優勢，如預測性分析、優化設計、風險評估、培訓和教育等，並簡要介紹仿真在不同領域（如製造業、交通運輸、通信網絡、金融、醫療保健、環境保護等）的應用前景。本章還將簡要介紹仿真研究的發展曆程，以及當前仿真技術麵臨的主要挑戰和未來發展趨勢。 第二章：係統與模型 在深入探討仿真方法之前，理解“係統”和“模型”這兩個核心概念至關重要。本章將詳細闡述係統是由相互作用的組件組成的整體，並討論係統的靜態和動態特性。我們將分析如何從現實係統中抽象齣關鍵元素，識彆其狀態變量、參數、輸入和輸齣。隨後，我們將深入探討模型的概念，區分不同類型的模型，如物理模型、數學模型、概念模型等，並重點關注仿真建模中常用的數學模型和計算模型。本章將詳細講解如何根據仿真目標、精度要求以及可獲得的數據，選擇閤適的模型類型和抽象層次。我們將介紹幾種常見的建模方法，包括基於規則的建模、基於過程的建模、基於狀態的建模等，並討論如何進行模型驗證和確認（V&V），確保模型準確地反映瞭現實係統的行為。 第三章：離散事件仿真基礎 離散事件仿真（DES）是本書重點介紹的仿真方法之一，因為它廣泛應用於處理涉及事件驅動過程的係統，如排隊係統、生産綫、計算機網絡等。本章將深入講解離散事件仿真的核心概念：事件、狀態變量、時間推進機製（如基本離散事件仿真算法和三明治算法）、活動和延遲。我們將詳細介紹如何構建離散事件仿真模型，包括識彆和定義事件、設計狀態變量、確定事件發生的概率和時間間隔，以及如何模擬實體在係統中的流動。本章還將介紹幾種常用的離散事件仿真語言和工具，如SimPy、Arena、AnyLogic等，並結閤簡單的例子展示其基本用法。 第四章：連續係統仿真 與離散事件仿真關注離散的、時間點發生的事件不同，連續係統仿真（CS）處理的是變量隨時間連續變化的係統，如物理過程、化學反應、經濟模型等。本章將介紹連續係統仿真的基本原理，重點關注微分方程的求解。我們將討論如何將現實世界的連續過程轉化為一組微分方程或代數方程，並介紹常用的數值積分方法，如歐拉法、龍格-庫塔法等，以及它們在仿真中的應用。本章還將探討連續係統仿真模型的結構，包括狀態方程、輸齣方程、參數和初始條件。通過實例，我們將展示如何使用 MATLAB/Simulink、OpenModelica等工具進行連續係統仿真，並分析仿真結果的含義。 第五章：基於代理的仿真（ABM） 基於代理的仿真（Agent-Based Modeling，ABM）是一種模擬個體（代理）及其在環境中的交互來觀察宏觀係統行為的強大方法。本章將介紹ABM的核心理念，包括代理的定義、屬性、行為規則、交互機製以及環境的設定。我們將探討ABM在建模復雜自組織現象、社會經濟係統、生態係統等方麵的優勢。本章將詳細講解如何設計和實現ABM模型，包括如何定義代理的行為邏輯，如何模擬代理之間的交互，以及如何構建代理所處的環境。我們將介紹一些流行的ABM平颱，如NetLogo、Mesa等，並提供相關的建模案例。 第二部分：仿真建模的實踐方法與技術 在掌握瞭仿真基礎後，本部分將聚焦於仿真建模的實踐技術，包括數據分析、模型構建、實驗設計、結果分析以及模型優化等關鍵環節。 第六章：仿真輸入數據的收集與分析 高質量的仿真結果離不開準確的輸入數據。本章將深入探討仿真輸入數據的來源、收集方法和預處理技術。我們將討論如何從曆史記錄、傳感器數據、調查問捲等多種渠道獲取原始數據，並介紹數據清洗、缺失值處理、異常值檢測等數據預處理技術。特彆地，本章將詳細講解如何使用統計學方法分析輸入數據，包括描述性統計、概率分布的擬閤（如指數分布、泊鬆分布、正態分布等）以及參數估計。我們將介紹一些常用的統計軟件和庫，如 R、Python（NumPy, SciPy, Pandas）等，並演示如何利用它們對輸入數據進行分析和建模，為仿真模型提供可靠的輸入參數。 第七章：仿真模型的構建與實現 本章將指導讀者將抽象的仿真概念轉化為可執行的代碼或模型。我們將詳細講解如何根據仿真目標和模型類型，選擇閤適的仿真軟件或編程語言。本書將側重於一些通用性強、應用廣泛的仿真工具，例如使用 Python 的 SimPy 庫進行離散事件仿真，使用 MATLAB/Simulink 進行連續係統仿真，以及使用 NetLogo 進行基於代理的仿真。本章將通過多個不同領域（如客戶服務中心、交通樞紐、生産車間）的實例，一步步演示模型的構建過程，包括定義實體、屬性、隊列、事件、狀態變量，以及實現實體之間的交互和流程。我們將強調代碼的可讀性、模塊化和可維護性，以及如何對模型進行初步的調試和驗證。 第八章：仿真實驗設計 一個精心設計的仿真實驗是獲取有效信息的關鍵。本章將係統地介紹仿真實驗設計的原理和方法。我們將區分不同類型的仿真實驗，如一次性運行、參數掃描、敏感性分析、優化實驗等。本章將詳細講解如何確定實驗的運行次數、每個運行的長度以及是否需要進行多方麵實驗。我們將討論如何進行參數空間探索，以及如何使用統計學方法來有效選擇和安排實驗點，以最小化實驗次數同時最大化信息獲取。本章還將介紹一些先進的實驗設計技術，如拉丁超立方抽樣（LHS）、全因子設計、部分因子設計等，並演示如何在實際仿真中應用這些方法。 第九章：仿真輸齣數據的分析與解釋 仿真模型運行時會産生大量的輸齣數據，如何有效地分析和解釋這些數據是評價仿真模型價值的核心環節。本章將聚焦於仿真輸齣數據的統計分析。我們將介紹如何從仿真輸齣中提取關鍵的性能指標（KPIs），如平均等待時間、吞吐量、資源利用率、隊列長度等。本章將詳細講解如何對仿真結果進行統計推斷，包括置信區間的計算、假設檢驗（如 t 檢驗、ANOVA）以及方差分析。我們將討論如何處理仿真運行的變異性，如何進行穩態分析和瞬態分析。此外，本章還將介紹數據可視化技術，如何使用圖錶（如直方圖、散點圖、箱綫圖、時間序列圖）來清晰地展示仿真結果，並輔助理解係統的行為模式。 第十章：模型驗證與確認（V&V） 模型的有效性直接取決於其準確性。本章將深入探討仿真模型的驗證（Verification）與確認（Validation）過程，這是確保仿真模型可靠性的重要步驟。驗證是指檢查模型是否正確地按照設計實現瞭其功能，即“是否正確地構建瞭模型”。確認是指檢查模型是否準確地反映瞭現實世界的行為，即“是否構建瞭正確的模型”。本章將介紹多種V&V技術，包括邏輯檢驗、結構檢驗、參數核對、案例研究、統計模型檢驗、專傢評審等。我們將詳細闡述如何進行“麵嚮需求”的確認，如何與實際數據進行比對，以及如何建立不同層次的V&V標準。 第三部分：高級仿真技術與應用 在打好理論和實踐基礎後，本部分將介紹一些更高級的仿真技術，以及仿真在各個領域的具體應用案例，以期拓展讀者的視野。 第十一章：仿真模型優化 當我們需要尋找最優的係統參數或策略時，仿真模型優化技術就顯得尤為重要。本章將介紹如何將仿真與優化算法相結閤，實現對係統性能的改進。我們將討論不同的優化目標（如最小化成本、最大化吞吐量、最小化延遲等）和約束條件。本章將介紹一些常用的優化方法，包括梯度下降法、遺傳算法、模擬退火算法、粒子群優化算法等，並講解如何在仿真框架中實現這些優化算法。通過實例，我們將演示如何使用仿真優化技術來尋找最佳的生産調度、資源分配、庫存策略等。 第十二章：仿真在復雜係統中的應用 本章將展示仿真技術在解決跨領域復雜問題中的強大能力。我們將深入分析仿真在以下幾個關鍵領域的應用： 製造業與供應鏈： 模擬生産流程、庫存管理、物流配送，優化生産效率、降低運營成本、提升供應鏈韌性。 交通運輸係統： 模擬交通流、信號控製、公共交通調度，分析交通擁堵、優化齣行效率、規劃城市交通網絡。 通信網絡： 模擬網絡流量、協議性能、故障恢復，評估網絡容量、優化網絡設計、保障通信質量。 金融與經濟： 模擬市場行為、投資組閤、風險管理，預測經濟趨勢、評估金融産品價值、設計風險控製策略。 醫療保健： 模擬醫院運營、病人流動、醫療資源分配，優化醫療流程、提升服務效率、降低醫療成本。 環境保護與能源： 模擬氣候變化、汙染擴散、能源係統運行，評估環境影響、優化能源策略、預測資源需求。 每一類應用都將提供具體的案例分析，闡述如何構建仿真模型、如何設計實驗、如何分析結果，以及仿真所帶來的實際效益。 第十三章：仿真軟件與工具的發展趨勢 隨著計算機技術的發展，仿真軟件和工具也在不斷進步。本章將對當前主流的仿真軟件和工具進行介紹和比較，包括商業軟件（如Arena, AnyLogic, FlexSim, Simulink）和開源工具（如SimPy, NetLogo, OpenModelica）。我們將分析不同工具的優缺點、適用範圍和技術特點。此外，本章還將展望仿真軟件和工具的未來發展趨勢，包括與人工智能（AI）、機器學習（ML）、大數據分析、雲計算、實時仿真、數字孿生等技術的融閤，以及對仿真模型的可視化、交互性和可解釋性提齣的新要求。 第十四章：結論與未來展望 在本書的最後，我們將對前麵所介紹的仿真核心概念、方法和技術進行總結迴顧。我們將重申仿真作為一種強大的分析和決策支持工具的重要性，並強調在當前快速變化的時代，係統仿真在理解復雜性、預測未來、優化決策方麵扮演著越來越重要的角色。本章將對仿真領域的未來發展進行展望，探討可能齣現的新的仿真範式、技術突破和應用領域，並鼓勵讀者持續學習和探索，在各自的領域中運用仿真技術解決實際問題，推動科學技術和社會進步。 《係統仿真》一書力求通過清晰的結構、深入的講解和豐富的實例，幫助讀者構建紮實的仿真理論基礎，掌握實用的建模與分析技術，並能夠靈活運用仿真工具解決各類復雜實際問題。本書旨在成為一本兼具理論深度和實踐指導意義的仿真領域參考書。

評分☆☆☆☆☆

閱讀體驗上，這本書給我最深的感受是其極強的“可讀性”，這對於一本技術專著來說殊為不易。作者在行文風格上顯得非常親切，沒有那種高高在上的學術腔調。舉個例子，它在解釋“係統邊界”和“不確定性量化”這兩個棘手概念時，引用瞭生活中的類比，一下子就讓那些晦澀的術語變得栩栩如生。尤其是關於實驗設計的部分，錶格的運用非常精妙，將不同因子組閤的效率直觀地展示齣來，讓人一眼就能看齣最優的試驗路徑。不過，我注意到書中對“仿真模型驗證與確認（V&V）”的討論篇幅相對較短，這在實際工程應用中是至關重要的一環。如果能增加更多關於模型校準、不確定性傳遞的實際案例，比如結閤一個完整的工業流程模擬，那就更具說服力瞭。目前的內容更偏重於“如何建模型”，而“如何證明模型是可靠的”這一塊略顯單薄。總的來說，這是一本兼顧瞭理論深度和學習友好度的佳作，對於初入職場的工程師來說，它能很好地幫你建立起一套係統的思維框架，避免在實際工作中走彎路。

評分☆☆☆☆☆

拿到這本書的時候，我首先被它那近乎百科全書式的廣度和深度所震撼。它不僅僅停留在概念的介紹，而是深入到瞭各種仿真方法的底層邏輯和數學推導中。我特彆欣賞作者在處理不同仿真範式（比如基於代理人和基於係統動力學的對比）時所展現齣的客觀和批判性視角。書中對濛特卡洛方法的改進算法部分，簡直是點睛之筆，詳細對比瞭不同抽樣方法的效率和收斂速度，給我的科研工作提供瞭立即可用的思路。美中不足的是，書中某些高級算法的僞代碼部分，如果能再配上一些主流編程語言（比如Python或MATLAB）的實際代碼片段，那學習麯綫會平滑很多。現在的描述雖然精確，但對於習慣瞭“邊看邊敲”的學習者來說，理解和復現的門檻稍高。整體而言，這本書更像是一本“武功秘籍”，需要讀者有一定的內功基礎纔能完全領悟其中的精髓。它更適閤那些已經掌握瞭基本概念，正在尋求突破和優化現有仿真模型的專業人士閱讀和深入研究，無疑是當前該領域內不可多得的深度參考資料。

評分☆☆☆☆☆

這本書的結構組織簡直是教科書級彆的範例。從宏觀到微觀，從理論到實踐，每一個章節的過渡都像是經過精密計算的，邏輯銜接得天衣無縫。我尤其欣賞作者在章節末尾設置的“反思與延伸”小節，這些問題往往能引導讀者跳齣書本的框架，去思考更前沿的研究方嚮或者實際應用中的潛在陷阱。這種引導式的學習方法，極大地激發瞭我的探索欲望。然而，我發現書中對“高性能計算”在仿真加速方麵的應用著墨不多。在當今大數據和復雜係統日益增長的背景下，如何利用並行計算、GPU加速等技術來處理大規模仿真任務，似乎是一個值得深入探討的方嚮。目前的案例和示例，在計算規模上還停留在單機能很好處理的範疇。對於希望將仿真技術推嚮工業級甚至國傢級復雜項目的讀者來說，這部分內容的缺失是一個小小的遺憾。但即便如此，其對基礎算法的紮實講解，依然奠定瞭這本書在仿真方法論領域的基石地位，是任何想深耕於此的人案頭必備的“內功心法”。

評分☆☆☆☆☆

我必須稱贊這本書在圖示和數據呈現上的高水準。許多復雜的流圖、狀態轉移圖繪製得極其清晰，箭頭和節點的設計兼顧瞭美觀和信息密度，這在很大程度上減輕瞭理解復雜流程圖的認知負荷。書中對特定仿真軟件的“配置”環節的描述，雖然沒有直接展示軟件截圖（可能是版權或版本更新的考慮），但其詳盡的參數說明和變量解釋，足以讓我能夠自行在任何主流仿真平颱上重構齣同樣的場景。讓我感到稍有不便的是，全書似乎更側重於“穩態”或“準穩態”的分析，對於瞬態響應和時間序列數據的深度挖掘處理，介紹得相對簡略。例如，在處理像振動、衝擊這類具有劇烈時間變化的係統時，書中提供的分析工具箱略顯單薄。如果作者能在附錄中增加一些關於時域數據處理和頻譜分析在仿真結果後處理中的應用案例，這本書的實用價值將得到指數級的提升。總體來看，這是一部嚴謹、全麵、且極具啓發性的專業著作，是該領域內值得反復研讀的精品。

評分☆☆☆☆☆

這本書的裝幀設計真是讓人眼前一亮，封麵那種略帶磨砂質感的深藍色，配上燙金的字體，透露齣一種沉穩又不失專業的氣息。我原本以為一本技術類的書籍會很枯燥，但翻開扉頁後，那種精心排版的字體和閤理的圖文搭配，立刻打消瞭我的顧慮。內容上，作者對理論基礎的闡述非常到位，從最基礎的概率論和隨機過程講起，層層遞進，絲毫沒有跳躍感，即便是初次接觸這個領域的讀者，也能跟上節奏。特彆是關於離散事件係統建模的部分，作者用瞭一個非常生動的例子貫穿始終，將抽象的概念具象化瞭，讀起來毫不費力。不過，我個人感覺在軟件工具的應用案例方麵，如果能增加一些更貼近實際工程挑戰的復雜案例分析，那就更完美瞭。現在的內容更偏嚮於基礎方法的演示，對於資深工程師來說，可能需要自己再進行更多的拓展和轉化。總的來說，這是一本非常適閤入門和作為案頭參考的優秀教材，其嚴謹的學術態度和清晰的邏輯結構，讓我在閱讀過程中收獲頗豐，對後續深入學習打下瞭堅實的基礎。這本書的定價雖然略高，但從紙張質量和內容密度來看，絕對物有所值，值得每一位相關領域學習者珍藏。