【摘 要】作者以“計(jì)算機(jī)系統(tǒng)建模與仿真”為題，對(duì)其發(fā)展現(xiàn)狀、技術(shù)特征、存在問(wèn)題以及應(yīng)對(duì)措施等進(jìn)行了深入的研究和探討，以期對(duì)現(xiàn)實(shí)的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)建模與仿真技術(shù)的開(kāi)發(fā)和應(yīng)用提供一定的借鑒與指導(dǎo)意義。

【關(guān)鍵詞】計(jì)算機(jī)系統(tǒng) 建模 仿真

眾所周知，計(jì)算機(jī)仿真是基于系統(tǒng)模型而進(jìn)行的一系列操作活動(dòng)。因此，首先要針對(duì)目標(biāo)對(duì)象的實(shí)際系統(tǒng)建立其數(shù)據(jù)模型；其次是建構(gòu)仿真建模；第三是相關(guān)程序的設(shè)計(jì)和完善；第四是進(jìn)行程序的檢驗(yàn)和校正；第五是對(duì)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)仿真模型進(jìn)行預(yù)期的實(shí)驗(yàn)操作和資料收集；最后是對(duì)模型輸出或者是前期收集到的資料進(jìn)行分析和研究。

目前，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)仿真建模的基本研究方法是模型分析法，也即是通過(guò)一系列的模型分析和模型實(shí)驗(yàn)對(duì)現(xiàn)實(shí)世界中的實(shí)際系統(tǒng)進(jìn)行認(rèn)識(shí)、控制和優(yōu)化。在當(dāng)前社會(huì)環(huán)境下，面向系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)既包含了連續(xù)變量動(dòng)態(tài)系統(tǒng)仿真模型，同時(shí)也包含了離散事件動(dòng)態(tài)系統(tǒng)仿真模型。

連續(xù)變量動(dòng)態(tài)系統(tǒng)（CVDS）的仿真建模分析

該系統(tǒng)主要是指在時(shí)間驅(qū)動(dòng)的作用下，促使整個(gè)系統(tǒng)狀態(tài)處于不斷變化之中的一種特殊的物理系統(tǒng)。正如上文所說(shuō)，在連續(xù)變量動(dòng)態(tài)系統(tǒng)仿真模型中，系統(tǒng)內(nèi)部諸多因素之間的變化關(guān)系以及系統(tǒng)的運(yùn)作流程或者是運(yùn)作規(guī)律等主要是通過(guò)方程式的形式進(jìn)行描述的，而且仿真結(jié)果是系統(tǒng)內(nèi)部變量隨著時(shí)間變化的一系列事件過(guò)程。一般來(lái)說(shuō)，根據(jù)特定系統(tǒng)中取值方式以及時(shí)間取值域的不同，連續(xù)變量動(dòng)態(tài)系統(tǒng)大致可以分為離散時(shí)間動(dòng)態(tài)系統(tǒng)、連續(xù)時(shí)間動(dòng)態(tài)系統(tǒng)以及連續(xù)——離散時(shí)間混合的動(dòng)態(tài)系統(tǒng)等幾種不同的類(lèi)型，現(xiàn)今應(yīng)用廣泛的工程采樣系統(tǒng)大多數(shù)使用離散時(shí)間動(dòng)態(tài)系統(tǒng)。目前，諸多仿真與建模工程師主要是采用差分方程模型、常/偏微分方程模型、系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型、（廣義）回歸模型、線(xiàn)性/非線(xiàn)性狀態(tài)空間模型、自回歸模型（AR）、受控自回歸滑動(dòng)平均（CARMA）模型、滑動(dòng)平均模型等諸多數(shù)學(xué)模型樣式來(lái)描述連續(xù)變量動(dòng)態(tài)系統(tǒng)。另外，連續(xù)變量動(dòng)態(tài)系統(tǒng)的仿真模型樣式很多，目前主要用于將模型轉(zhuǎn)換成計(jì)算機(jī)系統(tǒng)可以識(shí)別并執(zhí)行的模型的方式包括離散相似法、變換操作域的方法、模型轉(zhuǎn)化法、高階系統(tǒng)的簡(jiǎn)化處理方法等。如下圖1所示幾種比較常見(jiàn)的連續(xù)變量動(dòng)態(tài)系統(tǒng)模型之間的轉(zhuǎn)化關(guān)系。

假設(shè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)輸入設(shè)置為{x（t）}、輸出設(shè)置為{y（t）}，那么連續(xù)時(shí)間動(dòng)態(tài)變量系統(tǒng)中討論最多的是以下常系數(shù)高階微分方程模型：

在此情況下，如果系統(tǒng)中包含著隨機(jī)性的輸入信息{ε（t）}，那么連續(xù)時(shí)間隨機(jī)CVDS系統(tǒng)之中的輸入與輸出之間關(guān)系描述常用的隨機(jī)微分方程式為：

在大部分情況下都是將隨機(jī)過(guò)程{ε（t）}假定為某一特定形式的獨(dú)立增量過(guò)程，目前，如下所示的一階隨機(jī)微分方程在系統(tǒng)工程和隨機(jī)自動(dòng)控制領(lǐng)域中發(fā)揮著十分廣泛的應(yīng)用功能。

針對(duì)第一、第二種模型來(lái)說(shuō)，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)仿真主要是研究其相關(guān)系統(tǒng)的系統(tǒng)響應(yīng)、系統(tǒng)穩(wěn)定性、系統(tǒng)速度、系統(tǒng)精確性以及其他過(guò)程行為的重要方式之一，這也是目前計(jì)算機(jī)系統(tǒng)仿真與建模領(lǐng)域重點(diǎn)研究的內(nèi)容之一，對(duì)現(xiàn)實(shí)社會(huì)實(shí)踐活動(dòng)的發(fā)展具有極大的促進(jìn)作用。

離散事件動(dòng)態(tài)系統(tǒng)（DEDS）的仿真與建模研究

離散事件動(dòng)態(tài)系統(tǒng)（DEDS）主要是指受到一系列的事件驅(qū)動(dòng)，系統(tǒng)狀態(tài)呈現(xiàn)出不斷的跳躍式的變化，導(dǎo)致計(jì)算機(jī)系統(tǒng)內(nèi)部狀態(tài)的遷移出現(xiàn)在各種離散時(shí)間點(diǎn)之上的一種動(dòng)態(tài)的系統(tǒng)。目前DEDS模型的種類(lèi)非常多，尚沒(méi)有一個(gè)通用的適合于不同研究對(duì)象或者是系統(tǒng)特征的模型表示方法。

從當(dāng)前的發(fā)展現(xiàn)狀來(lái)看，離散事件動(dòng)態(tài)系統(tǒng)建模常常采用網(wǎng)絡(luò)圖或者是實(shí)踐圖法、排隊(duì)論法、隨機(jī)過(guò)程描述法、形式語(yǔ)言與自動(dòng)機(jī)法、抽象代數(shù)法等諸多方法。如圖2所示，離散事件動(dòng)態(tài)系統(tǒng)仿真主要是通過(guò)仿真模型的運(yùn)行來(lái)實(shí)現(xiàn)一系列的系統(tǒng)行為以及完成對(duì)系統(tǒng)的分析和評(píng)估的。因此，仿真模型的建立必須與現(xiàn)實(shí)生活中真實(shí)系統(tǒng)行為具有一定的同態(tài)或者是同構(gòu)關(guān)系，這是DEDS系統(tǒng)仿真能夠順利進(jìn)行的核心問(wèn)題。由于DEDS系統(tǒng)狀態(tài)在不同的時(shí)間點(diǎn)上呈現(xiàn)出跳躍式的變化，表現(xiàn)出復(fù)雜的非線(xiàn)性特征，因此，其仿真模型一般采用諸如Petric網(wǎng)絡(luò)模型、事件圖模型、自動(dòng)機(jī)模型、排隊(duì)網(wǎng)絡(luò)模型等流圖或者是網(wǎng)絡(luò)圖來(lái)進(jìn)行描述。

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