系统动力学课程介绍
系统动力学
系统动力学(System Dynamics)是研究信息反馈系统动态行为的计算机仿真方法，它巧妙地把信息反馈的控制原理与因果关系的逻辑分析结合起来，面对复杂的实际问题，从研究系统的微观结构人手，建立系统的仿真模型，并对模型实施各种不同的“政策试验”，通过计算机仿真展示系统的宏观行为，寻求解决问题的正确途径，即系统动力学模型能够处理高阶次、非线性、多重反馈的复杂时变系统的有关问题。
在生态学经济系统优化管理中得到广泛应用。
系统动力学模型由系统结构流程图和构造方程组成，二者相辅相成，融为一体。
流程图反映系统中各变量间因果关系和反馈控制网络，正反馈环有强化系统功能，表现为偏离目标的发散行为；负反馈环则有抑制功能，能跟踪目标产生收敛机制。
二者组合使系统在增长与衰减交替过程中保持动态平衡，达到预期目标。
所以，流程图用以体现实际系统的结构特征，构造方程是变量间定量关系的数学表达式，可由流程图直接确定或由相关函数给出，可以是线性或非线性函数关系，其一般表达式为：(,,,)i i i i dX f X V R P dt= （1） 其差分形式可形成：()()(,,,)t i i i i X t t X f X V R P t +∆=+∙∆ （2）式中，X 为状态变量，V 为辅助变量，R 为流率变量，P 为参数，t 为仿真时间，t ∆为仿真步长。
系统动力学模型的建立，首先是确定系统分析目的；其次是确定系统边界，即系统分析涉及的对象和范围；之后是建立因果关系（反馈回路）图和模型流程图；然后写出系统动力学方程；最后进行仿真试验和计算。
模型建立与模拟运行应用Stella 软件系统。
Stella 系统是动力学模型系统之一，它具有友好的图形界面，包含3个联结层：最上一层是映射层，在映射层可以建立模型的基本结构。
中间一层是图标层，有分别代表积累变量、流速变量和参数变量的图标，是建立模型的主要“组件”，给每一“组件”赋予初始值或函数关系，再通过信息流将这些“组件”连接起来，就是系统的模型流程图；同时，还可以在这一层形成用来采集数据的图表。
第九讲系统动力学--2013
观点。 认为系统的行为模式与特性主要植根于 其内部的动态结构与反馈机制；系统在 内外动力和制约因素的作用下按一定的 规律发展演化（内生观点）。 其模型模拟是一种结构－功能的模拟。
系统动力学的特点 （3）
系统动力学研究解决问题的方法是一种
定性与定量结合，系统思考、系统分析、 综合与推理的方法。
培养系统思考（ system
thinking）能
力； 建立系统思考习惯。
1、系统动力学概述
系统动力学（System Dynamics）是一门 分析研究信息反馈系统的学科，是一门探索如 何认识和解决系统问题的交叉、综合性的学科， 也是一门沟通自然科学与社会科学等领域的边 缘学科，是系统科学和管理科学的分支。 基于系统论，汲取控制论与信息论的精髓。 突出强调系统、整体的观点和联系、发展、运 动的观点。
简单地说，系统是相互作用诸单元的复合体。
基本概念 （2）：模拟（仿真）
运用系统动力学，主要是希望能够对真实
过程进行模拟。 而“模拟”的主要特点就是模仿、仿效真 实的客观事物和过程。
模拟总要涉及到某种模型或简化的表达方
式。
基本概念 （3）：模型
模型是客观存在的事物与系统的模仿、代表或替 代物，它描述客观事物与系统的内部结构、关系 与法则。 结构－功能（基本动态行为） 模拟模型的种类：
也有正反馈和负反馈系统之分。
–正反馈系统：指正反馈起主导作用。能产生 自身运动加强的过程，在此过程中运动或动 作所引起的后果将回授，使原来的趋势得到 加强。如物价－工资循环增长、世界人口增 长、军备竞赛。（良性循环与恶性循环） –负反馈系统指负反馈起主导作用的系统。运 行时，若没达到目标就会不断发生反应的系 统。如空调系统。
系统动力学课程PPT共五章全
思维模型－－因果回路图－－ 流图－－ DYNAMO－－计算机模型
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第三章 系统动力学的建模基础
3.1 思维模拟与决策陷阱 系统问题： 直觉对策： 环境污染严重 关闭工厂 乘车难 增加公共车辆 犯罪率增长 加强警力 货币供求矛盾增加 增印纸币 水产品供应不足 扩大捕捞量 知识贬值 紧缩教育投资 产品质量低下 增加广告 住房紧张 占田建房
x 指数增长 有极限增长
38
t
(1)基本正反馈模块 现象:谣言传播、企业产值增长、通货膨胀、 知识积累等 特点：非稳定、自增长、自循环
知识积累的正反馈关系
基本正反馈模块流图
39
动力学方程：
dx/dt=RT， RT =k1x， x（0）=x0， k1>0
解得：
x(t)=x0eK1t = x0et/T1
3)积分表达: LEV(t)=∫ [IR(t)-OR(t)]dt （2）速率变量（流率，Rate Variable R）
R LEV
k A
R=f(k,H,LEV,A)
27
（3）辅助变量（auxiliary variable， A)
LEV
k A
A=k*(H-LEV)
H
（4）源（Source、汇Sink)
LEV RATE
或 L(t) → R(t) → R(L)
L,R R
L(t)
R(t) 0 (a) t 0 (b) L*
33
L
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
图解法的基本特点： （1）既可用于分析过程有可用于综合过程 三张图象中任意给定一张可画出另外两张。 （2）求解过程的规范性 （3）轮廓性求解（精度不高） （4）难于应用于两阶以上的高阶系统。
系统动力学
系统动力学—管理科学与工程王江坤S090091374一、系统动力学介绍1956年，Jay W.Forrester 放弃了其在电机控制领域的研究，转而将反馈控制的基本原则用于社会经济学系统。
1961年，他在MIT工业管理学院研究公司管理问题，出版了其专著Industrial Dynomics, 这标志着这一学科的创立。
在过去的40年中，系统动力学有了长足的发展。
系统动力学的理论、思想方法和工具，对于分析社会经济中许多复杂动态问题非常有效。
另一方面，系统动力学的分析方法、建模方法、模拟方法和模拟工具比较规范，易于学习和应用。
（1）事件－行为－结构在日常生活中，我们往往是从事件开始认识事物的。
事件一般是在固定的时间点上出现的。
我们要正确的认识事件，须要联系相关事件，并从它们的发展过程中去观察。
也即，要考察事件所在的行为模式。
行为模式是系统的外在表现，可表现为一系列的相关事件随事件的演变过程，是多个关联事件表现出的过去现在和未来。
行为摸式是由系统的内部结构决定的。
结构是产生行为模式的物质的、能量的、信息的内在关系。
系统的结构决定其行为模式，而事件是行为模式的重要片段。
利用系统动力学分析问题，要由事件出发，分析系统的结构与行为模式的关系，以采取成功的政策和策略，调整系统结构，干预和控制系统，改善系统的行为模式，大大避免坏的事件的发生。
（2）系统动力学处理问题的过程●提出问题：明确建立模型的目的。
即要明确要研究和解决什么问题。
●参考行为模式分析：分析系统的事件，及实际存在的行为模式，提出设想和期望的系统行为模式。
作为改善和调整系统结构的目标。
●提出假设建立模型：由行为模式，提出系统的结构假设。
由假设出发，设计系统的因果关系图，流图，并列出方程，定义参数。
从而将一系列的系统动力学假设，表示成了清晰的数学关系集合。
●模型模拟：调整参数，运行模型，产生行为模式。
建立好的模型是一个实验室，可以由试验参数和结构的变化理解结构与系统行为模式的关系。
系统动力学的基本理论课件
详细描述
随着大数据技术的不断发展，越来越多的数据被收集并 用于对系统进行建模和分析。数据驱动的系统动力学研 究通过利用大数据技术，建立更加精确、全面的系统模 型，并利用这些模型对系统的动态行为和演化规律进行 深入分析和预测。
人工智能与系统动力学的融合研究
总结词
人工智能与系统动力学的融合研究是未来发展的重要方向之一，主要将人工智能技术应用于系统动力学建模和分 析中。
系统动力学的基本理 论
目录
• 系统动力学概述 • 系统动力学的基本概念 • 系统动力学建模 • 系统动力学应用领域 • 系统动力学研究展望
01
系统动力学概述
定义与特点
定义
系统动力学是一门研究系统动态行为的学科，它 通过建立数学模型来模拟系统的行为和动态变化 。
特点
系统动力学强调系统的整体性、动态性和反馈机 制，通过分析系统的结构和行为之间的相互作用 ，来理解和预测系统的行为。
定义参数和常数
为微分方程中的参数和常数赋予实际意义和数 值。
方程简化与推导
对微分方程进行化简和推导，得出更易于分析的模型方程。
模型验证与仿真
模型验证
对比模型预测结果与实际数据，检验模型的准确性和 可靠性。
模型仿真
通过模拟不同输入条件下的系统行为，预测未来发展 趋势和可能出现的状态。
敏感性分析
分析模型中各参数对系统行为的影响程度，找出关键 因素和最优解。
详细描述
在实际问题中，许多系统都存在着多尺度特征，即在 不同时间、空间尺度上表现出不同的行为和演化规律 。系统动力学通过建立多尺度模型，研究不同尺度之 间的相互作用和转化，揭示系统在不同尺度上的动态 行为和演化规律。
数据驱动的系统动力学研究
《系统动力学》
《系统动力学》
课程名称 系统动力学 课程编号 3041083
英文名称 System Dynamics 课程类型 本专业推荐选修课 总学时 32 理论学时 28 实验学时 4 实践学时
学分 2 预修课程 高等数学、线性代数、系统
工程
适用对象 工业工程/物流工程
课程简介
《系统动力学》是基于系统科学理论，汲取控制论和信息论的精髓，采用定性与定量相结合的方法（以定性分析为先导，定量分析为支持，两者相辅相成），从系统微观结构入手，借助计算机模拟技术来分析系统内部结构与其动态行为的关系，并寻觅解决复杂问题的对策的一门学科。
系统动力学方法已成功地应用于企业、城市、地区、国家甚至世界规模的许多战略与决策等分析中，被誉为“战略与决策实验室”；系统动力学模型可作为实际系统，特别是社会、经济、生态复杂大系统的“实验室”。
(完整word版)系统动力学(自己总结)
系统动力学1.系统动力学的发展系统动力学（简称SD—system dynamics）的出现于1956年，创始人为美国麻省理工学院的福瑞斯特教授。
系统动力学是福瑞斯特教授于1958年为分析生产管理及库存管理等企业问题而提出的系统仿真方法，最初叫工业动态学。
是一门分析研究信息反馈系统的学科，也是一门认识系统问题和解决系统问题的交叉综合学科。
从系统方法论来说：系统动力学是结构的方法、功能的方法和历史的方法的统一。
它基于系统论，吸收了控制论、信息论的精髓，是一门综合自然科学和社会科学的横向学科。
系统动力学的发展过程大致可分为三个阶段：1）系统动力学的诞生—20世纪50-60年代由于SD这种方法早期研究对象是以企业为中心的工业系统，初名也就叫工业动力学。
这阶段主要是以福雷斯特教授在哈佛商业评论发表的《工业动力学》作为奠基之作，之后他又讲述了系统动力学的方法论和原理，系统产生动态行为的基本原理。
后来，以福雷斯特教授对城市的兴衰问题进行深入的研究，提出了城市模型。
2）系统动力学发展成熟—20世纪70-80这阶段主要的标准性成果是系统动力学世界模型与美国国家模型的研究成功。
这两个模型的研究成功地解决了困扰经济学界长波问题，因此吸引了世界范围内学者的关注，促进它在世界范围内的传播与发展,确立了在社会经济问题研究中的学科地位。
3）系统动力学广泛运用与传播—20世纪90年代-至今在这一阶段，SD在世界范围内得到广泛的传播,其应用范围更广泛,并且获得新的发展.系统动力学正加强与控制理论、系统科学、突变理论、耗散结构与分叉、结构稳定性分析、灵敏度分析、统计分析、参数估计、最优化技术应用、类属结构研究、专家系统等方面的联系。
许多学者纷纷采用系统动力学方法来研究各自的社会经济问题，涉及到经济、能源、交通、环境、生态、生物、医学、工业、城市等广泛的领域。
2．系统动力学的原理系统动力学是一门分析研究信息反馈系统的学科。
它是系统科学中的一个分支，是跨越自然科学和社会科学的横向学科。
系统动力学讲稿
系统动力学讲稿第一篇：系统动力学讲稿a.水准（L）变量是积累变量，可定义在任何时点；速率（R）变量只在一个时段才有意义。
b.决策者最为关注和需要输出的要素一般被处理成L变量。
c.在反馈控制回路中，两个L变量或两个R变量不能直接相连。
d.为降低系统的阶次，应尽可能减少回路中L变量的个数。
故在实际系统描述中，辅助（A）变量在数量上一般是较多的。
P1 我们在上次课共同学习了系统动力学方法特点和基本原理，了解了系统动力学方法首先通过建立系统的因果关系图，将因果关系图转化为其结构模型——流（程）图，进而使用DYNAMO仿真语言对真实系统进行仿真。
所以我们说它是一种定性和定量相结合的分析方法。
P2 上节课我们讲到商店库存模型的分析，系统要素界定为商店和工厂，又由于我们要研究的库存量是一个与时间有关的要素（随时间的变化关系），所以我们还必须把商店销售、商店订货，工厂生产过程的各个环节考虑在我们的系统中。
P3 如图所示，是商品库存问题的因果关系图。
图中有两个反馈回路：第一个，我们要考察的商品库存量，它的多少对商店订货产生影响，商店订货到了工厂以后，工厂会根据自己的“未供订货量”来预定自己的产量、调整它的生产能力、进行产品生产，产品生产出来后送到商店仓库，使得商店库存增加（也即库存量发生变化），库存量的变化又会引起商店订货量变化……，这是一个负的反馈回路；第二个，工厂生产出产品，供货给商店的同时，又会引起“工厂未供订货”的减少，也是一个负的反馈回路。
还有一个关系要说明，商店的销售会对商店的库存和商店的订货量产生作用。
P4 下面我们进行将这个因果关系图转化为我们的结构模型——流（程）图。
从刚才的分析，显然商店库存是我们最关注和要考察的量，我们将它定为水准变量，记为L2；商店订货是人们的决策过程，它在一个时间段内订货量的多少，决定了工厂未供订货的大小，即它为一个速率变量，记为R1；工厂未供订货量是一个可以定义在任意时刻的量，我们把它定义为水准变量，记为L1；预定产量和生产能力都对工厂生产产品速率产生影响，很容易理解工厂生产是个速率变量，即为R2；对于预定产量和生产能力，我们可以将它定义为辅助变量，分别即为A1、A2；商品销售过程，是引起商店库存量变化的量，我们把它定义为速率变量，记为R3。