青岛大学计算机模拟.ppt

授课教师：孙光辉 Email： Date1 Computer simulation is an integral part of contemporary basic and applied science and is approaching a role equal in importance to the traditional experimental and theoretical approaches. Date2 I hear and I forget. I see and I remember. I do and I understand. -The philosophy of this course- Date3 概述概述 一、计算机模拟的概念一、计算机模拟的概念 模拟（模拟（simulation)simulation)就是用一个模型来模仿真实的系统。就是用一个模型来模仿真实的系统。 日常生活中我们可以看到许许多多的模仿现象，例如象棋模日常生活中我们可以看到许许多多的模仿现象，例如象棋模 拟陆军作战的过程，博物馆内的火箭与卫星模型是对火箭与拟陆军作战的过程，博物馆内的火箭与卫星模型是对火箭与 卫星实物的模拟，儿童玩具中的积木可粗糙地搭成各种建筑卫星实物的模拟，儿童玩具中的积木可粗糙地搭成各种建筑 物的模型物的模型。 计算机模拟是在计算机上通过系统模型模拟一个实际存在或 正在设计中的真实系统，以再现(实现可视化)或分析(数值计 算)真实系统的本质特征。 Date4 二、数学模型 现实世界的本质反映或科学的抽象 (数学公式） Date5 三、计算机模拟是一种科学方法 真实世界 概念世界 观察 现象 构模（分析） 预测 -科学方法的图解 Date6 四、计算机模拟的应用与发展 lVon Neumann 与 Ulam负责的研究项目- -蒙特卡罗计划 设计核屏蔽防护 l航天航空科学方面 宇航员培训仿真系统、核 电站仿真机等 l工业部门 交通运输、生产调度、规划决策等 l科学研究 自然科学、社会科学等 l军事领域 国防现代化建设、战争演练。 l图片示例链接 Date7 五、计算机模拟的重要意义 l正确性 l经济性 l安全性 l复杂性 Date8 总之，计算机模拟不受实验条件、时 间和空间的限制，这使它具有极大的灵 活性和任意性，因而它是一个解决基础 科学和应用科学中各种理论和实际问题 的强有力的工具。 Date9 参考书： 1. 数学模型,姜启源编著, 高等教育出版社。 2.计算机模拟技术，傅廷亮编著，中国科技技 术大学出版社（2001年）。 3. 计算机模拟和 Monte Carlo方法，方再根编著 , 北京工业学院出版社。 4. An Introduction to Computer Simulation - Woolfson and Pert 1999 oxford university press 5. A Guide to simulation, Springer-verlag, New York(1983), Bratley。 Date10 第一章 计算机模拟技术基础 1.1 基本概念 1.模拟的定义 利用物理的、数学的模型来模仿现 实 过程，以寻求过程规律的一种方法。 即选取一个系统的某些行为特征,用另外一个系统 来表示它们的过程。 2.模拟的分类方法 （1）物理模拟（实物模拟）：对系统的实际行为和 过程进行模拟的方法。 （2）数学模拟：用数学的语言、方法去近似地刻划 实际问题。此刻划的数学表述就是一个数学模型 解析模型 统计模型 Date11 （3）混合模拟（半实物模拟）：把物理模型、 数学模型以及实物联合在一起进行模拟的一 种方法。 3.计算机模拟的定义-在计算机上通过系统 模型模拟一个实际存在或正在设计中的真实 系统,以再现(实现可视化)或分析(数值计算)真 实系统的本质特征。 通常的方式是用计算机 求解数学模型，并可将系统过程演示出来。 4.为什么要进行计算机模拟 （1）实际系统危害大，危险性大。 （2）实际系统具有不可重复性。 （3）实际系统无法观察，感受和操作。 Date12 （4）在实际系统上作业会干扰正常工作。 （5）实际系统太贵重，需要省钱。 （6）实际系统规模大，难以解析化，且具有不 确定性，用一般的方法无法解决。 总之，采用计算机模拟可以方便地修改 系统的参数，改变系统的结构，可以帮助我 们选择合理的模型，定量地评价模型，改进 现有的模型，并求出已经建立的数学模型的 最终结果。 Date13 1.2 计算机模拟模型 一、系统的定义和分类 1.系统：为了达到某种目的的一组具有特定功能， 彼此之间互相联系的若干要素的有机整体。 （1）整体性 （2）相关性 2.系统研究的主要内容 实体（组成系统的要素）、属性、活动 如：对一个工厂系统 实体：部门、订单、产品 属性：部门类型、订单数量、产品数量 活动：生产、销售、采购、装配 Date14 对简单的银行系统： 实体：出纳员、顾客 属性：帐户号、支票号 活动：存款、取款 3.系统的边界和环境 边界-包含了所研究对象的所有部件。 环境-对系统的活动结果产生影响的外部因素。 4.系统的分类 连续系统 离散系统 二、模型 模型：对系统有关结构信息和行为的某种形式的描 述。 物理模型 数学模型 Date15 计算机模拟所采用的数学模型分类表 模型