04 模型的校核、验证及确认.ppt

二、模型校核与验证的难点 以前，人们对模型验证工作较模型校核工作开展得相对多一些。就模型验证来说，它是系统仿真研究中难度很大的问题，其难点表现在以下几个方面： 1.模型验证工作是一个过程 模型是建模者根据建模目的按照相似原理对于实际系统的科学抽象与简化描述。它反映了建模者对实际系统由感性到理性认识的一个阶段，这种认识是否正确与精确，还得经过实践的检验。因此，模型验证工作，实际上是由实践到理论，再由理论到实践的过程。有时得经过多次反复才能完成。 2.模型验证工作具有模糊性 模型是原型(研究对象)的相似系统，而相似程度具有一定的模糊或不确定性。这种不确定性不仅与建模者对原型认识的深刻程度有关，而且与他所采用的方法与技巧有关。就是说对于同一原型系统，抱着同样的建模目的，不同的人可能建造出与原型相似程度不同的模型。 3.模型验证工作受多种因素影响 首先是模型本身的因素，众所周知一个完整的模型包含两个方面的内容:一方面是它的结构，另一方面是它的参数。结构住往可以代表某一类模型的共性，而参数的加入，体现的是模型的个性。这两方面是模型能否代表，原型的决定因素。是内因。因此，在进行棋型验证时，要倍加关注它f的正确性与准确性。 其次是模型运行的环境即外因，其中最基本的是给模型系统施加的愉入作用。这种作用应与给实际系统施加的作用相似，只有这样，才能为分析判断模型的有效性创造条件。 4.模型验证过程中往往存在大量的统计分析与计算 假设检验、统计判断、置信区间估计等都要涉及到复杂的计算。因此，模型验证工作需要付出很高的代价。特别是对于复杂的大型仿真系统更是如此，以致使得模型的全面验证实际上成为不可能。 5.有些情况下，难以得到或者得不到实际的可靠结果。 给模型的验证带来很大困难。比如，社会系统、经济系统、生态系统、环境系统等，我们不可能在实际系统上做实验，所以就得不到实际系统的输出行为，那么就难以制定一个评价模型系统的客观标准；再比如导弹武器系统，尽管可以通过打靶试验获得有关真实系统的一些行为特征数据，但这些参考数据是极其有限的，对进行全面的骤证来说是不充分的。 4.2.1模型校核的一般方法 一、仿真方法的校核 包括两个方面的内容:一是对算法进行理论研究，对其主要的品质如精度、收敛性、稳定性、适用性等进行分析，以确保算法的合理性；二是检查计算机程序是否准确地实现算法的功能。 对于连续系统仿真算法的选择，第三章做了较为详细的讨论。对于离散事件系统，同样存在仿真算法的选择问题。此外，还必须精心设计仿真程序，以确保正确无误地实现了算法的功能，建议尽量采用经过测试和实践检验的那些标准程序。 4.2模型校核与验证的一般性策略 二、静态检测 检查算法、公式推导是否合理，仿真模型流程图是否合乎逻辑，程序实现是否正确。 为了便于模型的动态校核，从一开始就应当严格按照结构化、模块化、规范化的风格编制程序。 三、动态调试 在模型运行过程中，通过考察关键因素或敏感因素的变化情况检查计算模型的正确性。 四、多人复核 对某个人开发设计的仿真计算模型，可以请他人检查，他们可以用一切办法甚至带有挑剔性地去寻找计算模型中的潜在错误，这种方法比较客观，可以提高模型可信性。 五、参考基准校核 检查模型计算结果是否同所研究的特定物理现象相符合，对模型结果中出现的非正常现象能否作出合情合理的物理解释。 六、标准实例测试法 对于比较简单的、规模比较小的仿真问题，或许能够有足够的信心认为所设计的仿真计算模型是正确可靠的。但是对于复杂的系统来说，在多数场合下，并不敢轻易相信仿真计算模型是正确可靠的。因在多数场合下必须经过许多标准实例的测试和验证，通过多方面的校核，经过反复修改、优化，最终才能获得正确的仿真计算模型。用于测试的例子往往是那些典型的、标准解已知的系统模型，将需要测试的仿真计算模型作适当的调整，使其成为标准解已知的典型系统的仿真计算模型，并将仿真结果同标准解相比较。以此来考核被测试的系统模型的正确性。 七、将软件可靠性理论应用于模型校核 仿真计算模型是一类用于专门目的软件或计算机程序。因而除了在设计过程中遵循软件工程的思想方法和要求以外。对于已经设计出来的复杂系统仿真程序，也可以利用软件可靠性的理论与方法对它进行诊断与查错。在70年代Mills和Basin。利用超几何分布模型解决了软件系统错误数的评估问题。可以把这一方法用于仿真计算模型错误及错误数的诊断:首先随机地将一些已知错误播入待测试的仿真计算模型中，然后运行并测试仿真程序，通过测得的固有错误数与播入错误数，使用超几何分布模型来估算仿真计算模型的错