建模与仿真理论 集成离散事件与连续复杂动态系统 第2版PDF电子书下载

第一部分 基础 2

第1章 系统建模概念介绍 2

1.1 系统规范的形式体系 2

1.1.1 与面向对象的关系 4

1.1.2 系统形式体系的演化 4

1.1.3 连续与离散形式体系的合并 5

1.1.4 量化系统 6

1.1.5 DEVS的扩展 7

1.2 系统知识的层次 8

1.3 系统规范的层次结构介绍 10

1.4 非形式化表示的规范层次 11

1.4.1 观测构架 11

1.4.2 I/O行为与I/O功能 12

1.4.3 状态转移系统规范 13

1.4.4 耦合组件系统规范 14

1.5 系统规范态射：基本概念 14

1.6 总结 17

1.7 参考文献 17

第2章 建模与仿真框架 19

2.1 框架中的实体 20

2.1.1 源系统 20

2.1.2 试验构架 20

2.1.3 模型 22

2.1.4 仿真器 22

2.2 实体间的主要关系 23

2.2.1 建模关系：有效性 23

2.2.2 仿真关系：仿真器的正确性 24

2.3 其他重要关系 24

2.3.1 作为有效简化的建模 24

2.3.2 试验构架：模型关系 25

2.4 时间 26

2.5 总结 27

2.6 参考文献 27

第3章 建模形式体系及其仿真器 28

3.1 绪论 28

3.2 离散时间模型及其仿真器 28

3.2.1 离散时间仿真 30

3.2.2 元胞自动机 31

3.2.3 元胞自动机仿真算法 33

3.2.4 元胞自动机仿真的离散事件方法 34

3.2.5 开关自动机/串行机 35

3.2.6 线性离散时间网络及其状态行为 36

3.3 微分方程模型及其仿真器 38

3.3.1 连续系统仿真 39

3.3.2 连续系统中的反馈 42

3.3.3 基本线性系统 43

3.3.4 非线性振荡器：有限周期和混沌行为 47

3.3.5 连续系统仿真语言与系统 49

3.4 离散事件模型及其仿真器 51

3.4.1 概述 51

3.4.2 离散事件元胞自动机 51

3.4.3 离散事件世界视图 54

3.5 总结 56

3.6 参考文献 57

第4章 离散事件系统规范介绍 59

4.1 简介 59

4.2 经典DEVS系统规范 59

4.2.1 DEVS实例 61

4.2.2 带端口的经典DEVS 67

4.2.3 经典DEVS耦合模型 68

4.3 并行DEVS系统规范 71

4.3.1 带缓冲器的处理器 72

4.3.2 并行DEVS耦合模型 73

4.4 层次化模型 74

4.5 DEVS的面向对象实现：入门 75

4.6 总结 77

4.7 参考文献 77

第5章 系统规范的层次结构 79

5.1 时基 79

5.2 段和轨道 80

5.2.1 分段连续段 82

5.2.2 分段定常段 82

5.2.3 事件段 83

5.2.4 序列 84

5.3 I/O观测构架 84

5.4 I/O关系观测 85

5.5 I/O功能观测 86

5.6 I/O系统 87

5.6.1 从系统结构到行为 88

5.6.2 定常系统 90

5.6.3 特殊情况：无输入和无记忆系统 92

5.7 迭代式系统规范 93

5.7.1 产生器段 94

5.7.2 产生器状态转移系统 96

5.8 多变量集合和结构化系统 99

5.9 多组件系统规范 100

5.10 系统规范网络（耦合系统） 102

5.10.1 耦合系统规范 102

5.10.2 结构化系统层的耦合系统规范 103

5.11 总结 105

5.12 参考文献 106

第二部分 建模形式体系与仿真算法 110

第6章 基本形式体系：DEVS、DTSS、DESS 110

6.1 基本系统规范形式体系 110

6.2 离散事件系统规范（DEVS） 111

6.2.1 经典DEVS 111

6.2.2 DEVS说明的结构 112

6.2.3 合理性：何时由DEVS说明的结构是一个真正的系统 114

6.3 并行DEVS 115

6.4 离散时间系统规范（DTSS） 116

6.5 微分方程系统规范（DESS） 117

6.6 小结 119

第7章 基本形式体系：耦合多组件系统 120

7.1 离散事件说明的网络形式体系 120

7.1.1 经典DEVS耦合模型 121

7.1.2 并行DEVS的耦合模型 123

7.2 多组件离散事件系统形式体系 126

7.2.1 事件调度模型 128

7.2.2 事件调度和活动扫描的组合仿真策略 129

7.2.3 进程交互模型 130

7.2.4 将非模块化多组件DEVS模型转化为模块化模型 131

7.2.5 在分布式仿真中的状态更新 132

7.3 离散时间说明的网络形式体系 132

7.4 多组件离散时间系统形式体系 135

7.5 微分方程描述的网络形式体系 136

7.6 多组件微分方程描述的系统形式体系 137

7.7 总结 139

7.8 参考文献 140

附录 141

第8章 基本形式体系仿真器 143

8.1 DEVS仿真器 144

8.1.1 基本DEVS仿真器 145

8.1.2 模块化DEVS网络仿真器 147

8.1.3 根协调器 151

8.2 DEVS总线 152

8.2.1 事件调度多组件DEVS仿真器 152

8.2.2 活动扫描和进程交互多组件DEVS仿真器 154

8.3 DTSS仿真器 156

8.3.1 原子DTSS仿真器 157

8.3.2 瞬时函数仿真器 159

8.3.3 非模块化多组件DTSS仿真器 159

8.3.4 耦合DTSS仿真器 160

8.3.5 根协调器 163

8.4 DESS仿真器 163

8.4.1 DESS因果仿真器 164

8.4.2 DESS非因果仿真器 165

8.5 总结 167

8.6 参考文献 167

第9章 多形式体系建模与仿真 168

9.1 特殊形式体系简介 168

9.1.1 DESS的次形式体系：系统动力学和Bond图 168

9.1.2 DEVS的次形式体系：Petri网和状态图 169

9.2 多形式体系建模 170

9.3 DEV＆DESS：组合离散事件和微分方程说明的系统 171

9.3.1 一个简单例子：装桶机的DEV＆DESS模型 173

9.3.2 由一个DEV＆DESS说明的系统 176

9.4 基于DEV＆DESS的多元建模 176

9.5 耦合DEV＆DESS：多形式体系模型的网络 179

9.5.1 基本形式体系包含于DEV＆DESS之中 179

9.5.2 耦合的DEV＆DESS形式体系 181

9.6 DEV＆DESS仿真器 183

9.6.1 DEV＆DESS的仿真器和协调器 184

9.6.2 集成不同建模形式体系 187

9.7 参考文献 189

附录A DEV＆DESS说明的系统 191

附录B 多形式体系说明的系统——DEV＆DESS网络的耦合封闭性 193

第10章 基于离散事件系统规范（DEVS）的扩展形式体系 195

10.1 随机系统：处理不确定性的传统方法 196

10.2 DSDEVS（动态结构DEVS） 197

10.2.1 DSDEVS的耦合封闭性 199

10.2.2 实例：自适应的处理结构 199

10.3 符号DEVS 202

10.3.1 符号DEVS的耦合模型 202

10.3.2 实例：基本结构的性能评价 203

10.4 模糊DEVS 207

10.4.1 基本的模糊DEVS形式体系 208

10.4.2 在DEVS中嵌入模糊DEVS 211

10.4.3 实例：锅炉系统的模糊DEVS模型 211

10.5 实时DEVS（RT-DEVS） 212

10.5.1 实时DEVS模型的形式化规范 213

10.5.2 RT-DEVS模型的运行 213

10.5.3 RT-DEVS的实例：电梯控制 214

10.5.4 实时仿真和RT-DEVS 217

10.6 总结 218

10.7 参考文献 218

第11章 并行和分布式离散事件仿真 220

11.1 并行离散事件仿真的问题特征 221

11.2 保守并行离散事件仿真 222

11.3 乐观并行离散事件仿真 230

11.3.1 时间弯曲DEVS仿真器 232

11.3.2 无风险的乐观DEVS仿真器 237

11.4 并行DEVS仿真器 240

11.5 总结 243

11.6 参考文献 244

第三部分 系统态射：抽象，表示，逼近 250

第12章 系统多态的层次 250

12.1 I/O构架的映射 251

12.2 I/O关系观测的态射 252

12.3 I/O功能态射 253

12.4 I/O系统态射 255

12.4.1 I/O系统态射推导IOFO和IORO映射 257

12.4.2 划分格和系统的简化版本 258

12.5 迭代说明的系统的系统态射 261

12.5.1 迭代规范态射包含I/O系统态射 262

12.5.2 迭代说明的系统态射的特殊化 262

12.6 结构化系统的态射 264

12.7 多组件系统态射 266

12.8 系统网络态射 269

12.9 同态和级联复合 272

12.10 可实现的I/O关系和功能的描述 274

12.11 总结 277

12.12 参考文献 277

第13章 抽象：构建模型族 279

13.1 范围/分辨率/交互乘积 279

13.1.1 复杂度 280

13.1.2 数目/分辨率的权衡：简化方法 281

13.1.3 目标和试验构架如何决定抽象可能性 283

13.2 模型的集成族 284

13.2.1 集成模型族示例：太空旅行 284

13.2.2 太空旅行基础模型 284

13.3 聚合：齐性/耦合无差别原则 287

13.3.1 匿名施加的耦合条件 289

13.3.2 构建基于身份清除聚合的集总模型 291

13.3.3 全对一耦合 294

13.3.4 聚合模型构建实例：太空旅游 295

13.3.5 通过状态和块加细构建聚合 297

13.3.6 时间比例尺关系 298

13.3.7 身份清除聚合的通用性/适用性 298

13.4 基于事件控制的抽象 299

13.4.1 基于边界的DEVS 300

13.4.2 DEVS抽象：太空旅行例子 301

13.5 参数态射 303

13.5.1 线性系统的参数态射 304

13.5.2 可集总例子：线性DTSS和参数态射 304

13.5.3 对参数和状态空间的约束：解聚 305

13.5.4 集成模型族中参数态射的运用 306

13.6 总结 307

13.7 参考文献 307

第14章 校核、验证、近似态射：与误差共存 310

14.1 校核 310

14.2 行为层次的验证 311

14.2.1 定量比较 313

14.2.2 定性比较 314

14.3 性能/有效性权衡（如速度/准确度） 314

14.4 近似态射与误差行为 317

14.4.1 近似态射与规范层次结构 317

14.4.2 近似同态与误差传播 318

14.4.3 实例：近似线性系统同态 321

14.5 耦合系统层的近似态射 323

14.6 结构层次的验证 325

14.6.1 校准、参数辨识、灵敏度 326

14.6.2 局部/全局、跨模型验证 326

14.7 参考文献 327

第15章 DEVS和类DEVS系统：普遍性和唯一性 328

15.1 经典DEVS与并行DEVS之间的关系：有一种还是两种DEVS 329

15.2 DEVS的普遍性和唯一性 330

15.2.1 具有DEVS接口的系统 330

15.2.2 类DEVS系统的行为 331

15.2.3 DEVS的普遍性 332

15.2.4 例子：类DEVS系统的实现 333

15.2.5 DEVS的唯一性 334

15.3 DTSS的DEVS表示 335

15.3.1 无输入Moore 335

15.3.2 多端口FNSS 336

15.3.3 有输入的Moore DTSS 337

15.3.4 Mealy DTSS 337

15.3.5 DTSS耦合模型的DEVS强仿真 337

15.4 DTSS网络的高效DEVS模拟 339

15.5 总结 340

15.6 参考文献 340

附录用DEVS同态地表示类DEVS系统 342

第16章 DEVS对系统的表示 345

16.1 DEVS总线回访 345

16.2 使用传统方法的DEVS表示 347

16.2.1 DESS积分器的DTSS仿真 349

16.2.2 采用DTSS方法的耦合系统仿真 350

16.2.3 具有任意小误差的耦合DESS离散化仿真 351

16.2.4 通过DTSS仿真的DESS的DEVS表示 352

16.3 量化：另一种表示DEVS的方法 353

16.3.1 量化系统 354

16.3.2 精确可量化的系统 354

16.3.3 量化积分器：DESS近似 356

16.3.4 具有量化组件的耦合系统 357

16.3.5 具有任意小误差的耦合系统的量化仿真 359

16.3.6 具有任意小误差的耦合DESS量化仿真 360

16.3.7 量化系统的DEVS表示 361

16.3.8 量化积分器的DEVS表示 362

16.3.9 耦合量化系统的DEVS仿真 363

16.3.10 基于量化的DESS的DEVS仿真 363

16.4 量化的模拟研究 364

16.4.1 一些指示性的仿真结果 365

16.4.2 量化DEVS与采用DESS的纯DTSS的比较 367

16.4.3 由二阶线性振荡器得到的领悟 369

16.5 进一步研究的猜想 370

16.6 总结 371

16.7 参考文献 372

16.8 问题 373

附录A 闭环DTSS仿真 375

附录B 一致可分段输入集合 377

附录C 采用DEVS方法的精确仿真 379

附录D 闭环量化模拟 380

第四部分 系统设计、建模与仿真环境 384

第17章 基于DEVS的设计方法 384

17.1 方法概述 384

17.2 DEVS定义语言 386

17.2.1 原子DEVS定义 387

17.2.2 耦合DEVS定义 389

17.2.3 实例：产生器-缓冲器-处理器模型 390

17.3 DEVS定义的执行 393

17.4 逻辑分析：模型校核 394

17.4.1 使用时序逻辑的断言规范 395

17.4.2 TL规范语言 399

17.5 使用语言验收检查的模型校核 400

17.6 性能评估 402

17.7 实现：DEVS模型执行 402

17.8 总结 403

17.9 参考文献 404

第18章 系统实体结构/模型库框架 405

18.1 基于系统实体结构的模型库管理 406

18.2 系统实体结构 407

18.3 系统实体结构/模型库（SES/MB）框架 409

18.4 实例：一个事务处理系统的设计 410

18.4.1 系统实体结构 410

18.4.2 模型库 411

18.4.3 剪枝和模型综合 412

18.4.4 性能评价 413

18.5 SES的自动剪枝 413

18.6 总结 414

18.7 参考文献 415

第19章 协作及未来 416

19.1 建模与仿真体系结构 416

19.2 协作是如何支持建模与仿真的 418

19.2.1 模型构建 418

19.2.2 模型复合 418

19.2.3 通过协作环境支持建模与仿真 419

19.3 总结 419

19.4 参考文献 420