[信息与通信]周泓教授讲座PPT-离散系统仿真及应用.ppt

离散系统仿真及应用 1、什么是仿真？ 项目管理 银行运作管理 系统仿真的基本思想 仿真是以系统理论、形式化理论随机过程理论、统计理论以及优化理论为基础，借助计算机和仿真软件对实际系统行为进行动态实验研究的方法。 为什么要仿真？ 可控、无破坏、可复现、经济 体现了实验思考的方法论（给出直观逻辑推理无法预见的系统动态）、直观、what/if分析 适用范围广，尤其是 解决不确定性问题 对复杂问题的分析与 求解 ? “最后的方法” 利用仿真能干什么？ 对已有系统的实验与评估 生产加工程序、交通灯、超级市场的存货策略 对昂贵或不可恢复系统的分析 车间布局、重要的经济政策、宇宙飞船的发射与控制、BPR 对未来系统的设计与分析 大型项目的投资分析、可行性分析 一些危险的试验场合 其他各种无法用解析方法分析的复杂问题 主要应用领域 制造业 交通运输 工程项目 军事 航空航天 金融业 社会服务（医疗、餐饮等） 2、Monte-Carlo仿真 基本思想 做独立重复实验，当实验次数充分多时，某一事件出现的频率近似于该事件发生的概率。 p ? ? /N （N充分大） 利用这一方法不仅能估计事件发生的概率，还可以估计系统的一些性能参数，更重要的是它提供了一种实验思考方法，是系统仿真的重要基础。 其中， n 是落在曲线 f(x)之下的点的数量，N 所有点的总数。 Boffon投针实验 ? 估计圆周率 ? 的值 2. 1 报童问题－库存模型 报童从分销商处购入《金融时报》，每份购入价为$1.5，售出价为$2.5，若未售出，则分销商以每份$0.5回购。 最佳的定购数量是多少？ 目标：每天平均利润最大 每天销售量在40-70份之间 在40-70之间的频率大致相同 报童问题模型（Excel） Frequency Chart 求输出在某一范围内的概率 仿真精度控制的结果 仿真结果 报童有95%的置信度相信，定购数量为60时，从长远看能获得的日均利润在45.65到47.57美元之间（46.61?0.96）。 2.2 项目管理 项目管理问题的仿真模型（Excel） Frequency Chart Percentiles Table 从百分比图可看出，有30%的试验次数超过了截止日期（47周）一周。 现欲了解项目进度风险（在47周以内完工的概率）。 Frequency Chart Sensitivity Analysis 3、动态离散系统仿真 3.1 基本原理 3.1.1 引例 仿 真 进 程 的 驱 动 3.1.2 引例的仿真 3.2 仿真数据分析 什么数据在驱动仿真过程？ 3.2 仿真数据分析 如何获得这些数据？ 3.2 仿真数据分析 仿真结果可靠吗？ 独立重复仿真的结果 做R(?2)次独立重复仿真，每次仿真收集m个观测值。 3.3 应用举例 3.2 应用举例 4. 仿真优化 4.1 优化策略（1）?专用仿真优化工具 OptQuest 4.1.1 仿真优化工具－OptQuest 多数仿真软件均提供了一个与之配套的优化工具 OptQuest用于有哪些信誉好的足球投注网站决策变量的最优值； 有哪些信誉好的足球投注网站过程是通过执行一系列仿真实现的，也即利用本次仿真的结果来确定下一个可能改进的解； 采用了遗传算法来引导有哪些信誉好的足球投注网站过程； 只要有足够的时间，它经常会找出最佳方案，如果没有发现，它通常会得到一个非常满意的方案。 4.1.2 案例分析 － 报童问题 仿真运行 4.1.3 案例分析 － 项目选择 Tazer 制药公司计划开发新药，有5个潜在的研发项目： Project Up: 开发一种更有效的且不会引发严重情绪波动的兴奋剂； Project Stable:开发一种治疗狂躁抑郁症的药物； Project Choice:开发一种低介入的女性节育方法； Project Hope:开发一种抗HIV 感染的疫苗； Project Release:开发一种更有效的降血压药。 可用资金$1.2 billion （可支持两到三个项目研发） 项目信息 仿真模型 仿真运行 最优方案分析 一种“保守”的考虑是以最大的可能获得一种满意的收益（如$100百万）。 修改优化目标 仿真运行 该方案的期望收益 4.2 优化策略（2）?外部优化过程 + 仿真平台 VBA+ARENA 4.2.1 问题描述－Job Shop 车间作业排序问题（Job Shop Scheduling）是生产系统和服务系统中的一类典型问题，其一般描述如下：有M个资源，N个作业，各作业在资源上的处理路径和时间(或成本)可能不同，研究目标是确定每个资源上的作业顺序和开工时间，使得某项评价指标达到