系统仿真复习归纳-同济交通

1．系统分类

1）确定性-随机性

确定性系统：输出完全有系统的输入以及相应的转换关系（逻辑关系）所决定的系统。_ 随机系统：在既定的输入下，系统的输出时非确定，带有随机的性质。

2）连续系统-离散系统

连续系统：指系统的状态变量随时间变化而发生连续变化_ 离散系统：指系统的状态变量在某些离散的时间点瞬时变化。

3）线性系统-非线性系统

_ 线性系统：要素间线性变化_ 非线性系统：大部分系统都是非线性系统。

4）静态系统-动态系统

_ 静态系统：描述某一时间点上系统状态_ 动态系统：系统状态随时间变化

2．系统仿真的定义、实质

仿真：对客观世界实际过程或系统在一段时间内运行的模拟。

1）定义：在定量分析的条件下，需要建立一定的数学逻辑模型进行，但实际系统的这种数学逻辑模型十分复杂，以致很难甚至无法用解析的方法求解。

实验是科学研究和设计工作的一般方法和步骤。直接用真实系统进行实验，往往是不经济或不安全的，有时甚至是做不到或者没有意义的。

系统仿真就是在建立数学逻辑模型的基础上，通过计算机实验，对一个系统按照一定的决策原则或相互作用原则由一个状态变换为另一个状态的动态行为进行描述和分析。

2）实质：仿真是一种数值技术；仿真是一种人工的实验手段；仿真主要依靠计算机实现；仿真是对系统状态在时间序列中的动态写照；大多数的系统仿真属于随机性系统仿真

3．系统仿真建立的步骤

调研系统，问题描述和系统定义_ 建立系统模型_ 收集和整理数据资料_ 建立模拟模型，编制程序，验证模型_ 调试程序，确认模型_ 实验设计_ 计算机模拟运行_ 输出结果分析_ 建立文档_ 实施模拟决策

4．Multi-Agent仿真的定义、特点

Agent （主体、智能体）：指在一定的环境下能独立自主地运行，作用于自身生成的环境，同时也受外部环境的影响，并能不断的从环境中获取知识以提高自身能力，且将推理与知识结合的智能实体，并且具有自治性、反应性、自适应性、可通信性及自学习性等特征。

Agent 的组成部分：知识库：用户增加+学习模块；推理机；通信模块；事件处理模块；学习模块

Multi-Agent 的建模：一种由下而上的建模方法；先建立Agent基本抽象单位；组装所有Agent

Multi-Agent 系统的特点：重点在相互作用；能够实现数据、控制、资源的分布，适合分布或并行仿真；具有

第二章

1．系统仿真术语：实体、活动、事件、进程、状态的定义

1）实体（Entity）：一个系统边界内部的客观对象称为实体。

实体可分为永久性实体和临时性实体。

永久性实体:是指经常处于系统之内，其数量保持相对稳定的实体。也称为资源。

临时性实体:是指进入系统并在经过相应环节以后再离开系统，它们在系统内的数量经常发生变化的实体。

2）活动（Activity）：占用一定时间和资源，导致系统状态发生改变的一定过程。通常活动是由几个实体协同完成。

3）事件（Event）：引起系统状态发生瞬间变化的事实。

4）进程（Process）：由若干事件及若干活动组成，描述他所包含事件及活动间的相互逻辑关系及时序关系。

5）系统状态（System State）：在某时间点对系统的所有实体属性和活动的描述。

6）属性（Attribute）：系统实体的特性。用特征参数变量表示。

7）队列（Queue）：处于等待状态的实体队列。

8）时钟（Clock）：离散事件仿真所研究的系统是动态的。系统状态、活动的实体数和实体属性以及正在处理的活动等都是时间的函数，时间是自变量，称之为时钟。

9）系统环境（Environment）：存在于系统周围的对象和过程（即实体和活动）称为系统的环境。

2．用图示表述事件、进程、活动及系统状态间的关系

3．时间推进机制的分类、定义

1）固定增量时间推进法

在仿真过程中仿真时钟每次递增一个固定的步长。在每次更新仿真时间后，检查在相应的步长时间内是否发生事件，更新系统状态时，该区间发生的事件移至区间终点处理。

特点：仿真时钟必须一步步推进，并且要计算检查每一个步长内有没有事件发生；把发生在同一步长内的事件看做是同时事件，都发生在该步长的末尾，势必产生误差；步长的取值影响仿真效率和仿真精度2）下次事件时间推进法

按照下一个事件预计将要发生的时刻，以不等距的时间间隔推进，并相应更新系统状态变量的数值。两类时间推进机制与仿真效率和精度的关系

特点：只在事件发生的时刻，更新状态变量的数值；不会导致虚假的同时事件发生，仿真精度高；仿真效率取决于事件发生的频率

3）时间推进法的适用性：

固定步长法适用于事件发生呈均匀分布的系统；下次事件法适用于事件发生数小的系统

离散-混合系统一般都采用固定步长法；交通系统仿真一般多采用固定步长法

第四章

1．仿真类别

1）终态仿真(Terminating Simulation)：是在规定的事件时间TE内作仿真运行，并统计系统性能测度的一种仿真方式。

终态仿真时，初始状态的确定对结果影响很大。

2）稳态仿真(Steady-State Simulation)：是指仿真运行时间趋于无穷时，系统的性能测度达到某一极限值且趋于平稳状态的仿真方式。

稳态仿真时，初始状态不影响结果。

3．两种方案比较，可能的结果

1）比较目的：两个方案的平均差别有多大；对平均差别的估计精度；两个方案之间是否有显著性差别

2）比较可能的结果（假设系统性能参数较小者为优）：若的95%置信区间在0的左侧，即至少有95%的把握，方案1优于方案2。若的95%置信区间在0的右侧，即至少有95%的把握，方案2优于方案1。若的95%置信区间内含0，则两种方案的优劣难以判断。

5．方差缩减的三种方法，定义、原理

1）公共随机数法：

适用性：当比较两种系统方案时，主要是确定不同方案仿真结果的差别。

原理：尽量消除随机数选取所造成的仿真运行结果的差异。

2）对偶变量法

适用性：单个系统模型仿真运行时的方差缩减技术。

思路：设法是第一次运行中的小观测值能够被第二次运行中的大观测值补偿。

原理：对系统作成对运行，两次观察值是负相关的，将这一对观察值的平均值作为基本数据。

3）控制变量法

适用性：单个系统模型仿真运行时的方差缩减技术。

原理：利用随机变量间的相关性以达到减少方差的目的。

定义：Yc=Y-a (X–γ)对任意实数a都是u的一个无偏估计.

第五章

1．仿真模型的验证与确认的定义及区别

1）验证（核实，Verification），就是检查仿真程序是否能按预期的模型行为进行。也就是调试计算机仿真程序。

定义：仿真模型与仿真程序在逻辑结构和数据参数之间的比较过程。通过验证，使得在计算机上运行该仿真程序能够复现仿真模型内在的逻辑和数量关系。

2）确认（致效，Validation），使仿真模型（不一定是计算机程序）能有效地代表所研究的真实系统。

定义：检验所构造的模型能否真正代表一个实际或所设计系统的基本性能

2．验证与确认的主要方法

1）验证的方法：

1.用子程序编写和调试仿真程序

2.在仿真程序的运行中检查输出的合理性

3.仿真程序运行过程中的跟踪检查（从小系统到大系统），或者绘出/输出实时运行结果仿真输出与实际观测结果的比较方法

2）确认的方法：

1.从直观考察模型的有效性；

2.检验模型的假设；

3.模型的输出数据与实际数据的比较

3．仿真输出与实际观测结果的比较方法

1）验证法

定义：分别根据真实系统的观测数据和相应模型的输出数据计算一个或几个相应的统计量，然后用所得到的模型统计量与真实系统的统计量对比，而不使用正规的统计法。

缺点：说服力不强

优点：可行性强

2）零假设检验法

u0 —真实系统性能均值；Y —仿真输出性能均值

，

不能拒绝H0：不能断定模型是“非确认的”；拒绝H0：模型肯定不能确认。

3）置信区间法

X —真实系统性能数据；Y —仿真输出数据；计算E(X)-E(Y)的置信区间来进行模型的确认

4）RMSPE（Root Mean Squared Percent Error）缺点：没有考虑大的误差的影响

5）相关系数法（Correlation Coefficient）缺点：不能反映仿真值与系统观测值的差别

6）Theil’s Inequality Coefficient 优点：更精确、灵敏

第六章

1．仿真实验设计的定义

1）基本概念：

-因子(Factor)：影响系统性能的输入变量

数量因子：可用数量描述的因子；质量因子：表示某种结构性假设且不能用数量表示的因子

-因子的水平（Level of Factors）：模拟输入变量的可能取值或质量因子可取的方案。

-处理(Treatment)：在规定水平上的因子组合。

对某一处理进行模拟将得到一定的输出响应。若共有m个因子，每个因子都有n个水平，则共可组成nm个不同的处理。

2）单因子多水平仿真实验设计定义：

实验中只考察一个因子，该因子共有k个水平。对每一个水平都作仿真实验，分析该因子每个水平对响应（仿真结果）的影响程度。

2．方差分析法的定义

1）检验不同的处理所产生的效应的差异是否显著的统计分析方法

2）根据不同需要把某变量方差分解为不同的部分，比较它们之间的大小并用F检验进行显著性检验的方法。

3）在各水平方差相等的条件下对各水平均值是否相等的假设检验问题

4）用于两个及两个以上样本均数差别的显著性检验

3．组内与组间偏差平方和的计算

4．2m析因实验设计的定义

1）析因实验设计定义：析因设计是一种多因子多水平交叉分组进行全面实验的设计方法。

2）2m定义：每个因子只取两个水平的实验设计方法。一个高水平（+），一个低水平（-）

5．主效应与单独效应的定义与计算

单独效应：其他因子水平固定时，某因子不同水平下的性能差别

主效应：该因子单独效应的均值

交互作用：当某因子的各个单独效应随另一因子变化而变化，则称两因子间存在交互作用

第七章

1．随机效用理论的定义

效用最大化（U-Z）出行费用出行收益出行效用

如果(U-Z)<0，则不出行；如果超出费用预算，则不出行；如果超出时间预算，则不出行

2．Logit模型与Probit模型

3．交通分配的原理

交通分配的定义：确定出行路径，并将交通需求分配到不同路径上，从而得到交通量在路网的空间分布及交通拥堵状况。

路径选择取决于：行程时间，出行费用（收费等），拥挤状况，距离，交叉口延误

4．四种分配方法的定义、区别

1）全有全无：每个OD的交通量全部分配到一条路径上（一般是最短路径）

不考虑流量对行程时间的影响，即拥堵效应

2）随机分配：出行者选择他们主观认为的最短路径。

3）确定性用户均衡（DUE）：所有出行者都选择最优路径,任何出行者都不能通过改变路径来减少他/她的行程时间。

用户最优（DUE）：所有使用的路径，行程时间都相等，且小于路网其他没有使用的路径行程时间。每个出行者的行程时间相等且最小。

系统最优（DSO）：总行程时间最小

4）随机性用户均衡：路网所有路径，出行者主观认为的行程时间都相等。