复杂仿真系统高效实验方法研究

哈尔滨工业大学工学硕士学位论文

摘要 ........................................................................................................................ V ABSTRACT ............................................................................................................... V I 第1章绪论 .. (1)

1.1课题背景及研究意义 (1)

1.2国内外研究现状 (2)

1.2.1 仿真实验方法研究现状 (2)

1.2.2 仿真实验工具研究现状 (7)

1.3本文的主要研究内容 (8)

第2章基于蒙特卡罗组合抽样的仿真实验方法 (9)

2.1蒙特卡罗方法概述 (9)

2.2蒙特卡罗方法的降方差技巧 (11)

2.2.1 重要性抽样 (12)

2.2.2 控制变量技巧 (14)

2.2.3 对偶随机变量技巧 (15)

2.2.4 公共随机数 (17)

2.2.5 分层抽样 (18)

2.3基于组合抽样的高效仿真实验方法 (19)

2.3.1 方法原理 (20)

2.3.2 实例验证 (22)

2.4本章小结 (26)

第3章基于改进拉丁超立方的仿真实验方法 (28)

3.1拉丁超立方抽样方法概述 (28)

3.2已有OLHS方法的基本结构 (29)

3.2.1 “充满空间”准则 (29)

3.2.2 优化算法 (33)

ML-ESE的扩展OLHS方法 (36)

3.3基于

3.3.1 扩展的拉丁超立方抽样方法 (37)

3.3.2 抽样停止准则 (38)

3.3.3 实例验证 (39)

3.4本章小结 (44)

第4章复杂仿真系统高效实验辅助工具设计与实现 (45)

哈尔滨工业大学工学硕士学位论文

4.1复杂仿真系统高效实验辅助工具设计 (45)

4.1.1 辅助工具总体设计 (46)

4.1.2 实验项目管理模块设计 (46)

4.1.3 实验参数设置模块设计 (47)

4.1.4 实验方法算法模块设计 (48)

4.2复杂仿真系统高效实验辅助工具实现 (49)

4.3应用实例 (54)

4.4.1 抽样实验结果 (55)

4.4.2 实验结果对比分析 (58)

4.4本章小结 (60)

结论 (61)

参考文献 (62)

攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果 (67)

致谢 (69)

哈尔滨工业大学工学硕士学位论文

第1章绪论

1.1 课题背景及研究意义

仿真是模仿一个真实系统并进行实验的过程。而随着电子计算机的迅速发展，计算机仿真成为仿真技术中应用最为广泛的手段之一。计算机仿真是一种以电子计算机为工具，实用、可靠、经济且可多次重复使用的对现实系统进行动态实验的技术，在许多复杂系统（包括工程和非工程领域）上有相当广泛的应用。它主要包括三个步骤：建立数学模型、建立仿真模型、利用计算机进行仿真实验。其中仿真实验指的是利用计算机运行仿真模型，以了解系统中各个变量之间的关系，以及它们对结果的影响。通过观察系统模型变量变化的全过程，并通过重复多次的实验，根据实验结果对参数进行优化调整，以获得所需的结果。

复杂仿真系统一般是由若干个子系统和下属分系统甚至子分系统等构成的大型仿真系统，通常具有结构层次多、不确定性因素多、运行时间长等特点。针对这些特点，普通的抽样仿真实验方法可能需要计算机大量的实验次数及运算时间来获得实验结果，影响了实验效率。其中，“实验效率”的概念为达到一定的准确度的情况下需要进行仿真实验的次数。本文认为所需仿真实验次数少的方法更加“高效”。此外，仅仅追求计算机硬件性能的提升，或者直接针对计算机仿真的过程来进行优化改进是很困难的，因此，研究的目标大多集中在具体的实验方法之上。

仿真实验方法的选择和使用将直接影响系统仿真的结果，实验的效率则决定了仿真的效率和实用性。优秀的实验方法能有效地降低复杂仿真系统实验的次数，缓解仿真实验计算量增长的压力，值得深入研究。尤其是针对复杂仿真系统，复杂性的增加，普通仿真实验的方法效率会受到一定的影响。综上所述，研究如何在包含不确定性的情况下提高仿真实验方法的效率是国内外仿真领域的一个关键和难点问题，且具有现实需求和意义。

为了更好地按项目进行仿真实验、管理仿真实验方案，包含更多的优化的仿真实验算法，并且可以实现针对不同复杂仿真对象的特点，选择和比较不同的高效实验方法，开发一套仿真实验软件工具是必要且有意义的。