第4章-系统仿真模型-系统动力学

第四章系统模拟模型系统动力学，主要内容系统模拟的基本概念。系统模拟的本质。系统模拟的作用。系统动力学的学科特性，研究对象、研究方法和基本思路。国内外系统动力学的发展。因果箭头，因果链的基本概念。反馈系统，反馈循环，多反馈掌握系统动力学的学科特性、研究对象、研究方法和基本思路；了解国内外系统动力学的发展了解因果箭头，了解因果的基本概念；反馈系统，反馈回路，了解多反馈回路的基本概念，第四章系统模拟模型系统动力学目录，4-1系统模拟的基本概念及其本质1，基本概念2，系统模拟的本质3，系统模拟的作用4-2系统动力学概述1，系统动力学和开发2，反馈系统4-3系统动力学结构模型1 4-4系统动力学数学模型(结构方程)1，基本概念2，DYNAMO方程4-5DYNAMO模拟计算第一正向反馈循环2，第一负向反馈循环3，第二负向反馈循环4-6系统动力学建模阶段1，系统动力学模型的建模阶段2，DYNAMO模拟过程块基于系统分析目的的概念建立系统模型建立描述系统结构和行为、逻辑和数学特性的模拟模型根据模拟模型获取系统测试和分析决策所需的信息，第6章系统模拟模型系统动力学6-1系统模拟的基本概念和本质，第二章系统模拟的本质解决系统问题的数值解决方案的计算技术更现实地说明进化和发展过程计算机技术是系统模拟的关键第六章系统模拟模型系统动力学6-1系统模拟的基本概念和本质第三，系统模拟的作用是实验过程。 特别是复杂的随机问题是目前唯一令人满意的方法。对于纯粹物理、数学难以建立的系统模型，仿真系统可以无缝解决预测、分析和评价等系统问题。通过仿真将复杂系统降级到多个子系统，便于分析。通过仿真可以鼓舞新战略或新想法的产生。第6章系统仿真模型3354系统动力学6-2系统动力学概述，1，系统动力学及其发展1，系统动力学(2)学科性质：分析研究信息反馈系统的领域，也是理解系统问题和解决系统问题的综合新领域。它是系统科学和经营科学的一个领域，也是沟通自然科学和社会科学领域的横向学科。研究对象：复杂的系统问题，特别是社会、经济和生态系统复杂的大型系统问题。研究复杂系统的结构、功能及行为之间的动态辨证统一关系。第6章系统模拟模型系统动力学6-2系统动力学概述，第一，系统动力学和开发(a)，系统动力学(Systemsdynamics，SD)是什么？研究方法：结合定性和定量分析，采用系统综合推理方法，根据系统动力学的理论和方法建立SD结构模型、SD数学模型，通过计算机技术对系统问题进行定性和定量研究。基本思想：反馈理论。反馈形成了系统结构和变量之间的反馈回路。正负反馈。，第6章系统模拟模型系统动态6-2系统动态概述，1、系统动态和开发(2)，国内外系统动态(SystemSDynamics，SD)开发1国外学者SD研究现状系统动态更深入、更引人注目的系统研究主要来自德国、俄罗斯、西班牙等美国和欧洲1961年，系统动力学的主要创始人Forrest教授发表了工业动力学，并谈了反馈控制理论在包括系统动力学原理、基本结构及应用的产业系统中的应用。1969年，系统动力学的另一个著名应用程序 城市动力学诞生了(1969年)，建立了城市SD模型(UrbanModel，19659)，城市人口首先急剧增加，然后衰退，这是发生在底特律、圣路易斯、波士顿和纽约等许多美国城市的奇怪现象这个模型模拟了工业、人口、住房、税收等城市要素的相互关系，更重要的是，揭示了西方城市从一开始就经过开发、成熟、衰退约200年寿命周期的本质机制和共同过程。第6章系统模拟模型系统动力学6-2系统动力学概述，1，系统动力学和开发(2)，国内外系统动力学(SystemSDynamics，SD)开发1国外学者SD研究现状1972年，系统动力学的研究结果3354 增长的极限世界人口增长和产业发展研究组的展望l梅多斯教授领导的世界SD模式(WORLD)于1900年到第二年2100年建立，模拟了粮食和资源与系统的持续增长，作者得出了地球资源不足以维持现有人口和经济增长率到2100年的结论。构建的世界SD模型非常复杂，研究了人口、农业生产、自然资源、工业生产和环境污染五个要素之间的内在联系及其产生的各种后果。由于多种原因，早期世界模式不成熟，其结论被批判为新马尔萨斯的理论观点，对未来增长的悲观估计。尽管如此，世界SD模式综合症分化和多因素研究问题的想法是可取的，值得参考。第6章系统模拟模型系统动态6-2系统动态概述，1、系统动态和开发(2)，国内外系统动态(SystemSDynamics，SD)开发1国外学者SD研究现状世界SD模型也不断修改和改进，1991年h medos教授0103000这本书的结论利用了完美的世界模型(WORLD模型，1991)。在产业、城市、环境等领域，系统动力学在经济领域也取得了突破，1976年，福雷斯特教授领导的研究小组完成了庞大的SD国家模式3354美国SD模式(SDNM)。这是迄今为止最大的系统动力学模型，方程数为4000，阶数为200，相当于200个非线性微分方程。这个模型可以更好地解释经济学长波理论，包括库兹涅茨中间派(15-25年)和康德拉杰夫的长波(50-60年)的内部奥秘，此外还可以研究经济衰退、通货膨胀、滞胀等问题。第六章系统模拟模型系统动力学6-2系统动力学概述，1、系统动力学和开发(2)国内外系统动力学(SystemSDynamics，SD)开发1国外学者SD研究现状系统动力学国外应用几乎广泛应用于所有系统，所有类型的领域。商业模拟复杂竞争环境的业务模型。经济学解释了Samuelson-Hicks模型。医学研究中模拟了多种药物效果，如在胰岛素治疗后测试糖尿病患者血液葡萄糖水平的医学模型，显示了患者的生理反应。生物模拟和推断捕食者的捕食者问题。还有模拟区域经济模型、模拟生态系统模型等研究。第6章系统模拟模型系统动态6-2系统动态概述，1、系统动态和开发(2)国内外系统动态(SystemSDynamics，SD)开发2国内学者SD研究现状黄振中(1998)领导的研究组表示：“中国可持续发展SD模拟模型模型包括社会、产业开发、资源环境、经济和能源投资。建模目的主要是国家可持续发展的宏观战略服务。中国的国家SD模式人口模块可以根据年龄和性别分为132个横向变量，人口受出生率和死亡率的影响。出生率与生活条件(人均GNP)相关，模特的家庭是生活条件越高，出生率越小；死亡率是由拥挤性、污染、卫生、营养等5个因素累计决定的，这5个因素是使用表函数得出的。中国的国家SD模式在世界SD模式和模型结构上非常相似。第6章系统模拟模型系统动态6-2系统动态概述，1、系统动态和开发(2)国内外系统动态(SystemSDynamics，SD)开发2国内学者SD研究现状咆哮，王成(2002)是人口、资源类似的SD研究包括孙熙华等(1996)济南市可持续发展战略研究、姚健等(2000)成都市可持续发展模拟、何友世等(2001)镇江市可持续发展研究等。第六章系统模拟模型系统动力学6-2系统动力学概述，1、系统动力学和开发(2)国内外系统动力学(SystemSDynamics，SD)开发2国内学者SD研究现状(2001)是区域可持续发展的完整框架集，第6章系统模拟模型系统动力学6-2系统动力学概述，1、系统动力学和开发(2)国内外系统动力学(SystemSDynamics，SD)开发2国内学者SD研究现状方林(2003)将指标系统和SD模型结合起来，首先进行生态输送各种模型方法通过一系列承载能力指数计算最终结果，通过指数变化的总体趋势和各种变化方案，推导出区域的约束和发展对策。第6章系统模拟模型系统动态6-2系统动态概述，1、系统动态和开发(2)国内外系统动态(SystemSDynamics，SD)开发2国内学者SD研究现状单考虑地区(包括城市)土壤和水资源承载能力或环境承载能力变化研究魏斌高延春，刘流明(1996)以汉中平坝地区水资源供需平衡为主要思想，建立水资源sd模型，模拟其他方案结果，使用模糊数学方法建立5个指标，进行方案评价，外部政策变量是水资源投资系数和产业增长率。第6章系统模拟模型系统动力学6-2系统动力学概述，1、系统动力学和开发(2)国内外系统动力学(SystemSDynamics，SD)开发2国内学者SD研究现状陈炳，郭怀成(2000)qaicheng陈婉芝(2000)对多个时期的遥感数据进行了分析，分析了深圳土地变化趋势，分析了人口、产业、淡水、住房和土地的关系，建立了深圳土地变化SD模型，显示了该城市土地长期s型变化的趋势和规律。西瑞西站，瑞香、张英珍等(2000)结合GM(1，1)灰度分析SD模型参数，模拟温州耕地变化趋势。陈新鹏、大秦等(2002年)建立了估算西北干旱地区土壤和水分承载能力的SD模型，通过土地变化趋势分析了耕地可提供的蛋白质值和热量水平，判断了地区生态超载的程度和发展变化。第6章系统模拟模型系统动力学6-2系统动力学概述，1、系统动力学和开发(2)国内外系统动力学(SystemSDynamics，SD)开发3目前我国SD研究的不足(1)SD优化属于政策优化，属于最优控制问题，但SD的非线性是一般的就是预先设计政策方案，通过仿真结果在方案中选用。政策方案会影响模型的参数和结构，对建模和分析人员的经验和技术要求很高，数学严格意义上的最优状态也很难实现。第6章系统模拟模型系统动态6-2系统动态概述，1、系统动态和开发(2)国内外系统动态(SystemSDynamics，SD)开发3目前中国的SD研究不足(2)缺乏适合区域问题系统动态建模的通用结构的基本研究工作(宋税)从区域系统性和包容性的结合入手，建立区域层次的共性结构，是当前这一领域的重要研究方向和研究热点。(3)系统动力学模型的可移植性差。大部分系统动力学模型是针对特定地区或产业的一次性使用，在论文中探讨的文献中没有发现对模型的二次开发和跟踪研究。第六章系统模拟模型系统动力学6-2系统动力学概述，第二，反馈系统(a)反馈是什么？反馈是指系统的“输出”与系统外部环境的“输入”之间的关系。系统状态的一部分，可以在系统外部直接测量。单元、子块或外部环境(相对于系统)表示应用于系统本身的角色。第6章系统模拟模型系统动力学6-2系统动力学概述，第二章，反馈系统(2)因果图1，从原因因素开始的因果箭头，结果因素的垂直边缘。、“、”、“、”、“-”等原因与结果方向不一致，出生人口和总人口数产品的接收和现有量，死亡人口和总人口数产品的发放和现有量，第六章系统模拟模型3354系统动态6，-阴极因果链，-阴极因果链，-所有因果箭头都有正