系统建模与仿真(作业集).doc
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系统建模与仿真(作业集).doc
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第一章测试题
一.填空题
1:
建模与仿真主要包括_______、_______和_______三个组成部分。
答案
实际系统。
模型。
计算机
2:
系统是指按照某些规律结合起来,_______、_______的所有实体的_______。
答案
互相作用。
互相依存。
集合或总和
3:
理发馆作为一个人工系统,该系统中的实体有_______和_______。
答案
服务员。
顾客
4:
模型是对相应的_______和_______中那些有用的和令人感兴趣的特性的抽象,是对系统_______的描述。
答案
真实对象。
真实关系。
某些本质方面
5:
风景名胜区的模型属于_______。
答案
物理模型
6:
联系系统仿真的三个基本活动是_______、_______和_______。
答案
系统。
模型。
计算机
7:
黑箱是一个可观测到其_______和_______ ,但不知其_______的系统。
答案
输人值。
输出值。
内部结构
8:
系统仿真建模的信息源主要来自_______、_______和_______三个方面。
答案
先验理论。
观测数据。
专家经验
9:
对系统的描述,一般可以分为_______、_______和_______三级,其中,最低一级是_______,在这一级系统被视为_______。
答案
行为级。
状态结构级。
结构分解级。
行为一级。
黑箱
10:
智能仿真技术的开发途径是_______和 _______。
答案
人工智能。
仿真技术的集成化
二.选择题
1:
在实现分布交互仿真的关键技术中,_______是基础。
(A)网络技术 (B)支撑环境技术 (C)组织和管理
答案
A
2:
以知识为核心,以人类思维行为作背景,引人整个建模与仿真过程,构造各处基本知识的仿真系统,这种仿真是_______。
(A)定性仿真 (B)智能仿真 (C)面向对象仿真
答案
B
3:
在系统与模型之间,如果在行为一级等价,则称为_______。
(A)同构模型(B)同态模型(C)数学模型
答案
B
4:
在多媒体仿真的基础上,强调三维动画、交互功能,支持触、嗔、味、知觉的仿真是_______。
(A)可视化仿真(B)分布交互仿真(C)虚拟现实仿真
答案
C
5:
用于训练各种工厂(如电厂、化工厂、核电站、电力网等)运行操作人员的仿真系统属于_______类型。
(A)博弈决策型(B)载体操作型(C)过程控制型
答案
C
6:
沙盘模型是_______模型。
(A)数学模型(B)物理模型 (C)模型的非形式描述
答案
B
7:
同构模型在_______等价。
(A)状态结构级(B)行为级 (C)结构分解级
答案
A
三.简答题
1:
简述模型的概念及其分类。
答案
模型是对相应的真实对象和真实关系中那些有用的和令人感兴趣的特性的抽象,是对系统某些本质方面的描述,它以各种有用的形式提供被研究系统的描述信息。
模型可分为物理模型、数学模型、模型的非形式描述三大类。
2:
简述系统仿真的概念。
答案
系统仿真是以相似原理、系统技术、信息技术及其应用领域有关专业技术为基础,以计算机、仿真器和各种专用物理效应设备为工具,利用系统模型对真实的或设想的系统进行动态研究的一门多学科的综合技术。
系统仿真基于模型,通过对模型的实验达到研究系统的目的。
3:
系统仿真有哪些基本活动?
联系这些活动的要素是什么?
答案
系统仿真有三个基本的活动,即系统建模、仿真建模和仿真试验。
联系这三个活动的要素是系统、模型、计算机。
4:
简述黑箱、白箱、灰箱系统的概念。
答案
一个可观测到其输人和输出值,但不知道其内部结构的系统,可视为黑箱系统;已知其内部结构的系统,可视为白箱系统;介于白箱和黑箱之间的,是灰箱系统。
四.分析说明题
1:
复杂系统建模与仿真的主要方法有哪些?
答案
复杂系统建模与仿真的主要方法:
(1)参数优化方法。
基于系统辨识和参数估计理论的目标函数最优化方法。
(2)定性仿真方法。
基于建立模型框架,对于参数采取定性处理的方法。
(3)模糊仿真方法。
基于模糊数学,在建立模型框架的基础上,对于观测数据的不确定性,采取模糊数学的方法进行处理。
(4)归纳推理方法。
基于黑箱概念,假设对系统结构一无所知,只从系统的行为一级进行建模与仿真,根据系统观测数据,生成系统定性行为模型,用于预测系统行为。
(5)系统动力学方法。
基于信息反馈及系统稳定性的概念,认为物理系统中的动力学性质及反馈控制过程在复杂系统中同样存在。
通过专家对复杂系统机理的研究,建立复杂系统动力学模型,通过运转这个模型去观察系统在外力作用下的变化。
2:
系统仿真方法学的发展分为哪两个阶段?
简述这两个阶段的主要区别。
答案
系统仿真方法学的发展大致可分为两个阶段:
20世纪40年代至70年代,传统系统仿真方法学发展阶段;20世纪80年代至今,复杂系统仿真方法学发展阶段。
两个阶段的主要区别如下:
(1)建模在两个系统仿真方法学中重要性不同。
后者较前者有增长。
(2)面向对象不同。
传统的系统仿真方法学主要是面向工程系统,如航空、航天、电力、化工等,这类系统具有良好定义和良好结构,具有充分可用的理论知识,可以采用演绎推理的方法建模。
复杂系统仿真方法学主要是面向社会、经济、生态、生物等十分复杂的非工程系统。
仿真这些复杂系统的难点主要在于系统的病态定义和病态结构,以及无充分可用的理论和先验知识。
(3)侧重点不同。
传统系统仿真方法中的建模侧重对形式化模型进行演绎推理、实验、分析,具有工程技术的特点。
复杂系统仿真方法侧重解决如何建立系统的形式化模型,建立一种抽象的表示方法以获得对客观世界和自然现象的深刻认识,是面向科学的。
第二章测试题
一.填空题
1:
系统模型是用来研究_______及_______的工具,它常常是用_______、_______、_______等形式表示的行为数据的一组指令。
答案
系统功能。
规律。
数学公式。
图。
表
2:
系统模型的最主要表示方式是_______。
答案
数学表达方式
3:
系统的数学模型是对_______与_______ 的作用关系,以及_______所做的抽象,并将此抽象用数学方式表达出来。
答案
系统。
外部。
系统内在的运动规律
4:
系统数学模型的建立需要按照模型论对_______、_______状态变量及其间的_______进行抽象,这种抽象理论称为_______。
答案
输人。
输出。
函数关系。
理论构造
5:
根据模型的时间集和分类,数学模型可分为_______模型和_______模型。
答案
连续时间。
离散时间
6:
根据对变量的了解程度分类,系统模型可以分为_______、_______、_______等。
答案
白箱模型。
黑箱模型。
灰箱模型
7:
传统的数学建模方法一般有两大类,即_______和_______。
答案
机理分析建模。
实验统计建模
8:
归纳就是从特殊的_______推进到一般的_______的一种思维方式,演绎推理是由_______推出_______的推理方法。
答案
具体认识抽象认识。
一般性的命题。
特殊命题
9:
模型求解中最有力的工具是_______。
答案
计算机模拟仿真
10:
因果性原则要求系统的_______和_______满足函数映射关系,它是数学建模的必要条件。
答案
输人量。
输出量
二.选择题
1:
系统在有确定输人时,得到的输出却不确定,这种事物发展变化没有确定因果关系的模型是_______。
(A)连续变化模型 (B)离散变化模型 (C)随机性模型
答案
C
2:
在系统建模准备阶段工作完成之后,需要进行下列_______阶段的工作。
(A)系统建模阶段 (B)系统认识阶段 (C)型求解阶段
答案
B
3:
忽略具体事物的特殊性,着眼于整体和一般规律,这种研究方法是_______。
(A)抽象 (B)归纳 (C)演绎
答案
A
4:
数学模型根据模型的状态变量可以分为_______。
(A)连续变化模型和离散变化模型 (B)连续时间模型和离散时间模型
(C)确定性模型和随机性模型
答案
A
5:
由一般性的命题推出特殊命题的推理方法是_______。
(A)移植 (B)归纳 (C)演绎
答案
C
三.简答题
1:
简述建模过程箝要遵循的原则。
答案
系统建模需要遵循的原则:
①系统建模应当遵循可分离原则;②系统建模应当遵循假设的合理性原则;③系统建模应当遵循因果性原则;④系统建模还应当遵循输人量和输出量的可测量性、可选择性原则,对于动态模型还应当保证适应性原则。
2:
系统建模的步骤可划分为哪几个阶段?
答案
系统建模的步骤大致可分为以下几个阶段:
①准备阶段;②系统认识阶段;③系统建模阶段;④模型求解阶段;⑤模型分析与检验阶段。
3:
系统建模为什么要遵循假设的合理性原则?
答案
在实际问题中,无论是物理系统、经济系统,还是其他的自然科学系统,数学建模的过程都是对系统进行抽象,并且提出一些合理的假设,假设的合理性直接关系到系统模型的真实性,所以建模应当遵循假设的合理性原则。
4:
在系统认识阶段,需要进行哪些工作?
答案
①认识系统建模的目标;②认识系统建模的规范;③认识系统建模的要素;④认识系统建模的关系及其限制。
5:
从对数学模型的要求、建模的过程与步骤来看,建立数学模型应该具备哪些能力?
答案
从对数学模型的要求、建模的过程与步骤来看,建立数学模型应具备以下几方面的能力:
①分析综合能力;②抽象概括能力;③想象洞察能力;④运用数学工具的能力;⑤通过实践验证数学模型的能力。
四.分析说明题
1:
复杂系统建模需要经历哪些建模步骤?
答案
对于复杂系统,建模的主要步骤如下:
(1)阐述复杂系统的目的和问题。
(2)用略图定性的描述系统结构、环境。
(3)确定有关的成分、要素、变量和子系统,做出分图表明它们之间的关系。
(4)描述子系统的输人输出关系,确定子系统变量。
(5)模型假设以扩充或者省略输人输出关系,说明关系的形式,并构造变量关系式推导模型方程。
(6)模型求解寻求最优或次优解。
(7)数据测试做检验。
(8)模型使用,研究系统性状。
第三章测试题
一.填空题
1:
系统模型一般是通过_______来描述的,用微分方程来描述_______,用差分方程来描述_______,用微分方程和差分方程联合表示_______。
答案
数学方程式。
连续系统。
离散系统。
混合系统
2:
建立微分方程常用的方法是_______和_______。
答案
按变化规律直接列方程。
模拟近似法
3:
常用的连续系统数学模型有_______、_______、_______。
答案
微分方程模型。
传递函数模型。
状态空间模型
4:
实际问题中的速率、增长、衰变及边际等都可以用_______转变成数学语言。
答案
导数
5:
由于大多数微分方程是求不出其解的,因此研究其_______和_______是十分重要的手段。
答案
稳定性。
数值解法
6:
一种产品进入市场之后,一般会经过销售速度先不断增加然后又逐渐下降的过程,这称为产品的_______,简记为_______。
答案
生命周期。
PLC
7:
新产品信息可以分为两类,即_______和_______。
答案
搜寻型信息。
体验型信息
8:
消费者总体按照他们在决定采用新产品之前所需的信息分成两部分,即_______和_______。
答案
革新者。
模仿者
9:
从传递函数模型可以看出,传递函数只与系统的_______有关,而与_______无关。
答案
结构参数。
系统变量
10:
描述系统外部特征的模型是_______和_______ ,描述系统内部特征的模型是_______。
答案
微分方程模型。
传递函数模型。
状态空间模型
二.简答题
1:
简述建立微分方程模型的步骤。
答案
微分方程模型的建立的步骤如下:
①翻译或转化;②建立瞬时表达式;③配备物
理单位;④确定条件。
2:
建立微分方程常用的方法有哪些?
它们分别用于哪些学领域?
答案
建立微分方程常用的方法:
(1)按变化规律直接列方程,用于物理、化学、数学等学科领域。
(2)模拟近似法,用于生物、经济等学科领域。
3:
简述模拟近似法的基本思想。
答案
模拟近似法主要用于生物、经济等学科中,由于在这些学科中,许多现象满足的规律并不很清楚,并且相当复杂,因此需要根据实际资料或大量的实验数据,提出各种假设,在一定的假设下,给出实际现象所满足的规律,然后利用适当的数学方法得出微分方程。
4:
简述Bass模型的理念。
答案
Bass模型认为新产品进入市场后的扩散过程类似于传染病的扩散过程,一种新产品进人市场,有关信息的传播一般有两个途径:
(1)购买并使用过此产品的早期购买者对产品的评价传播开来,使其周围的人们得到相关信息。
(2)经营者或厂家通过大量宣传工具的宣传使人们较晚得到新产品的信息。
Bass模型以传染病模式为基础导出微分方程模型,用以估计多种耐用消费品的销售量。
三.计算题
1:
如图3.1所示的RLC电路系统,其中u(t)输人量,y(t)为输出量,建立该系统的微分方程模型。
答案
解:
根据电路的基本定律,可得
将式②代入式①,可得
即为系统的微分方程模型。
2:
对于图3.1所示的RLC电路,设系统输人u(t)与系统输出:
y(t)及其各阶导数的初值均为零,根据上题所得微分方程模型求出系统的传递函数模型。
答案
解:
对上题式③两边取拉普拉斯变换,得
则系统的传递函数为
四.分析说明题
1:
列举几个新产品销售模型,并分别说明它们描述的市场情况。
答案
(1)新产品销售的Malthus模型。
这种模型理论认为,单位时间内购买了新产品的人数的增量与当时购买了新产品的人数成正比例。
所以此模型较符合一种新产品刚刚上市,并且非常畅销的情况。
(2)新产品销售的Logistic模型。
这种模型考虑到任何产品都有生命周期,产品进人市场,一般会经过销售速度先不断增加然后又逐渐下降的过程,因而市场对新产品需求量有限制,是对Malthus模型的改进。
(3)新产品销售的Bass模型。
这种模型认为新产品进人市场之后的扩散过程类似于传染病的扩散。
以传染病模式为基础导出一个微分方程模型,用以估计多种耐用消费品的销售量。
(4)新产品销售的Steffens-Murthy模型。
这种模型针对Bass模型存在的缺点,以革新者和模仿者在市场中表现出的不同消费行为为依据,建立新产品销售模型。
第四章测试题
一.填空题
1:
一个电机控制系统,如果关注的是电机的开关动作和转速、力矩的临界状态,则认为系统是_______;如果细入分析电机的转速、力矩与控制电压的关系,则认为系统是_______;如果综合考察该系统的连续和离散状态变化过程,则认为系统是_______。
答案
离散的。
连续的。
混合的
2:
构成系统的各种成分称为_______,它可分为_______和_______两大类,其中,_______是主动成分,_______是被动成分。
答案
实体。
临时实体。
永久实体。
临时实体。
永久实体
3:
一个没有任何输人库所的变迁叫做 _______,—个没有任何可输出库所的变迁叫做_______。
答案
源变迁。
汇变迁
4:
在库存系统中,_______与_______ 的不断发生,使得库存量呈现动态变化。
答案
需求。
定货
5:
一般用费用髙低来评价库存策略的优劣,最常考虑的费用是_______、_______、_______。
答案
保管费。
定货费。
缺货损失费
6:
活动的开始与结束都是由_______引起的。
答案
事件
7:
仿真时钟用于表示_______的变化,作为仿真过程的_______。
答案
仿真时间。
时序控制
8:
排队系统必须经过三个环节,即_______、_______、_______。
答案
到达。
排队等候处理(服务)。
离去
9:
排队系统的排队规则有_______、_______ 、_______、_______、_______。
答案
先到先服务。
后到先服。
随机服务。
优先权服。
多个服务台
10:
根据需求与定货的规律,可将库存系统分为两大类,即_______和_______。
答案
确定型库存系统。
随机型库存系统
二.选择题
1:
在超市服务系统中,_______是临时实体。
(A)服务员 (B)超市经理 (C)顾客
答案
C
2:
用来反映实体的某些性质的是_______。
(A)状态 (B)属性 (C)活动
答案
B
3:
离散事件系统可以看做是由_______驱动的。
(A)事件 (B)状态 (C)过程
答案
A
4:
下列不属于离散事件系统的是_______。
(A)银行服务系统 (B)车间加工调度系统 (C)采样系统
答案
C
5:
下面所示事件的逻辑图中,表示并发关系的是_______。
(A)
(B)
(C)
答案
A
6:
下面所示事件的逻辑图中,表示迷惑关系的是_______。
(A)
(B)
(C)
答案
C
三.简答题
1:
简述Petri网的类型。
答案
Petri网的类型:
(1)基本Petri网,也称条件/事件系统,网中每个库所的容量为1。
(2)低级Petri网,如果网中每一个库所的容量和权重为大于等于1的任意整数,这样的Petri网称为库所/变迁网,
(3)定时Petri网,在这种Petri网络中,将各事件的持续时间标在库所旁边,于是库所中新产生的标记经过一段时间后才加人到Petri网的运行;或者是将时间标在变迁上,于是经过授权的变迁延迟一段时间后发生,或者变迁发生后,马上从输人库所中移去相应的标记,但在输出库所中延迟一段时间产生标记。
(4)髙级Petri网,它可以简化复杂的网络模型,表达更多的信息,谓词/事件网、着色网以及随机网都属于高级网。
2:
简述Petri网的特点。
答案
Petri网的特点:
(1)能够很好地描述和表达离散事件动态系统(DEDS)建模中经常遇到的并行、同步、冲突和因果依赖等关系。
(2)为形式化分析提供了良好的条件,因为Petri网有良好的数学基础和语义清晰的语法。
(3)使用图形来描述系统,使系统形象化,易于理解,降低了建模的难度,提髙了模型的可读性。
(4)对于柔性制造系统(FMS)那样的分布式递阶结构,可以分层次建立Petri图。
(5)与系统结构关系密切,对系统内部的数据流和物流都可以描述,容易在控制模型的基础上直接实现控制系统。
3:
简述进程的定义,并表述趣市服务系统中的进程。
答案
进程由和某类实体相关的事件及若干活动组成。
在超市服务系统中,一位顾客到达系统—排队—服务员为之服务—服务完毕后离去的过程,为一个进程。
4:
离散事件仿真的基本要素有哪些?
答案
离散事件仿真的基本要素:
实体——构成系统的各种成分;属性——反映实体的某些性质;状态——系统中所有实体的属性集合;事件——引起系统状态发生变化的行为;活动一实体在两个事件之间保持某一状态的持续过程;进程——由和某类实体相关的事件及若干活动组成;仿真时钟——用于表示仿真时间的变化,作为仿真过程的时序控制;规则——描述实体之间、实体与仿真时钟之间相互影响的规则。
5:
什么是库所/变迁网?
其行为特性有哪些?
答案
在Petri网中,每一个库所中的标记数大于零而小于它的容量,这种类型的Petri网是库存/变迁网,其行为特性有,可达性、有界性、活性、可逆性、可覆盖型、同步距离。
四.计算题
1:
某商店每年要销售某种商品1800件,不许缺货,每件每月的保管费为60元,每次订货费为200元。
试求最佳订货批量。
答案
解:
由题意可知,保管费C0=60元,每次定货费C1=200元,D=1800件,则最佳定货量
第五章测试题
一.填空题
1:
对于任何仿真策略,仿真模型可以从_______、_______、_______三个层次进行设计。
答案
总控程序。
基本模型单元的处理程序。
公共子程序
2:
根据事件调度法建立的仿真模型,称为_______ 仿真模型。
对于这种仿真模型,总控制程序必须完成的三项工作,即_______、_______、_______。
总控程序使用_______来完成上述任务。
答案
面向事件的。
时间扫描。
事件辨识。
事件执行。
事件表
3:
常用的事件表处理技术有_______和_______。
答案
顺序分配法。
链表分配法
4:
时间元的取值方法有两种,即_______和_______。
答案
绝对时间法。
相对时间法
5:
事件调度法和活动扫推法的基本模型单元是_______处理和_______处埋,这些处理都是针对_______而建立的。
答案
事件。
活动。
事件
6:
进程交互法的基本模型单元是_______,它是针对_______建立的。
答案
进程。
实体的生命周期
7:
固定步长时间推进机制就是在仿真过程中_______每次递增一个_______。
答案
仿真时钟。
固定的步长
8:
仿真程序的两个基本组成模块是_______和_______。
答案
资源。
处理
9:
在基于消息的离散事件仿真中,事件选择机制的基本原则是_______。
答案
实体根据特定的目标,通过搜寻自己的消息队列来选择事件
10:
在基于消息的仿真中,实体有_______和_______两种形式。
一个活动的实体通过执行_______而转变为等待状态。
答案
活动的。
等待的。
Wait短语
二.选择题
1:
仿真时钟每次推进一个固定时间步长的整数倍,这种仿真时钟推进机制是_______。
(A)固定步长时间推进机制(B)下次时间推进机制 (C)混合时间推进机制
答案
C
2:
能够预定事件发生时间的策略方法是_______。
(A)事件调度法 (B)活动扫描法 (C)进程交互法
答案
A
3:
按照下一事件预计将要发生的时刻,以不等距的时间间隔向前推进,这种仿真时钟推进机制最_______。
(A)下次事件时间推进机制 (B)固定步长时间推进机制
(C)混合时间推进机制
答案
A
4:
一个实体通过执行_______终结。
(A)Create短语 (B)Free短语 (C)Wait短语
答案
B
5:
在仿真模型一样,所要仿真的时间长度也一样的情况下,采用_______可获得最髙的效率。
(A)固定步长时间推进机制 (B)下次事件时间推进机制
(C)混合时间推进机制
答案
B
6:
进程交互法的基本模型单元是_______。
(A)事件处理 (B)活动处理 (C)进程
答案
C
三.简答题
1:
简述进程交互法的基本思想。
答案
进程交互法的基本思想:
通过所有进程中时间值最小的无条件延迟复活点来推进仿真时钟;当时钟推进到一个新的时刻点后,如果某一实体在进程中解锁,就将该实体从当前复活点一直推进到下一次延迟发生为止。
2:
简述事件调度法的基本思想。
答案
事件调度法以事件为分析系统的基本单元,通过定义事件及每个事件发生对系统状态的变化,按时间顺序确定并执行每个事件发生时有关的逻辑关系并策划新的事件来驱动模型的运行,这就是事件调度法的基本思想。
3:
简述活动扫描法的基本思想。
答案
活动扫描法的基本思想:
用各实体时间元的最小值推进仿真时钟;将仿真时钟推进到一个新的时刻点,按优先序执行可激活实体的活动处理,使测试通过的事件得以发生并改变系统的状态和安排相关确定事件的发生时间。
因此与事件调度法中的事件处理模块相当,活动
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