第3章 系统建模的功能方法3章 系统建模的功能方法第3章 系统建模的功能方法第3章 系统建模的功能方法.ppt

系统工程第三章系统建模的功能方法 本章学习目标 1. “黑箱”方法 2. 系统辨识的定义和过程 3. 计量经济模型 4. 排队系统和排队模型 章节框架 3.1 系统建模的“黑箱”方法 3.2 计量经济学方法 3.3 排队论方法 本章小结 思考与练习题 参考答案 3.1 系统建模的“黑箱”方法 3.1.1 “黑箱”方法概述 3.1.2 系统辨识的定义 3.1.3 系统辨识过程 3.1.4 模型的参数估计 3.1.1 “黑箱”方法概述 对于内部结构尚不能直接观测，只能从外部去认识的客体，通常可称为“黑箱”。与之相关的概念是“白箱”和“灰箱”。“白箱”是指内部结构状态完全明确可知的系统；“灰箱”是指系统内部结构信息不完全或不确定的系统，又称部分可观测的“黑箱”。 “黑箱”一词最早出现于电气工程，指的是在电器网络指定部位更换失效部件时只要求新部件与失效部件的输入输出相同或相近，而不必剖析其内部的结构特性。根据输入输出研究系统内部结构的方法称为系统建模的功能方法，又可称为“黑箱”方法。 3.1.1 “黑箱”方法概述 黑箱方法一般包括如下的基本原则和步骤： (1)相对孤立的原则，确认黑箱，把所要研究的对象看成是一个整体。 (2)观测和主动试验，考察黑箱。考察黑箱就是要考察对象的输入、输出及其动态过程。 (3)建立模型，阐明黑箱。 3.1.2 系统辨识的定义 系统辨识(system identification)是自动控制理论的一个分支，是研究建立数学模型的一种技术，是系统建模中的试验建模阶段。系统辨识可以理解为：“根据实际系统的输入、输出数据，在一类模型中找出一个与实际系统逼近的模型，这个模型能真实表示系统的本质特征，并使某个准则函数极小（或极大）。” 3.1.3 系统辨识过程 基本步骤: （1）根据辨识的目的，即模型的用途与先验知识进行辨识方案的设计与模型类型的确定。 （2）获取被辨识系统的输入、输出数据，根据输入输出数据估计结构参数与模型参数（对参数模型而言）。 （3）模型的验证。 3.1.3 系统辨识过程 3.1.4 模型的参数估计 模型的参数估计就是在确定了模型的类型与结构参数之后，根据输入、输出数据，为使某个准则函数极小（或极大）而采用某种计算方法来估计模型参数。 一个典型的准则函数是系统与模型输出之间的误差的平方和，即 常用的准则函数还有方程误差平方和，似然函数等。 3.2 计量经济学方法 3.2.1 计量经济学概述 3.2.2 模型中的经济变量 3.2.3 计量经济学模型 3.2.4 参数估计 3.2.5 模型估计 3.2.6 模型检验 3.2.7 计量经济学模型的应用 3.2.1 计量经济学概述 计量经济学可定义为实际经济现象的数量分析。这种分析是基于理论和观测的并行发展，而理论与观测又通过适当的推断方法而得以联系。例如经济理论假设商品价格与其需求量之间有或逆向关系，但此理论并没有对这两者的关系提供任何数值度量。也就是说，它并没有说出随着商品价格的某一变化，需求量将会上升或下降多少。计量经济学的工作就是要提供这一数值估计。换言之，计量经济学对大多数的经济理论赋予经验内容。计量经济学方法就是运用统计理论对经济关系进行定量研究的科学方法, 是经济理论、统计学、数学的综合，是现代经济学的重要组成部分，在现代经济学教学和科研中有重要地位。它与相关学科的关系如下图所示。 3.2.1 计量经济学概述 3.2.1 计量经济学概述 现代计量经济学已经形成了包含单方程回归分析、联立方程组模型、时间序列分析三大支柱，由适合不同研究对象得大量计量经济模型和分析方法组成的庞大体系，在现代经济学中占有不可替代的地位。计量经济分析的主要内容，就是确定经济变量之间的具体关系，包括函数形式和其中的参数值，并利用这种关系分析和解决经济经营问题，它不仅是应用经济分析的工具，也是经济学理论研究，增强经济学科学性的重要工具。目前有许多计量分析软件，如TSP、Eviews、SPSS和SAS等，可以在计量经济研究的前期准备和建模、数据处理、问题分析和模型修正以及预测应用等阶段提供帮助。 3.2.2 模型中的经济变量 计量经济学方法首先把经济理论所阐述的经济关系表达为可以计量的数学形式，然后运用统计理论由实际经济数据求得经济关系的参数的估计值，最后将含有估计参数值的模型用于经济结构分析，经济预测和政策评价。在计量经济学中，经济模型的基础是经济变量，不同的经