第十讲 离散事件系统与仿真

这是一篇关于第十讲 离散事件系统与仿真的思维导图，主要内容有概念、基本元素、部件与结构等。

第十讲 离散事件系统与仿真

• 概述
  • 系统科学是对现实世界中各类系统进行有效描述与求解的科学，也就是通过适当的技术求解各类输入变化与系统输出的关系。系统求解的方法主要包括两类：（1）以真实系统为求解对象；（2）构建系统模型，以模型为求解对象，通过对模型的研究获得对真实系统的认识。 （蝴蝶效应、温室小气候建模）
  • 由于许多真实系统难以实验，不可以人为地改变系统输入或改变系统运行环境，而利用模型可以避免这种后果，所以建立模型是求解系统的主要方法，各类建模技术也成为真实系统的描述方法。
  • 分类
    • • 定量模型
      • 数学模型
        • 用显式的数学表达式来描述输入与输出之间的关系，求解系统输入—输出的变化规律（函数、微分方程等）
      • 仿真模型
        • 采用图表等逻辑手段对系统进行描述，然后转换成计算机程序，通过在计算机上运行对系统进行求解
      • 注意：模型的构建应该尽量逼近真实系统，使模型能够有效替代真实系统。但是模型毕竟不是真实系统，在建模过程中必然要对真实系统做适当简化。（系统仿真或仿真系统）
• 离散事件系统
  • 概念
    • 离散事件系统是指系统的状态只在离散的时间点上发生变化的系统，而且这些离散的时间点一般不是确定的。这类系统中引起状态变化的原因是事件，通常状态的变化与事件发生时一一对应的。事件的发生没有持续性，可以看做是在一个时间点上瞬间完成，事件发生的时间点事离散的，因而这类系统被称为离散系统。
  • 基本元素
    • 实体
      • 构成系统的各种成分称为实体，是系统边界的对象，可分为临时实体和永久实体
      • 临时实体：只在系统中存在一段时间的实体叫做临时实体，如银行网点的顾客；
      • 永久实体：永远驻留在系统中的实体称为永久实体，如银行网点的服务员；
      • 临时实体按一定的规律出现在仿真系统中，引起永久实体状态的变化，又在永久实体的作用下离开系统
    • 属性
      • 实体的状态由它的属性集合来描述，属性用来反映实体的某些性质。例如在超市系统中，顾客是一个实体，性别、年龄、身高、职业、到达时间、服务时间、离开时间等是他的属性。在仿真中，只选择使用与研究目的相关的属性。例如性别、年龄等对超市服务关系不大，不必考虑，而到达时间、服务时间、离开时间是研究超市服务效率的重要依据，需要重点考虑
    • 状态
      • 某一时刻，系统的状态是系统所有实体的属性的集合。
    • 事件
      • 是引起系统状态变化的行为，它是在某一时间点上的瞬间行为。例如顾客到达服务台为一类事件，它可能使系统状态由闲变为忙，或者是等待队列更长；顾客接受服务后的离开可以定义为另一类事件，它可能使系统状态由忙变闲，或者是等待队伍缩短。
    • 活动
      • 实体在两个事件之间保持某一状态的持续过程称为活动。活动的开始与结束是由事件引起的。例如，顾客开始接受服务到服务完毕后离开超市可视为一个活动，在此过程中系统的状态为忙。（注意区分活动与事件：时间点和时间段）
    • 进程
      • ：由和某类实体相关的时间及若干活动组成。一个事件描述了它所包含的事件及活动之间的相互逻辑关系和时序关系。例如一个顾客到达系统——排队——接受服务——离开，这个过程可视为一个进程。事件、市活动、进程的关系如下
    • 仿真时钟
      • 用于表示仿真时间的变化，作为仿真过程时序的控制。它是系统运行时间在仿真过程中的表示，而不是计算机执行仿真过程的时间长度。在连续仿真中，将模型离散化后，仿真事件的变化由仿真步长确定，可以是定步长，也可以变步长。离散事件系统的状态就是在离散时间点上发生变化。
    • 规则
      • 指描述实体之间、实体与仿真时钟之间相互影响的规则。例如银行网点中顾客与服务员实体之间，顾客是主动实体，服务员是被动实体，服务员的状态受顾客的影响；如果服务员状态为忙，则顾客进入排队状态，服务员状态不受影响。实际是主动实体与主动实体之间、被动实体与被动实体之间也存在着相互作用。（定义了系统的运行方式）
  • 部件与结构
    • 虽然实际的系统千差万别，但是离散事件系统仿真模型都有许多共同的部件，并以某种逻辑的次序组织起来。在实际的研究中，使用了事件推进法的大多数离散事件系统仿真模型，都具有下列部件
      • （1）系统状态。由一组系统状态变量构成，用以描述系统在不同时刻的状态。
      • （2）仿真时钟。用来提供仿真时间当前时刻的变量，它描述了系统内部时间变化。
      • （3）事件表。在仿真过程中按时间顺序所发生的事件类型和对应关系的一张表。
      • （4）统计计数器。用于控制与存储关于仿真过程中的结果的统计信息，在仿真计算中经常设计一些工作单元用于统计计数，这些工作单元被称为统计计数器。
      • （5）定时子程序。该程序根据时间表来确定下一事件，并将仿真时钟推进到下一事件发生时间。
      • （6）初始化子程序。在仿真开始时对系统进行初始化工作。
      • （7）事件子程序。一个事件子程序对应于一种类型的事件，它在响应的事件发生时，转入该事件的处理子程序，并更新系统状态
      • （8）仿真报告子程序。在仿真结束后，用来计算和打印仿真结果。
      • （9）主程序。调用定时子程序，控制整个系统的仿真过程，并确定下一事件，传递控制给各事件子程序以更新系统状态