第3章 离散事件动态系统数字仿真算法
3离散事件系统仿真基础和建模
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模型的人工运行（续）
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示例2－窗口售票系统
剧院雇一名售票员同时负责窗口销售和对电 话问讯者的咨询服务。
窗口服务比电话服务有更高的优先级。 问讯者打来的电话由电话系统存储后按先来
先服务的原则一一予以答复 建模的目的是研究售票员的忙闲率。2020/8/Fra bibliotek026
实体 流程图分析
常用图示符号
菱形框(表示判断) 矩形框(表示事件、状态、活动等中间过程) 圆端矩形框(表示开始和结束) 箭头线(表示逻辑关系)
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开始 结束
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建模步骤－八个步骤
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示例1
理发店系统
有一个小理发店只有一个理发员。顾客来到理发店 后，如果有人正在理发就坐在一 旁等候。理发员按 先来先理的原则为每一位顾客服务，而且只要有顾 客就不停歇。
库所
变迁
输入
输出
函数
函数
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Petri网的变迁
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变迁实例
t1
t4
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t2 t3
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应用举例
一条工业生产线，完成两项工业操作，第一 个操作将传入生产线的半成品S1和部件S2用 2个螺丝钉S3固定在一起，变成半成品S4。 第二个操作再将S4和部件S5用3个螺 丝钉S3 固定在一起，得到新的半成品S6。完成两项 工业操作时都要用到工具S7。假定由于存放 空间的限制，停放在生产线上的半成品S4最 多不能超过5件。
考察目的
建立实体流程图模型； 在假定顾客到达间隔和理发时间服从一定的概率分
布时，考察理发员的忙闲情况。
第三章离散事件系统仿真
1 2 3 4 5 6 总 和
由表 1.5 中的数据可计算如下统计指标： 0 2 2 2 0 （1）平均每位顾客的等待时间：4/6≈ 0.667（分 0 1 3 1 0 钟） 3 0 9 3 3 （2）顾客要等待的概率：2 /6 ≈ 0.333 2 1 12 3 0
0 4 19 4 3 2 2 11 4 0
6 0 系统中顾客数 7 9 2 11 15 2 0 4
2 总 和 1
G3 G4
G1 G2
G3 G4 G5 G5 6 7 9 11 12 15
G6
0
2
3
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仿真时钟
图 3.1
顾客在系统中的状态图
对于这样简单的系统我们可以采用手工模拟，并采用模拟表来描述，但实际系 统往往比这复杂得多，这就需要更高级的处理技术。
3.2 排队系统
3.2.1 排队系统基本概念 许多系统都可以归结为服务系统，服务系统的主要 特征是出现排队现象，因此也称为排队系统。 顾客到达时刻不确定，接受服务的时间不确定，导 致排队系统在某时刻的状态（例如队列长短）不确 定,故又称随机排队系统。
3.2.2 随机排队系统的三个组成部分
1. 到达模式——动态实体产生的规律。 2.服务机构: 1）数量 2）速度（一般也是一个随机变量） 3.排队规则： 如先进先出，后进先出，优先权，随机服务等。
3.1.3 进程 由若干事件与若干活动组成的过程称为进程。 由若干事件与若干活动组成的过程称为进程。它 描述了各事件活动发生的相互逻辑关系及时序关 系。例如，工件由车辆装入进货台；经装卸搬运 进入仓库；经保管、加工到配送至客户的过程就 是一个进程。事件、活动与进程的关系如图 3-1所 示进程
3.1.4.仿真时钟 3.1.4.仿真时钟 仿真时钟用于表示仿真事件的变化。 由于仿真实质上是对系统状态在一定时间序列的 动态描述，因此，仿真时钟一 般是仿真的主要自 变量，仿真时钟的推进是系统仿真程序的核心部 分。 应当指出，仿真时钟所显示的是仿真系统对应实 际系统的运行时间，而不是计算机运行仿 真模型 的时间。仿真时间与真实时间将设定成一定比例 关系，使得像物流系统这样复杂的系统， 利用计 算机仿真只需要几分钟就可以完成，而真实系统 的运行则需要若干天，甚至若干月。
交通仿真课件第三章离散仿真
仿真策略决定仿真模型的结构
仿真策略
离散系统仿真策略
模型描述中采用的主要术语
成分 相当于系统中的实体，用于构造模型中的各个部分。 主动成分 （可以主动产生活动的成分） 被动成分 （本身不激发活动，只有在主动成分作用下才能产生状态变化） 描述变量 成分状态、属性的描述。 成分间的相互关系 描述成分之间相互影响的规律。
找一个尽可能简单的系统状态作为初始状态；
从一个远离平衡状态但容易构造的状态开始进行模拟，当运行一段时间之后，系统的状态会接近或处于稳定状态（平衡状态）。
构造初始映象
02
活动扫描：
要描述系统中实体的活动，设定引起活动开始及结束的条件。启动或结束活动的事件不由建模者设定，而随仿真推进而自动进行。为保证活动得到记录，每一次推进均需要扫描活动中的实体集。 由于需要在每一次推进中扫描每一活动，这种方法的效率不太高。
01
当仿真时钟推进，满足条件的所有事件记录从将来事件表移到当前事件表，取出每个事件记录，判断所属进程与位置，当发生条件真，发生包含该事件的活动，并让该进程尽可能地推进，直至结束。
02
时间控制以主导实体进入该进程的的时间序列及其经历该进程的各项活动的时间顺序，走向控制主要以断点为依据。
03
进程交互法
以进程为基础的排队系统模型
按活动扫描法建立的排对系统模型
单击此处添加大标题内容
进程由事件的时间序列及若干活动组成
具有上述两种方法的特点，接近实际系统，编程实现非常复杂
采用进程描述系统，将模型的主动成分所发生的事件及活动按照时间顺序进行组合形成进程表，一个成分一旦进入进程，它将完成进程的全部活动。
进程交互法
采用两张事件表，当前事件表、将来事件表；
仿真算法知识点总结
仿真算法知识点总结一、简介仿真算法是一种通过生成模型和运行模拟来研究系统或过程的方法。
它是一种用计算机模拟真实世界事件的技术，可以用来解决各种问题，包括工程、商业和科学领域的问题。
仿真算法可以帮助研究人员更好地理解系统的行为，并预测系统未来的发展趋势。
本文将对仿真算法的基本原理、常用技术和应用领域进行总结，以期帮助读者更好地了解和应用仿真算法。
二、基本原理1. 离散事件仿真（DES）离散事件仿真是一种基于离散时间系统的仿真技术。
在离散事件仿真中，系统中的事件和状态都是离散的，而时间是连续变化的。
离散事件仿真通常用于建模和分析复杂系统，例如生产线、通信网络和交通系统等。
离散事件仿真模型可以用于分析系统的性能、验证系统的设计和决策支持等方面。
2. 连续仿真（CS）连续仿真是一种基于连续时间系统的仿真技术。
在连续仿真中，系统中的状态和事件都是连续的，而时间也是连续的。
连续仿真通常用于建模和分析动态系统，例如电力系统、控制系统和生态系统等。
连续仿真模型可以用于分析系统的稳定性、动态特性和系统参数的设计等方面。
3. 混合仿真（HS）混合仿真是一种同时兼具离散事件仿真和连续仿真特点的仿真技术。
混合仿真可以用于建模和分析同时包含离散和连续过程的系统，例如混合生产系统、供应链系统和环境系统等。
混合仿真模型可以用于分析系统的整体性能、协调离散和连续过程以及系统的优化设计等方面。
4. 随机仿真随机仿真是一种基于概率分布的仿真技术。
在随机仿真中，系统的状态和事件都是随机的，而时间也是随机的。
随机仿真通常用于建模和分析具有随机性质的系统，例如金融系统、天气系统和生物系统等。
随机仿真模型可以用于分析系统的风险、概率特性和对策选择等方面。
5. Agent-Based ModelingAgent-based modeling (ABM) is a simulation technique that focuses on simulating the actions and interactions of autonomous agents within a system. This approach is often used for modeling complex and decentralized systems, such as social networks, biologicalecosystems, and market economies. In ABM, individual agents are modeled with their own sets of rules, behaviors, and decision-making processes, and their interactions with other agents and the environment are simulated over time. ABM can be used to study the emergent behavior and dynamics of complex systems, and to explore the effects of different agent behaviors and interactions on system-level outcomes.三、常用技术1. Monte Carlo方法蒙特卡洛方法是一种基于随机模拟的数值计算技术。
第3讲 离散事件系统仿真原理及程序.
3.4系统的统计性能指标
假设仿真目的是要估计服务n个顾客后的顾客平均队长Q(n)及 平均排队等待时间d(n)： n
d (n) D (n) Di / n
i 1
其中 Di 为第i个顾客排队等待时间，Q(t)为t时刻排队等待的顾 客数，T为完成n个顾客服务所耗时间，d(n)、Q(n)表示估计 值， D ( n) 、 Q (n)表示平均值。为计算方便 1 m
External definitions for single-server (continued)
int next_event_type, num_custs_delayed, num_delays_required, num_events,num_in_q, server_status; float area_num_in_q, area_server_status, mean_interarrival, mean_service,sim_time, time_arrival[Q_LIMIT + 1], time_last_event, time_next_event[3], total_of_delays; FILE *infile, *outfile; void initialize(void); void timing(void); void arrive(void); void depart(void); void report(void); void update_time_avg_stats(void); float expon(float mean);
电话亭－1978年在北京15%的电话要在1小时后才能接通。 在电报大楼打电话的人还要带着午饭去排队。 银行窗口，ATM 医院 火车售票 交通 理发 游乐场的游乐项目
离散事件系统动态运行仿真模拟研究
离散事件系统动态运行仿真模拟研究一、概述离散事件系统动态运行仿真模拟是一种重要的技术手段，用于对复杂系统进行模拟，测试和优化。
它的应用范围非常广泛，在制造业、航空航天、电子商务等领域都有着广泛的应用。
本文将围绕离散事件系统动态运行仿真模拟进行探讨。
二、离散事件系统的概念离散事件系统是指在不连续的时间点上，由离散模型描述的系统。
它包括一系列事件和决策，每个事件的发生都可能引起系统状态的变化。
在离散事件系统中，事件是不可预测的，需要根据系统的状态和规则来决定何时进行下一个事件。
例如，在一个工业生产线上，生产速度可能因为故障而减慢，或是因为调整而提高。
这些事件都是不可预测的，并且会影响整个生产线的状态。
三、离散事件系统的运行仿真模拟离散事件系统的动态运行仿真模拟是指对离散事件系统进行模拟，以评估其性能和可靠性。
这种仿真模拟是在计算机上进行的，它可以在更短的时间内完成对系统的测试，同时可以模拟复杂的系统状态和事件，为决策提供支持。
在进行离散事件系统的仿真模拟时，需要对系统进行建模。
建模包括对系统的基本组成部分进行分析，确定系统中的重要事件和决策，并设计相应的概率模型。
在模拟的过程中，在当前状态下，根据之前得到的概率模型和事件规则，做出下一个事件的决策。
随着仿真的进行，系统状态会动态变化，仿真结束时，可以得到各种指标，如系统性能、运行效率和可靠性等。
四、离散事件系统运行仿真模拟的应用离散事件系统的动态运行仿真模拟在许多领域都有着广泛的应用。
在工业制造领域中，通过进行仿真模拟，可以对生产线进行优化，减少成本，提高生产效率。
在航空航天领域，通常以飞机航线模型进行仿真模拟，以评估飞机运行的性能和安全。
在电子商务领域，通过仿真模拟模型，可以分析整个商业流程和系统，优化客户体验，提高系统的可用性和收益。
五、结论离散事件系统动态运行仿真模拟是一种重要的技术手段，可以对复杂的系统进行模拟，测试和优化。
虽然其应用范围广泛，但每个应用领域都需要进行具体的建模和优化工作。
离散事件系统仿真方法讲解
2021/4/18
Su Chun, Southeast University
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仿真时钟推进机制
下次事件时间推进机制：仿真时钟按照下一个事件预计将要发 生的时刻，以不等的时间间隔向前推进。即仿真时钟每次都跳 跃性地推进到下一事件发生的时刻上去。
该推进机制中，仿真时钟的增量不定，取决于被仿真系统。
仿真时，需将事件按发生时间的先后次序排列，仿真时钟时间 则按事件顺序发生的时刻推进。当某一事件发生时，需立即计 算出下一事件发生的时刻，以便推进仿真时钟，直到仿真运行 结束。
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离散事件系统仿真策略
面向活动仿真模型总控程序的算法结构包括： ① 时间扫描 ② 活动例程扫描
由于事件直接影响系统状态，活动扫描要反复进行，包括确 定事件和条件事件。
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离散事件系统仿真策略
③ 进程交互法（Process Interaction）
事件调度法和活动扫描法的基本模型单元分别是事件处理和 活动处理。它们都针对具体事件而建立，各处理相对独立。 进程交互法的基本模型单元是进程。进程针对某类实体的生命 周期而建立，一个进程包含了实体流动中发生的所有事件。
以单服务台排队服务系统为例，顾客生命周期的进程为：
Su Chun, Southeast University
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离散事件系统仿真策略
顾 客 排 队 进 程 模 型
模型说明：
• 服务员两名， 队列一条
• “∆”表示某顾客产生的时刻，也为相应进程开始的时刻；
• “□”表示某顾客离去的时刻，也为相应进程撤销的时刻；
离散事件动态系统建模与仿真技术研究
离散事件动态系统建模与仿真技术研究离散事件动态系统（Discrete Event Dynamic System，DEDS）是一种用来描述离散事件的数学模型，其在集成电路设计、制造业、物流管理、网络通信等领域中得到了广泛应用。
离散事件动态系统建模和仿真技术是研究这一领域的关键问题之一。
I. 离散事件动态系统简介离散事件动态系统是一种将时间分为离散事件的模型，该模型针对每个事件进行计算，以决定模型的下一个状态。
每个事件的时间戳都是不同的，一次模拟可以包含大量的事件，事件之间可能会有多种关系，这是离散事件模拟的特点。
常见的离散事件动态系统包括排队系统、自动控制系统、网络系统、供应链系统、交通系统等，可以应用于机器人系统、智能交通、虚拟现实等领域。
II. 离散事件动态系统建模离散事件动态系统的建模是指将动态的系统描述成一个离散事件模型的过程，常用的建模框架包括Petri网、DEVS和CTPN等。
Petri网是描述离散事件模型的一种图形化建模语言，其由Petri网元素和变迁组成。
当一个Petri网达到一个使变迁操作成为可能的状态时，变迁将被激活。
Petri网允许对分布式系统进行实时分析和检验，并允许通过变形分析系统行为的改变。
DEVS是离散事件系统建模技术的一种形式化表达，其通过定义系统组件之间的输入输出以及它们之间的转移逻辑来描述系统行为。
DEVS模型一般包含四个部分，输入信号、状态、事件响应函数和状态转移函数。
CTPN是一种图形化建模语言，它通过两个主要元素，控制流程和时间约束，来建模系统的动态行为。
控制流程用于表示系统中的活动和控制流，时间约束表示活动之间的时间上限和下限。
III. 离散事件动态系统仿真离散事件动态系统仿真技术是为了模拟离散事件系统的行为，以便分析和预测其性能。
通常，离散事件动态系统仿真需要从实际系统的模型出发，将系统的模型转换成计算机程序，利用程序模拟实际系统不同的状态和事件，并通过这些状态和事件来推断系统的行为。
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（2）系统状态初始化 （3）事件表初始化 （4）统计计数器初始化 （1）搜索事件表，确定 下一最早发生的事件 （2）推进仿真钟 （1）修改系统状态 （2）收集、计数统计量 （3）产生未来事件并插 入事件表中 （1）根据统计计数器进 行统计分析 （2）输出分析报告
航空航天中的计算方法
调用初始化子程序
初 始 化 子 程 序 时 子 间 程 推 序 进
调用时间推进程序
调用事件i子程序
No 仿真结束？
Yes
调用输出报告子程序
报 产 告 生 器
事 件 调 度 法 程 序 结 构 图
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结束
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3.1 离散事件系统仿真的基本概念 事件表 记录系统中每个将要发生的事件类型、发生时间及相关 参数。用于仿真中对系统事件的管理及按时间顺序处理 事件。 仿真时钟
系统运行时间在仿真过程中的表示。 真实世界的时钟（物理时钟）； 虚拟世界的时钟（仿真时钟，亦称逻辑时钟）。 实时仿真：仿真时钟 = 物理时钟 欠实时仿真：仿真时钟 < 物理时钟 超实时仿真：仿真时钟 > 物理时钟
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3.1 离散事件系统仿真的基本概念 仿真时钟推进方式 1º 事件单位推进
按下个事件发生时刻推进，即从事件表中选择相对当 前时刻最早发生的事件，将仿真时钟推进到该事件发生 的时刻。 效率较高
2º 时间单位推进 选择足够小的时间单位作为固定的时间推进步长。每 推进一步，检查有无事件发生，并处理事件。 为避免时间间隔较小的事件表现为同步发生产生的偏 差，需要时间步长足够小，使计算量增大。
航空航天中的计算方法
授课教师：陈琪锋 中南大学航空航天学院
第3章 离散事件动态系统 数字仿真算法
内容提要 3.1 3.2 3.3 3.4 参考资料： [1] 黄柯棣，系统仿真技术，国防科技大学出版社，1998. 离散事件系统仿真的基本概念
[2] Averill M. Law, Simulation Modeling and Analysis (Fourth Edition), 清华大学出版社, 2009.（仿真建模与分 析）
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航空航天中的计算方法
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3.1 离散事件系统仿真的基本概念 3.1 离散事件系统仿真的基本概念 离散事件系统（DEDS）是系统状态仅在离散的时间点上 发生变化的系统。 状态 系统状态是一组变量，在系统动态变化过程中各个具体 时刻的取值能够完全刻划该系统在该时刻的特征。 事件 在环境与系统之间或各分系统之间发生的任何能够对系 统状态造成影响的瞬间扰动均称之为事件。 事件在离散的时间点发生，瞬时完成 离散事件系统是事件驱动的。 车间加工、库存管理、设备维修、车间调度、交通 管理。。。
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3.1 离散事件系统仿真的基本概念 离散事件系统仿真程序的结构 1º 变量
系统状态变量：记录系统在不同时刻的状态 时钟变量：记录当前时刻的仿真时钟值 事件表：按时间顺序记录仿真过程中将要发生的事件 统计量：记录仿真过程中系统性能的统计信息 2º 子程序 初始化子程序：初始化仿真模型、事件表、统计量等 时钟推进子程序：由事件表确定下一事件并推进时钟 调度子程序：将仿真中产生的未来事件插入事件表 事件处理程序：事件发生时，更新状态，产生新事件
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3.1 离散事件系统仿真的基本概念 统计报告子程序：计算并输出系统性能的估值 库程序：随机数产生、随机变量抽样等
主程序：调用子程序，流程控制 3º 原则 必须按时间先后顺序处理事件，不能颠倒 事件的策划时间不得迟于其发生的时间 4º 确定事件发生时间 直接方式：直接给定 间接方式：给出事件发生的条件 混合方式：事件发生在给定时间点后条件满足的瞬间 5º 仿真程序流程