离散事件仿真模型设计与实现算法
离散事件系统建模与仿真研究
离散事件系统建模与仿真研究离散事件系统（DES）是现实世界中诸多系统的抽象，其模拟与仿真研究对于系统优化与性能改进具有重要意义。
本文将就离散事件系统建模与仿真研究展开讨论，探究其在实践中的应用和发展前景。
一、离散事件系统的概述离散事件系统是指在离散时间下描述系统的一种数学模型，其特点是系统状态以离散的方式变化，系统行为由事件驱动并发生变化。
与连续系统相比，离散事件系统更贴近真实世界的很多场景，如交通系统、供应链管理和计算机网络等。
通过对离散事件系统进行建模与仿真研究，可以更好地理解系统行为以及利用模型来提升系统性能。
二、离散事件系统建模方法离散事件系统建模是指将实际系统抽象为离散事件系统的过程。
建模的目标是准确地描述系统行为，以便进行进一步的仿真与分析。
在离散事件系统建模中，系统元件、状态、事件以及它们之间的关系是不可或缺的要素。
1. 系统元件离散事件系统的建模过程首先需要确定系统中的元件，这些元件可以是实体、资源或者处理单元。
例如，对于一个制造业的供应链系统，系统元件可以包括供应商、生产线、仓库等。
2. 状态状态用于描述系统元件的属性和行为，它包括系统的内部状态和外部状态。
内部状态指元件内部的变量或属性，如库存量、生产速率等；外部状态指元件与环境的交互，如接收订单、发货等。
3. 事件事件是离散事件系统中的行为触发点，可分为外部事件和内部事件。
外部事件是由系统环境引起的，如用户的请求、供应商的发货等；内部事件则是系统元件内部触发的，如库存量低于阈值、生产任务完成等。
三、仿真模拟与性能评估离散事件系统建模的目的是为了进行仿真模拟与性能评估，通过对系统模型进行仿真，可以获取系统在不同状态下的行为与性能指标。
仿真模拟可以基于真实数据或者随机数据，通过引入事件触发机制，模拟系统的运行过程。
1. 模型验证在进行仿真模拟之前，需要首先验证建立的离散事件系统模型的正确性。
模型验证可以通过与实际系统进行对比和验证来确保模型的准确性。
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
离散事件系统的建模与仿真研究
离散事件系统的建模与仿真研究离散事件系统（Discrete Event System，DES）是指由一系列离散事件组成的系统，其状态随时间点发生离散性的变化。
DES作为一种重要的描述和分析系统的工具，在工业、交通、通讯、金融等领域中得到了广泛的应用。
如何对离散事件系统进行建模和仿真研究，是当前研究的热点和难点之一。
一、离散事件系统建模离散事件系统的建模一般分为三个结构层次：事件层次、状态层次和行为层次。
1.事件层次事件层次是最高层次，定义了系统所有可能的事件和事件发生的时刻。
每个事件都有其自身的类型和时间戳，时间戳确定了事件发生的时刻。
对于同一类型的事件，可以区分其源头和目的地，进而描述事件之间的依赖关系。
2.状态层次在事件层次的基础上，系统的状态层次定义了系统中存在的状态集合，每种状态都有其自身的定义，包括了系统变量的取值，如流量、压力、速度等。
状态的改变是由事件的发生所触发的。
状态层次是描述系统的重要结构层次，不同状态之间可以描述系统运行的不同模式。
3.行为层次行为层次定义了事件与状态之间的关系，描述了事件发生所引起的状态变化。
在行为层次中，可以描述不同事件类型下的状态转移，以及每种状态下的事件类型和发生时间。
行为层次是系统的最底层，包含了所有可观测性质和系统性能的信息。
二、离散事件系统仿真仿真是模拟真实系统行为的过程，在离散事件系统研究中，仿真是验证模型正确性和性能指标的一种有效手段。
1.仿真方法离散事件系统仿真一般分为两种方法：基于事件驱动的仿真和流程中心仿真。
基于事件驱动的仿真是离散事件系统的常用仿真方法。
其基本思想是在仿真的过程中，以事件为驱动条件，在每个事件发生的时刻，进行状态的改变和事件的处理，从而实现系统状态的模拟。
基于事件驱动的仿真具有高效、灵活等优点，在应用中得到了广泛的应用。
流程中心仿真是基于业务逻辑流程的仿真方法。
该方法将流程看作系统的基本单位，通过对流程中各项任务的调度和业务逻辑的处理，得出系统的行为和性能指标。
离散事件系统仿真技术与实例
离散事件系统仿真技术与实例概述离散事件系统仿真是一种模拟离散事件的技术，通过模拟系统中的事件和它们之间的相互作用来分析和优化系统的性能。
在实际应用中，离散事件系统仿真可以用于评估不同策略的效果，预测系统的行为，甚至设计新的系统。
本文将介绍离散事件系统仿真的基本原理和常用方法，并通过实例进行演示，帮助读者深入了解该主题。
离散事件系统仿真的基本原理离散事件系统仿真基于以下几个基本原理进行模拟：1. 离散事件离散事件是指在系统中发生的具体事件，它们可以是系统内部的操作，也可以是外部的输入。
离散事件系统通过跟踪和处理这些事件来模拟系统的运行过程。
2. 事件驱动仿真离散事件系统仿真是一种事件驱动的仿真方法。
系统在仿真过程中，根据当前的状态和已经发生的事件，确定下一个要处理的事件，并执行相应的操作。
这种方法可以更加准确地模拟实际系统的行为。
3. 随机性离散事件系统仿真通常包含一定的随机性。
系统中的事件往往是基于概率模型，具有一定的随机性。
这使得仿真结果更加真实，能够反映系统在不同条件下的不确定性和变化性。
4. 时间推进离散事件系统仿真通过推进时间来模拟系统的运行。
仿真过程中，系统的时间可以是离散的，也可以是连续的。
根据实际系统的特点，选择合适的时间推进策略对系统进行仿真。
离散事件系统仿真的方法和工具1. 事件扩展Petri网方法事件扩展Petri网是一种常用的离散事件系统仿真方法。
它将Petri网模型与离散事件模型结合起来，能够较好地描述事件之间的相互作用和系统的行为变化。
2. Agent-based仿真方法Agent-based仿真是另一种常用的离散事件系统仿真方法。
它将系统的各个组成部分建模为独立的智能体，并模拟它们之间的相互作用和决策过程。
Agent-based仿真在复杂系统的建模和分析中具有较好的灵活性和可扩展性。
3. 常用工具在离散事件系统仿真中，有许多常用的工具可供选择。
例如，Arena是一款功能强大的商业仿真软件，提供了丰富的建模和分析功能。
第四章离散事件系统仿真方法1
第四章离散事件系统仿真方法1d第4章离散事件系统仿真方法4.1离散事件系统仿真一般概念4.1.1 一般概念离散事件系统：系统中的状态只在离散时间点上发生变化，而且这些离散时间点一般是不确定的。
系统状态是离散变化的，而引发状态变化的事件是随机发生的，因此这类系统的模型很难用数学方程来描述。
随着系统科学和管理科学的不断发展及其在军事、航空航天、CIMS和国民经济各领域中应用的不断深入，逐步形成一些与连续系统不同的建模方法：流程图和网络图。
离散事件系统建模与仿真的基本概念：⑴ 实体：是描述系统的三（四）要素之一，是系统中可单独辨识和刻画的构成要素。
如：工厂中的机器，商店中的服务员，生产线上的工件，道路上的车辆等。
从仿真角度看，实际系统就是由相互间存在一定关系的实体集合组成的，实体间的相互联系和作用产生系统特定的行为。
实体可分为两大类：临时实体和永久实体临时实体――在系统中只存在一段时间的实体。
一般是按一定规律有系统外部到达系统，在系统中接受永久实体的作用，按照一定的流程通过系统，最后离开系统。
临时实体存在一段后即自行消失，消失有时是指实体从屋里意义上退出了系统的边界或自身不存在了；有时仅是逻辑意义上的取消，意味着不必再予以考虑。
如：进入商店的顾客、路口的车辆、生产线上的工件、进入防空火力网的飞机、停车场的汽车等。
永久实体――永久驻留在系统中的实体。
是系统产生功能的必要条件。
系统要对临时实体产生作用，就必须有永久实体的活动，也就d必须有永久实体。
可以说临时实体与永久实体共同完成了某项活动，永久实体作为活动的资源而被占用，如：理发店中的理发员、生产线上的加工装配机械、路口的信号灯等。
属性和行为相同或相近的实体可以用类来描述，这样可以简化系统的组成和关系。
如：理发店服务系统可以看成是由“服务员”和“顾客”两类实体组成的，两类实体之间存在服务与被服务的关系。
⑵ 属性是实体特征的描述，一般是系统所拥有的全部特征的一个子集，用特征参数或变量表示。
离散事件系统仿真方法
离散事件系统仿真方法离散事件系统仿真方法（DES）是一种表达系统行为的数学模型，在计算机科学和工程领域中得到广泛应用。
DES主要用于对系统的离散事件进行建模和模拟，离散事件是系统中可以显著影响系统行为的事件，这些事件的发生时间是离散的，它们之间是分开的。
下面介绍几种常用的离散事件系统仿真方法：1. 事件列表驱动（Event List Driven）：事件列表驱动方法是最基本的 DES 方法。
在这种方法中，所有可能发生的事件都被列在一个事件列表中，事件按照发生的时间顺序排列。
仿真器会检查事件列表中最早发生的事件，并将系统状态更新到该事件发生的时间点。
然后仿真器会触发该事件，并处理该事件引发的状态变化。
2. 过程导向（Process Oriented）：过程导向方法是一种更高级的DES 方法。
在这种方法中，系统被分解为一系列并发的过程，每个过程负责处理一类事件。
过程之间通过消息传递进行通信和同步。
仿真器会根据系统的当前状态选择一个过程，并将事件分发给该过程进行处理。
过程在处理事件时可以触发其他事件。
3. 状态类（State-based）：状态类方法是一种根据系统状态的改变来驱动仿真的方法。
在这种方法中，系统的状态由一组状态变量来表示，仿真器会根据系统当前状态和一组状态转移规则来选择下一个事件的发生时间和类型。
状态类方法更适合描述那些状态随时间变化比较复杂的系统。
在进行离散事件系统仿真之前，需要确定系统中所有可能发生的事件和它们的发生时间。
一般来说，确定事件和发生时间是根据系统的规范和需求来完成的。
此外，仿真器还需要记录和输出仿真结果，以便进行分析和评估。
离散事件系统仿真方法在很多领域都有应用。
例如，在运输领域，可以使用DES方法来优化交通流量和路网规划。
在制造业中，可以使用DES 方法来优化生产线的布局和调度。
在通信领域，可以使用DES方法来评估无线网络的性能和信道分配策略。
综上所述，离散事件系统仿真方法是一种用于模拟和分析系统行为的重要工具。
离散事件系统建模和仿真
离散事件系统建模和仿真一、介绍离散事件系统（DES）是由一些离散事件组成的系统，其中每个事件在时间上单独发生。
相比于连续系统，离散事件系统更适用于那些事件是离散的、不规则的、或者随机发生的系统。
离散事件系统建模和仿真是对这类系统进行分析和设计的过程，通过这些方法可以更好地理解和预测系统的行为，进而通过优化策略来提高系统的效率和性能。
本文将详细介绍离散事件系统建模和仿真的过程，包括系统建模、模拟和结果分析等方面的内容。
二、离散事件系统的建模离散事件系统建模是指将一个复杂的离散事件系统转化为一种简单的数学模型，以便于进一步的分析和设计。
其基本思路是将系统中的各种事件抽象出来，并对它们的相互关系进行建模和描述。
1.系统建模的基本方法离散事件系统的建模可以使用不同的数学工具，其中最常用的是Petri网、时序图和状态转换图。
（1）Petri网Petri网是一种用于描述离散事件系统的数学工具，其基本思想是将系统中的各种事件抽象成为“事务所（Place）”和“变迁（Transition）”两种基本元素，并通过“输入库所”和“输出库所”等逻辑关系来描述它们之间的交互关系。
（2）时序图时序图（Sequence Diagram）是UML中的一种建模工具，它是用于描述系统中对象之间的交互关系和时间顺序的图形。
通过时序图可以清楚地描述系统中各个事件的执行顺序和相互关系。
（3）状态转换图状态转换图是一种用于描述系统状态及其转移关系的图形工具。
通过状态转换图可以清楚地描述系统从一个状态转换到另一个状态时所需的条件和操作，有助于深入理解系统的行为和设计流程。
2.离散事件系统建模的步骤离散事件系统建模通常需要经历下面的几个步骤：（1）定义系统范围确定模型应涵盖的系统范围，并定义所需的资源和参数，以便进行建模和仿真。
（2）设定事件种类将系统中的事件抽象成离散事件，并对每种事件进行详细的定义和描述。
（3）建立转移关系根据系统的事件种类和执行流程，建立各个事件之间的转移关系模型，以便描述它们之间的交互关系。
离散事件系统的建模及仿真
离散事件系统的建模及仿真离散事件系统（DES）是由一组离散的事件组成的系统，这些事件发生的时间是不连续的，而是符合某些随机分布的。
其中最典型的例子就是计算机网络系统和制造业系统。
为了研究系统的行为和性能，需要进行建模和仿真。
一、离散事件系统模型离散事件系统模型主要分为：1. 离散时间模型离散时间模型将时间视作离散的时间点，系统状态在各个时间点之间发生变化。
变化是由离散事件引起的。
2. 连续时间模型连续时间模型将时间视作连续的时间流，系统状态是在时间流中按照连续方式演化的。
如具有阶段性和可重复性的工业生产过程。
3. 混合时间模型混合时间模型同时兼具离散和连续的特点。
如涉及到无线网络时，用户的驻留时间属于连续时间，用户数量的变化属于离散事件。
二、离散事件系统仿真离散事件系统仿真一般采用事件驱动的方法。
将系统分为若干模块，在每个模块中，定义被模拟的事件，并计算事件发生的时间和所带来的影响。
事件驱动仿真的主要思路是：1. 仿真的初期，将系统的状态初始化为所设定的状态，用“时钟”来模拟时间。
2. 仿真系统通过时钟来不断加倍地运行，等到仿真过程中需要出现事件的时候，就跳出当前仿真的运动，而声明事件的发生时间。
3. 标记事件后，仿真系统可以基于某种策略对事件进行排队，然后按照时间的先后顺序进行运行。
4. 在仿真的过程中，会根据发生的事件得出相应的结果，保存在仿真结果的数据结构中，用于后续的仿真分析。
离散事件系统仿真时要注意的地方：1. 对于大型系统，由于其状态空间太大，会导致模型的运行时间过长，从而影响仿真的效率。
2. 因为模型已经不仅仅是数学模型而是物理模型，所以需要考虑仿真结果的表示方法。
3. 仿真结果的分析是非常必要的，而且分析需要进行统计，统计方法必须要掌握。
三、离散事件系统的应用1. 计算机网络系统计算机网络系统中涉及到的很多问题都可以使用离散事件系统模型进行仿真。
如路由选择问题、网络拥塞问题、网络性能评估等。
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第三章 离散事件仿真模型设计与实现算法
▪ 3.1 离散事件系统仿真建模方法
▪ 离散事件仿真模型的组成与构造
▪ 实体流图法
▪ 建模可以按一下思路进行：
▪ （1）辨识组成系统的实体及属性。 ▪ （2）分析各种实体的状态和活动，及其相互间的影响。 ▪ （3）考察有哪些事情导致了活动的开始或结束，或者可以作为活动开始或结束的标
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第三章 离散事件仿真模型设计与实现算法
▪ 3.1 离散事件系统仿真建模方法 ▪ 离散事件仿真模型的组成与构造 ▪ 活动周期图法 ▪ 活动周期图以直观的方式显示了实体的状态变化历程和各
实体之间的交互作用关系，便于理解和分析。活动周期图可以 充分反映各类实体的行为模式，并将系统的状态变化以“个体” 状态变化的集合方式表示出来，因此可以更好地表达众多实体 的并发活动和实体之间的协同。
统计计 初始化 时间推
数器
程序 进程序
事件发 生程序
随机观 测生成 程序库
报告生 成器 主程序
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第三章 离散事件仿真模型设计与实现算法
▪ 3.1 离散事件系统仿真建模方法
▪ 离散事件仿真模型的组成与构造 开始 主程序
下变 的步 控长 制时 逻间 辑推
进 机 制
（1）设置仿真钟=0 （2）初始化系统状态和统计计数器 （3）初始化事件列表
生事件表
控制
（2）推进仿真钟
子程
序
（1）修改系统状态 （2）修改统计计数器 （3）产生将来事件加到事件表中
事件 子程
序
（1）根据统计计数器进行统计分析
（2）打印输出报告
报告
产生
第三章 离散事件仿真模型设计与实现算法
▪ 3.2 离散事件系统仿真实现的三种算法 ▪ 事件调度法 ▪ 事件调度法的步骤是： ▪ （1）初始化：需要初始化的对象包括时间、事件表、系统初
物流系统仿真 ——从理论到实践
第三章 离散事件仿真模型设计与实现算法
第三章 离散事件仿真模型设计与实现算法
▪ 3.1 离散事件系统仿真建模方法 ▪ 3.4 离散事件系统仿真的基本要素
– 3.1.1 离散事件仿真模型的组成与构造 – 3.1.2 实体流图法
– 3.4.1 基本要素 – 3.4.2 仿真钟
真方法主要是研究系统状态变化，有事件发生就会有状态变化。 事件调度法是通过定义事件，并按照时间顺序处理所发生的一 系列事件。由于事件都是预定的，状态变化发生在明确的预定 时刻，所以这种方法适合于活动持续时间比较确定的系统。
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第三章 离散事件仿真模型设计与实现算法
▪ 3.2 离散事件系统仿真实现的三种算法
▪ 3.3 离散事件系统仿真模型设计
– 3.3.1 面向事件的仿真模型 – 3.3.2 面向活动的仿真模型 – 3.3.3 面向进程的仿真模型
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第三章 离散事件仿真模型设计与实现算法
▪ 3.1 离散事件系统仿真建模方法 ▪ 离散事件仿真模型的组成与构造
仿真模型
系统状 态
事件列
仿真钟
表
志，以确定引起实体状态变化的事件，并合并条件事件。 ▪ （4）分析各种事件发生时，实体状态的变化规律。 ▪ （5）在一定的服务流程下，分析与队列实体有关的特殊操作(如换队等)。 ▪ （6）通过以上分析，以临时实体的流动为主线，用约定的图示符号画出被仿真系统
的实体流程图。 ▪ （7）给出模型参数的取值、参变量的计算方法及属性描述变量的取值方法。 ▪ （8）给出队列的排队规则。
– 3.1.3 活动周期图法
▪ 3.5 排队系统与库存系统
– 3.1.4 实体流图与活动周期图的比较
– 3.5.1 排队系统
▪ 3.2 离散事件系统仿真实现的三种算法– 3.5.2 库存系统
– 3.2.1 事件调度法
– 3.5.3 排队系统与库存系统仿真比较
– 3.2.2 活动扫描法
– 3.2.3 进程交互法
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第三章 离散事件仿真模型设计与实现算法
▪ 3.1 离散事件系统仿真建模方法 ▪ 离散事件仿真模型的组成与构造 ▪ 实体流程图与活动周期图比较
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第三章 离散事件仿真模型设计与实现算法
▪ 3.2 离散事件系统仿真实现的三种算法 ▪ 事件调度法 ▪ 事件调度法（Event Scheduling）是面向事件的方法。仿
始时间和成分状态。 ▪ （2）将仿真钟设置为系统初始事件的时间。 ▪ （3）执行事件子程序，修改事件表。 ▪ （4）取出ts minta aCA的事件记录，推进仿真钟TIME t ，修改事件
表。
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第三章 离散事件仿真模型设计与实现算法
▪ 3.2 离散事件系统仿真实现的三种算法 ▪ 活动扫描法 ▪ 活动扫描法（Activity Scanning）是面向活动的。活动
▪ 事件调度法
主程序
事 件 调 度 法 程 序 结 构
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输入仿真控 制参数
调用初始化 子程序
调用事件控 制子程序
调用事件子 程序
仿真结果？
调用输出子 程序
结束
（1）仿真钟初始化 （2）系统状态初始化 （3）事件表初始化 （4）统计计数器初始化
初始 化子 程序
（1）操作事件表，确定下一最早发 时间
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第三章 离散事件仿真模型设计与实现算法
▪ 3.1 离散事件系统仿真建模方法 ▪ 离散事件仿真模型的组成与构造 ▪ 活动周期图法 ▪ 活动周期图建模过程如下： ▪ （1）辨识组成系统的实体及属性. ▪ （2）辨识组成系统的永久实体和临时实体，队列不作为实体
考虑。 ▪ （3）分别画出各实体的活动周期图。
终止
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
第三章 离散事件仿真模型设计与实现算法
▪ 3.1 离散事件系统仿真建模方法 ▪ 离散事件仿真模型的组成与构造 ▪ 实体流图法 ▪ 实体流程图方法采用与计算机程序流程图相类似的图示符
号和原理，建立表示临时实体产生、在系统中流动、接受永久 实体“服务”以及消失等过程的流程图。借助实体流程图、可 以表示事件、状态变化及实体间相互作用的逻辑关系。
（0）激活初始化程序 （1）激活事件推进程序（重复） （2）激活事件发生程序（重复）
（1）确定下一事件类型，如I （2）推进仿真钟
（1）更新系统状态 （2）更新统计计数器 （3）产生将来事件并添加到事件列表中
生成随机变量
仿真结束？
N
报告生成器
Y
（1）计算有关评价指标 （2）写仿真报告
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