基于系统动力学的博弈建模仿真及案例实践

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基于系统动力学的网络安全攻防演化博弈模型

ＺＨＵＪｉａｎ－ｍｉｎｇ，ＳＯＮＧＢｉａｏ＇＿，ＨＵＡＮＧＱｉ．ｆａ
（１．ＳｃｈｏｏｌｏｆＩｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ，ＣｅｎｔｒａｌＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＦｉｎｎｃａｅａｎｄＥｃｏｎｏｍｉｃｓ，Ｂｅｉｊｉｎｇ１０００８１，Ｃｈｉｎａ；２．ＳｃｈｏｏｌｏｆＡｃｃｏｕｎｔ，ＩｎｎｅｒＭｏｎｇｏｌｉａＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＦｎｉａｎｃｅｎｄａＥｃｏｎｏｍｉｃｓ，Ｈｏｈｈｏｔ０１００５１，Ｃｈｎａｉ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａｎｏｆｆｅｎｓｅ — ｄｅｆｅｎｓｅｇａｍｅｍｏｄｅｌｗｉｔｈｌｅａｒｎｉｎｇｍｅｃｈａｎｉｓｍｉｎｔｈｅｃａｓｅｏｆａｓｙｍｍｅｔｒｉｃｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎｗａｓｐｒｏｐｏｓｅｄｂａｓｅｄｏｎｎｏｎ — ｃｏｏｐｅｒａｔｉｏｎｅｖｏｌｕｔｉｏｎｇａｍｅｔｈｅｏｒｙ．Ｃｏｍｂｉｎｅｄｗｉｔｈｕｔｉｌｉｔｙｆｕｎｃｔｉｏｎ，ｈｅｔｅｘｉｓｔｅｎｃｅａｎｄｕｎｉｑｕｅｎｅｓｓｏｆＮａｓｈｅｑｕｉｌｉｂｒｉｕｍｉｎｔｈｅｏｆｆｅｎｓｅ — ｄｅｆｅｎｓｅｐｒｏｃｅｓｓｗｅｒｅｐｒｏｖｅｄ．ＳｉｍｕｌａｔｉｏｎｂｙｓｙｓｔｅｍｄｙｎａｍｉｃｓｓｈｏｗｓｔｈａｔｔｈｅｒｅｉｓＮａｓｈｅｑｕｉ — ｌｉｂｒｉｕｍｉｎｅｖｏｌｕｔｉｏｎａｙｒｇａｍｅｍｏｄｅｌａｆｔｅｒｉｎｔｒｏｄｕｃｉｎｇｔｈｅｄｙｎａｍｉｃｐｅｎａｌｔｙｓｒｔａｔｅｇｙｏｆｔｈｅｔｈｉｒｄｐａｒｔｙ．Ｔｈｅｒｅｆｏｒｅ，ｗｈｅｎ

基于控制系统的龙门式起重机动力学建模与仿真分析

基于控制系统的龙门式起重机动力学建模与仿真分析龙门式起重机是一种常见的重型起重设备，广泛应用于港口、建筑工地、仓库等场所。

为了提高龙门式起重机的控制效果和运行稳定性，需要进行动力学建模与仿真分析。

本文将基于控制系统，详细介绍龙门式起重机的动力学建模方法，并进行仿真分析。

一、动力学建模方法1. 系统分析首先，需要对龙门式起重机的结构进行分析。

通常，龙门式起重机由大梁、小车、起重机和配重等组成。

其中，大梁支撑整个起重机，小车在大梁上移动，起重机则在小车上升降，实现货物的吊运。

在进行动力学建模时，需要考虑以上各个部分的质量、惯性、阻尼等因素。

2. 状态变量选择根据龙门式起重机的特点，选择适当的状态变量进行建模。

常用的状态变量包括主摆角、小车位置、起升高度等。

这些状态变量能够准确地描述起重机的运动轨迹和状态变化，有助于控制系统的设计与优化。

3. 运动方程建立根据运动学和动力学原理，推导龙门式起重机的运动方程。

对于多关节、多自由度的系统，可以利用拉格朗日方程、牛顿第二定律等基本原理进行建模。

根据实际情况，加入摩擦、阻尼等因素，使模型更加准确。

4. 参数辨识在建立动力学模型之前，需要进行参数辨识。

参数辨识的目的是确定龙门式起重机各个部分的质量、惯性、摩擦等物理参数。

可以通过实验或者仿真数据拟合的方法，对参数进行辨识。

辨识后的参数能够有效提高模型的准确性和仿真结果的可靠性。

二、仿真分析1. 控制策略设计在进行仿真之前，需要设计合适的控制策略。

控制策略是指通过调节龙门式起重机的控制动作，以达到预期的目标。

常用的控制策略包括PID控制、模糊控制、神经网络控制等。

根据不同的应用场景和需求，选择合适的控制策略进行仿真分析。

2. 仿真环境搭建基于控制系统的龙门式起重机动力学仿真通常采用计算机仿真软件进行。

如MATLAB/Simulink、ADAMS等。

通过搭建适当的仿真环境，可以模拟龙门式起重机在不同工况下的运动轨迹和力学特性，为后续的分析提供准确的仿真数据。

《基于系统动力学的建筑工程施工安全监管博弈研究》范文

《基于系统动力学的建筑工程施工安全监管博弈研究》篇一一、引言建筑工程施工安全监管是保障工程质量和人员安全的重要环节。

随着建筑工程规模的扩大和复杂性的增加，施工安全监管的难度和重要性日益凸显。

本文旨在通过系统动力学的方法，对建筑工程施工安全监管过程中的博弈行为进行研究，以期为提高施工安全监管效果提供理论依据和实证支持。

二、文献综述过去的研究中，众多学者对建筑工程施工安全监管的博弈行为进行了深入探讨。

一方面，政府和施工单位在施工安全监管中的角色和责任得到了广泛关注；另一方面，施工安全监管的制度、政策、技术手段等方面的研究也取得了丰富成果。

然而，现有研究在系统性和深度上仍有待加强，尤其是对于施工安全监管过程中各参与方的博弈行为及其影响因素的研究。

三、系统动力学模型构建（一）模型假设与变量设定本研究假设建筑工程施工安全监管系统由政府、施工单位、施工人员等参与方组成。

设定系统动力学的变量包括：各参与方的策略选择、安全投入、安全事故发生率、安全监管政策等。

（二）模型结构与因果关系分析基于假设和变量设定，构建施工安全监管系统的因果关系图。

图中展示了各变量之间的相互作用和影响关系，如政府的安全监管政策会影响施工单位的安全投入和施工人员的安全行为，进而影响安全事故发生率。

（三）模型仿真与结果分析运用系统动力学软件对模型进行仿真，分析各参与方在不同策略选择下的安全投入、安全事故发生率等指标的变化趋势。

结果表明，政府加强安全监管政策、施工单位增加安全投入、施工人员提高安全意识等措施，均有助于降低安全事故发生率。

四、博弈论在施工安全监管中的应用（一）政府与施工单位之间的博弈政府和施工单位在施工安全监管中存在博弈关系。

政府希望通过加强监管来降低安全事故发生率，而施工单位则可能出于成本考虑而降低安全投入。

运用博弈论分析双方的策略选择和均衡点，为政策制定提供依据。

（二）施工人员个体与集体的博弈施工人员个体在施工过程中可能存在侥幸心理，忽视安全规定。

(完整版)系统动力学模型案例分析

系统动力学模型介绍1.系统动力学的思想、方法系统动力学对实际系统的构模和模拟是从系统的结构和功能两方面同时进行的。

系统的结构是指系统所包含的各单元以及各单元之间的相互作用与相互关系。

而系统的功能是指系统中各单元本身及各单元之间相互作用的秩序、结构和功能，分别表征了系统的组织和系统的行为，它们是相对独立的，又可以在—定条件下互相转化。

所以在系统模拟时既要考虑到系统结构方面的要素又要考虑到系统功能方面的因素，才能比较准确地反映出实际系统的基本规律。

系统动力学方法从构造系统最基本的微观结构入手构造系统模型。

其中不仅要从功能方面考察模型的行为特性与实际系统中测量到的系统变量的各数据、图表的吻合程度，而且还要从结构方面考察模型中各单元相互联系和相互作用关系与实际系统结构的一致程度。

模拟过程中所需的系统功能方面的信息，可以通过收集，分析系统的历史数据资料来获得，是属定量方面的信息，而所需的系统结构方面的信息则依赖于模型构造者对实际系统运动机制的认识和理解程度，其中也包含着大量的实际工作经验，是属定性方面的信息。

因此，系统动力学对系统的结构和功能同时模拟的方法，实质上就是充分利用了实际系统定性和定量两方面的信息，并将它们有机地融合在一起，合理有效地构造出能较好地反映实际系统的模型。

2.建模原理与步骤(1)建模原理用系统动力学方法进行建模最根本的指导思想就是系统动力学的系统观和方法论。

系统动力学认为系统具有整体性、相关性、等级性和相似性。

系统内部的反馈结构和机制决定了系统的行为特性，任何复杂的大系统都可以由多个系统最基本的信息反馈回路按某种方式联结而成。

系统动力学模型的系统目标就是针对实际应用情况，从变化和发展的角度去解决系统问题。

系统动力学构模和模拟的一个最主要的特点，就是实现结构和功能的双模拟，因此系统分解与系统综合原则的正确贯彻必须贯穿于系统构模、模拟与测试的整个过程中。

与其它模型一样，系统动力学模型也只是实际系统某些本质特征的简化和代表，而不是原原本本地翻译或复制。

《基于系统动力学的建筑工程施工安全监管博弈研究》

《基于系统动力学的建筑工程施工安全监管博弈研究》篇一一、引言随着建筑工程规模的日益扩大和施工过程的复杂性增加，施工安全问题已经成为了一个亟待解决的重要问题。

近年来，许多国家和地区已经开始加强了对于建筑工程施工安全的监管，然而，由于各种因素的影响，安全事故仍然时有发生。

因此，本文将基于系统动力学的方法，对建筑工程施工安全监管中的博弈行为进行研究，以期为提高施工安全监管的效率和效果提供有益的参考。

二、研究背景及意义系统动力学是一种基于计算机仿真的方法，它通过构建系统的动态模型来分析系统的行为和变化规律。

在建筑工程施工安全监管中，各利益相关方之间的博弈行为对于施工安全具有重要的影响。

因此，本文采用系统动力学的方法，研究施工安全监管中的博弈行为，分析各利益相关方的行为特点、相互关系及其对施工安全的影响，为提高施工安全监管的效率和效果提供理论支持和实践指导。

三、研究方法与模型构建1. 模型构建本文首先对建筑工程施工安全监管中的利益相关方进行识别和分类，包括建设单位、施工单位、监管部门、工人等。

然后，基于系统动力学的原理和方法，构建一个多主体参与的建筑工程施工安全监管模型。

该模型包括各利益相关方的行为决策、相互影响、信息传递等过程，能够反映施工安全监管的动态变化和复杂关系。

2. 模型参数设定在模型构建的基础上，本文进一步设定了模型的参数和变量。

其中，参数包括各利益相关方的行为偏好、决策规则、信息传递效率等；变量包括施工安全事故发生率、监管效率等。

通过对这些参数和变量的设定和调整，可以模拟不同情况下的施工安全监管情况，分析各利益相关方的行为特点和影响。

四、研究结果分析1. 利益相关方的行为特点通过对模型的分析，我们发现各利益相关方的行为特点存在显著的差异。

建设单位更关注项目的进度和成本，而往往忽视了安全问题；施工单位在追求利润最大化的同时，可能会忽视安全问题或者采取一些不安全的施工方式；监管部门则负责监督和检查施工过程的安全性，但其监管力度和效果受到多种因素的影响；工人则是施工安全的直接参与者，他们的行为和意识对于施工安全具有重要影响。

《基于系统动力学的博弈建模仿真及案例实践》教学大纲【模板】

《基于系统动力学的博弈建模仿真及案例实践》教学大纲一、课程信息课程编号：课程中文名称：基于系统动力学的博弈建模仿真及案例实践课程英文名称：Modeling and Simulation of Game based on System Dynamics and Case Study适用专业：计算机软件与理论、计算机应用技术开课时间：2015.3总学时： 60（其中理论学时：16，实践学时：44）总学分：二、课程内容简介课程主要介绍了系统科学与复杂理论在经济学博弈论的应用，以及基于系统动力学的社会科学计算机模型。

简单介绍系统科学与复杂理论、博弈论方法，及其学科前沿的应用，重点介绍系统动力学基本理论及其应用，针对目前动态博弈的建模仿真问题进行案例讨论。

三、教学目标该门课程主要培养学员的数学建模思想与计算机仿真手段的综合应用能力，提高学员在各个领域的计算机应用能力，能综合利用计算机仿真手段，分析现实社会中的某些复杂的现象，从而为分析解决现实中的这些问题提供决策支持。

该门课程对于计算机网络、数据挖掘、公共安全甚至是社会信息经济等领域等的理论建模方面具有重要的作用。

通过本课程的学习，学员能够学习到以下几点：1、了解系统科学与复杂理论的基本知识及其应用2、熟悉博弈论基本理论和经典案例，系统动力学的应用3、了解基于系统动力学的动态博弈建模仿真的技术实现路线四、教学方法课程的讲解从生活中的博弈论引入，以分析解决某个博弈案例为前提，在过程组织上，先介绍案例背景，再阐述分析方法与过程，最后完成博弈案例的建模和仿真的顺序进行，在介绍建模过程的同时穿插系统科学与复杂理论基本知识，简单的动手操作训练，加深理解和掌握。

五、及教学重难点本课程的重点是系统科学的视角下，利用系统动力学分析动态博弈演化过程，难点是针对具体应用的分析建模、技术实现路线。

六、教学内容及学时安排。

基于系统动力学的能源消费需求建模与仿真——以滨州市为例

毕业设计（论文）题目基于系统动力学的能源消费需求建模与仿真——以滨州市为例系（院）数学与信息科学系专业班级学生姓名学号指导教师职称二〇一三年六月十日独创声明本人郑重声明：所呈交的毕业设计(论文)，是本人在指导老师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果，成果不存在知识产权争议．尽我所知，除文中已经注明引用的内容外，本设计（论文）不含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果．对本文的研究做出重要贡献的个人和集体均已在文中以明确方式标明．本声明的法律后果由本人承担．作者签名二〇一三年月日毕业设计（论文）使用授权声明本人完全了解滨州学院关于收集、保存、使用毕业设计（论文）的规定．本人愿意按照学校要求提交学位论文的印刷本和电子版，同意学校保存学位论文的印刷本和电子版，或采用影印、数字化或其它复制手段保存设计（论文）；同意学校在不以营利为目的的前提下，建立目录检索与阅览服务系统，公布设计（论文）的部分或全部内容，允许他人依法合理使用．（保密论文在解密后遵守此规定）作者签名二〇一三年月日基于系统动力学的能源消费需求建模与仿真——以滨州市为例摘要随着黄三角地区经济的快速发展以及技术革命的迅速推动，区域能源消费需求逐年增长，然而，不断增长的能源消费需求在为人类创造财富的同时，也给人类带来了能源短缺、环境污染等问题，制约了经济社会的可持续发展.加强技术改造、建立节约资源的技术政策、加强对资源的综合利用、开发新能源，成为维持经济社会持续发展的重要因素.文章首先对有关区域能源消费需求的相关数据进行分析.根据系统动力学的方法，从能源消费需求、经济发展水平、大气环境质量、人口数量和科技水平5个方面，构建一套系统且适用于滨州市能源消费需求的预测模型.然后根据滨州市能源消费需求的特点，对指标进行系统动力学分析.最后，通过对滨州市能源消费需求各项数据的分析，为滨州市能源消费需求的改善提供适当建议.关键词：能源消费需求；预测模型；持续发展；系统动力学方法Modeling and simulation of energy consumption demand based on the system dynamics——binzhou as an exampleAbstractWith the rapid development of the Yellow River delta region economy and the rapid push of technology revolution, area energy consumption increased year by year, but the growing demand for energy consumption in creating wealth for human beings, at the same time, also has brought the human issues of energy shortage, environmental pollution, restricted the economic and social sustainable development. Strengthen the technological transformation, establishing resource conservation technology policy, strengthen the comprehensive utilization of resources, development of new energy, has become an important factor to maintain sustainable development of economy and society.First, the regional energy consumption demand of associated data are analyzed. Based on the system dynamics method, from energy consumption, economic development level, atmospheric environmental quality，size of population and the level of science in five aspects, build a system and is applicable to binzhou city energy consumption prediction model. Then according to the characteristics of the binzhou city energy consumption and system dynamics analysis of indicators. Finally, through the analysis of binzhou city energy consumption requirements on various data, in binzhou city to offer appropriate advice to improve the energy consumption.Keywords: demand of the energy consumption; prediction model; sustainable development; the method of system dynamics.目录第一章绪论 (1)1.1能源在经济社会发展中的发展史 (1)1.2研究的目的及意义 (1)1.3黄三角区域能源消费需求的发展现状 (2)1.4区域能源消费需求的研究方法 (3)第二章系统动力学研究方法 (5)2.1系统动力学简介 (5)2.2系统动力学的特点 (5)2.3系统动力学的应用范围 (5)2.4系统动力学建模的步骤 (5)2.5系统动力学建模的基本工具 (7)第三章基于系统动力学的区域能源消费需求的模型研究 (8)3.1建模的目的 (8)3.2系统边界的界定 (8)3.3系统的结构分析 (8)3.4系统动力学模型的建立 (10)3.5小结 (14)第四章系统动力学在能源消费需求仿真中的应用—以滨州市为例 (15)4.1基本模拟参数的确定 (15)4.2模型检验 (16)4.3模型的仿真运行及分析 (17)4.4政策与建议 (21)第五章本章结论 (23)参考文献 (24)谢辞 (26)附录一 (27)附录二 (28)第一章绪论1.1 能源在经济社会发展中的发展史能源是社会发展的物质基础，是推动经济社会发展必不可少的动力，对经济社会持续健康发展和人民生活的改善发挥着重要的促进作用和保障作用.随着社会和文明的进步，社会对能源的依赖也日益加深.改革开放30年以来，中国经济取得了飞速发展，人民生活水平显著提高.然而，经济的快速发展是基于能源消费总量的持续增长，这导致了资源短缺、环境污染严重、能源消耗强度大、单位GDP能耗高、结构不合理等一系列问题.能源短缺、环境污染制约了经济社会的可持续发展.在经济社会未来的发展中，能源问题将更加突出、更加严峻.解决这种能源问题的途径是多方面的，其中，开发利用可再生能源、提高可再生能源在能源结构中的比例是一个非常重要的选择.发展可再生能源[1]，利在社会，益在长远，我国有丰富的可再生能源，具有巨大的发展潜力，但目前还没有完全反映“资源、环保、持续”的能源价格体系[2]，要想实现可再生能源与常规能源在市场上的竞争，需要国家实施特殊的政策手段和一系列行之有效的发展机制.未来社会的经济持续快速发展，然而能源消费需求也会随之上升，因此，可再生能源的开发利用将是经济社会持续健康发展的重要途径.1.2 研究的目的及意义能源是国民经济发展的物质基础，是推动经济社会发展必不可少的动力.随着经济的持续快速发展，社会对能源消费的依赖程度日益提高.能源消费系统与经济、人口、环境、科技等外在因素紧密相连，认识和把握能源消费规律及其变化趋势成为提高能源安全的基本前提和必要条件.我国是世界上第二大能源生产国，同时，我国又是第二大能源消费国，我国的能源消费主要靠国内供应，能源自给率达到百分之九十以上.近几年来，在国民经济快速增长的拉动下，我国能源消费总量也随之增长较快，一些地区出现了不同程度的能源紧张局面.为保障国民经济的持续发展，国家从“开源”和“节流”两方面[3]，多管齐下，采取综合措施来缓解能源紧张状况.通过各方面的共同努力，我国能源供需矛盾趋于缓和，但要从根本上解决包括供应短缺在内的能源问题，还要切实转变经济增长方式，继续深化能源领域的体制改革，走出一条适应市场经济规律的能源发展道路.当今世界，经济全球化趋势不断加深，各经济体之间的联系日益紧密，能源已成为国际合作的重要领域[4].能源作为一种最重要的地球资源，是人类社会发展的物质基础，是经济增长和发展的前提，是生产力发展的重要支撑，是全球可持续发展的重要保障.各国之间应该在平等互利、互相尊重的基础上，开展国际能源合作，这有助于增进各国在能源政策信息、管理经验和新进技术方面的相互交流，有利于促进优势互补和世界各国的共同发展.我国政府高度重视能源领域的对外开放和国际合作，伴随着我国对外开放的进一步扩大和社会主义市场经济体制的不断完善，外商参与中国能源发展的环境将更加优化，合作的前景更加广阔.我国将一如既往的积极参与国际能源交流合作，为世界能源的可持续发展作出新的贡献.无论是就我国而言还是就世界而言，经济的快速发展都要付出巨大的资源和环境代价.目前，人类利用的能源还是以非再生的化石能源为主，因此，不仅要重视能源对全球可持续发展的重要作用与贡献，而且也应关注能源自身的持续发展问题.应该不断地创新技术、开发新能源，做到节能减排，这有助于降低能耗成本，缓解政府能源供应，有利于社会经济的发展，有利于环境保护，有利于提高人民的生活水平.1.3 黄三角区域能源消费需求的发展现状2009年12月03日，国家发改委制定并印发了《黄河三角洲高效生态经济区发展规划》，标志着黄三角的区域规划上升到国家战略，成为我国区域协调发展战略的重要组成部分.随着经济的快速发展，能源需求量越来越大，经济发展受制于能源的情况将会越来越严重，不断增长的能源需求与能源稀缺之间的矛盾将成为经济发展难以摆脱的瓶颈.而且，《黄河三角洲高效生态经济区发展规划》的实施要以资源高效利用和生态环境改善为主线，着力优化产业结构.基于2005—2010年的数据，通过利用面板数据模型对黄河三角洲高效生态经济区6个重要城市经济增长与能源消费之间的关系进行分析发现，6个市的经济增长与能源消费具有不同程度的正相关关系.因此，黄河三角洲高效生态经济区要持续健康协调发展，必须转变经济增长方式.滨州市作为黄河三角洲的重要城市之一，是黄河三角洲地区面积最大、人口最多的行政区域，是黄河三角洲高效生态经济区开发建设的主战场.它位于黄河下游，鲁北平原，地处黄河三角洲尾闾，现辖滨城区、惠民县、阳信县、无棣县、沾化县、博兴县、邹平县六县一区和滨州经济开发区、滨州北海经济开发区以及滨州高新技术产业开发区，版图面积9453平方千米，人口379万.滨州市资源丰富，全市已探明的矿藏有29种，已开发利用的19种，尚未开发的10种，据地质资料显示，滨州市的矿产潜在总值1400亿元.全市各类土地总计94.45万公顷，其中农用地62.51万公顷，建筑用地14.64万公顷，未利用地17.29万公顷.滨州的海岸线长239公里，约占山东省海岸线总长的8%；境内水资源主要有地表水、地下水和黄河水.全市多年平均当地水资源量11.48亿立方米.人均水资源占有量310立方米，属于资源性缺水区.“十一五”时期，滨州市认真贯彻落实中央、省和市委、市政府决策部署，把节能减排作为转方式、调结构、实现科学发展的重要抓手，加大措施、强力推进，取得了显著成效，有力地保障了经济平稳较快发展.“十二五”是滨州市科学发展、追赶超越的关键时期，是加快转方式、调结构的攻坚时期，也是深入推进节能减排的重要时期.随着工业化、城镇化进程的加快和消费结构持续升级，全市能源消费需求呈刚性增长，资源环境约束日趋强化，“十二五”节能减排形势更加严峻，任务更加艰巨.各级、各部门树立节能低碳发展理念，进一步把节能减排作为落实科学发展观、加快转方式、调结构的重要着力点和主攻方向，采取更加有力措施,加快推进节能减排,着力形成资源节约、环境友好的生产方式和消费模式,增强可持续发展能力.滨州市作为黄河三角洲区域的主要城市之一，在区域能源消费需求方面的研究不能简单的直接套用原有的研究成果，需要作进一步的研究.本文即针对该地区能源消费需求的特点对其进行详尽的研究.1.4 区域能源消费需求的研究方法能源消费需求是一个复杂的社会经济系统，对于复杂的社会经济系统进行长期发展的预测，需要借助模型来完成.目前模型的类型主要包括：投入产出、计量经济学、经济控制论和系统动力学.投入产出模型能清楚的反应出各部门间的生产联系，模型比较简明，但是较难处理经济活动中的动态问题，没有考虑反馈关系，是较好的综合平衡的重要工具，主要应用于生产系统的平衡；计量经济学模型将经济理论、统计学、数学和计算机仿真技术有机地结合在一起，但是有一定时间跨度的高质量经济统计数据难以获得，当经济结构等变化较大时，模型难以及时做出反应，主要用于经济结构分析、经济政策评价中，也可进行经济预测，但预测期限不长；经济控制理论模型能充分反应国民经济的调节控制机制，充分利用控制理论的现在成果，目前使用的模型还处于开发阶段，它能进行各种期限的预测：能进行战略研究和制定最优经济政策，能作为制定五年计划的辅助工具；系统动力学模型能方便的处理非线性和时变现象，能做长期的、动态的、战略性的仿真分析与研究，但是其预测精度不高，较适合研究系统的机构和动态行为，在制定国民经济的中远期发展规划时做战略研究和政策分析[5].用系统动力学研究社会经济系统适合于中远期的预测与战略分析[6]，在建模过程中着重强调结构功能分析和动态反馈系统的建立，简单的说，它是一种结构——功能的模拟.所以，系统动力学方法比较适于研究能源消费需求的问题.第二章能源消费需求的研究方法2.1 系统动力学简介系统动力学研究方法是由美国麻省理工学院福瑞斯特教授于1956年创立的一门分析研究信息反馈系统的学科[7]，以计算机仿真技术为辅助手段的研究复杂社会经济系统的定量分析方法.该方法是在总结运筹学的基础上，综合系统理论、决策理论、信息反馈理论、控制论、系统力学、仿真与计算机科学等基础上形成的崭新学科.系统动力学是一种既有宏观决策能力、着眼于系统整体结构，又能把握其动态发展的系统分析方法，该方法以现实存在的系统为前提，根据历史数据、系统内在的机制关系和实践经验建立起动态仿真模型[8]，对各种影响因素可能引起的系统变化进行试验，是一种节省人力、物力、财力和时间的科学方法，该方法具有多层次、动态性、高阶非线性、自组织性等典型特征.2.2 系统动力学的特点系统动力学是一门认识和解决系统问题交叉的、综合性的新学科.系统动力学基于系统论，吸取了控制论和信息论的精髓，分析系统、建立系统动力学研究模型并借助计算机模拟技术可以定量地研究处理社会、经济、生态等一类高度非线性、高阶次、多变量、多重反馈、复杂时变大系统等问题，它可在宏观与微观层次上对这类大系统进行研究[9].它采用模拟技术，以结构——功能模拟为其突出特点，最适于研究复杂系统的结构、功能与行为之间的关系，在处理复杂的系统时有突出的优越性.系统动力学强调系统的观点和发展的观点；系统动力学擅长处理周期性、长期性问题；数据不足及某些参数或关系难以量化是研究社会经济问题时经常遇到的一个棘手问题，但是在这种条件下系统动力学模型仍可以进行一些研究工作，因为系统动力学模型的结构是以反馈环为基础.2.3 系统动力学的应用范围根据上面所述系统动力学的特点，加上系统动力学是一种研究系统动态的技术，因此，从技术角度来讲，系统动力学所能解决的大部分生态科技经济社会问题大都为高阶（多因素）、多反馈回路（循环因果关系）、非线性的复杂大系统[10].2.4 系统动力学建模的步骤系统动力学建模从因果关系入手，得到相应的流图，并在流图相应位置写出方图2—1系统动力学模型设计明确系统研究的目系统的结构分析确定研究范围确定研究因素、对象确定反馈环、因果图因果图成立？建立仿真模型流图是建立VENSIM 语言上机调试是否可行？结果分析和有效检验重复试验是否满意？政策分析、提出建议是是提高某些参数的精度讨论、修正否否修正模型否程式组，再在计算机上对模型进行仿真实验并进行调整和控制，从仿真的结果研究得到有关政策，以改进和发展现有系统.整个建模过程，要采用从定性到定量地综合集成的方法论.系统动力学建立程序基本步骤详见图2—1.2.5 系统动力学建模的基本工具系统动力学也提供了一套有助于模型逐步量化的方法：方框图法、因果关系图法、流图法和图解分析法等.这些方法各有不同的特点和功能，依次使用这些方法，就能够比较方便而又有效地将定性模型过渡到定量模型.第三章基于系统动力学的区域能源消费需求的模型研究3.1 建模的目的本文建模的目的是通过系统动力学模型模拟能源消费需求在经济发展、人口增长、环境保护、科技进步等因素的制约和影响下的变化规律.反映整个能源消费系统的响应情况，从而使管理机构更全面和系统的了解和掌控能源的消费需求情况并制定和实施积极可行的有力政策和措施.3.2 系统边界的界定系统边界是用来确定研究对象的研究范围，是系统的变量要素之一，其确定取决于所研究的问题.一般认为，系统内部应包括所有对系统特性有重大影响的因素，而边界外与系统有联系的部分便是系统的环境[11].本文系统边界内应当包括影响能源消费需求总量的所有重要因素，本文拟定了能源子系统、经济子系统、社会子系统、环境子系统和科技子系统，由这些子系统围绕能源消费而建立的能源消费需求管理系统，既能比较全面的分析能源消费的行为模式，又能在一定程度上考察了能源消费与经济增长、人口变动、环境保护、科技进步之间的关系（其关系图详见图3.1）.图3.1 各子系统关系（模型总体结构）图3.3 系统的结构分析系统结构是整个系统的“骨架”，是整个系统在逻辑上的简化.系统的结构分析就是研究系统及其组成部分之间的关系，研究系统的反馈结构，分析系统整体与局部之间的关系，进而搞清楚系统中的因果关系与反馈回路，形成因果关系图[12].对于不同的区域来讲，虽然在经济增长、人口变动、环境保护及其科技进步等方面会存在很大的不同，但区域能源消费系统中都具有一些共性的结构——子系统.能源消费系统因果关系错综复杂（如图3.2），各影响因素又相互制约、相互依赖.利用系统动力学构建能源消费需求模型的主要特点在于能够将影响能源消费的各因素和变量作为一个整体来研究，具有直观性和全面性.在分析了能源消费系统各子系统之间相互作用、相互影响关系的基础上，确定该模型的反馈回路，各子系统的主要反馈关系如下（其中“+”表示正反馈关系；“-”表示负反馈关系）：图3.2能源消费复杂系统的因果关系图3.4 系统动力学模型的建立基于以上对能源消费需求预测系统整体结构的分析，结合各因素之间的关系并根据系统动力学的建模要求，进一步构建整个系统的各子系统.整个系统划分为：能源子系统、经济子系统、社会子系统、环境子系统和科技子系统，其中各子系统下根据需要分别建立各种变量的模型.在本文中运用系统动力学专业语言并建立相应的数学方程进一步刻画系统中各变量之间相互作用关系.3.4.1 能源子系统能源子系统属于核心子系统，其主要变量是能源消费总量，能源消费总量由能源消费变化率和基期的能源消费总量决定，能源消费变化率是一个随时间变化的量.能源供需平衡比由能源供应总量和能源需求总量共同决定，体现能源供应和需求的关系.能源子系统流程图如图3.3.图3.3 能源子系统流程图能源子系统方程式如下：能源供需平衡比=（能源供应总量-能源需求总量）/能源供应总量能源供应总量=煤炭供应量+12.143×天然气供应量+1.4286×石油供应量+4.04×可再生能源供应量（以电为例）(系数为能源折标系数)能源需求总量=能源需求变化量+基期能源需求总量能源需求变化量=能源需求总量×能源需求变化率（能源需求变化率由历史数据仿真得到）单位GDP能耗=能源需求总量/GDP3.4.2 经济子系统经济子系统属于动力系统，是其他子系统可持续发展的物质基础.其主要变量是国民生产总值，通过投资带动科技进步，进而影响能源的消费.经济的增长既是社会发展的动力，又是社会发展的重要标志之一，因此，要通过经济的发展来带动社会的整体进步，而经济的发展由经济增长率和基期的经济总量决定，但如果单纯的追求经济的快速增长，无节制的滥用有限的社会资源，最终会导致整个工业经济的投入产出比越来越大，使经济的发展停滞不前，甚至崩溃.所以，不能盲目追求高速的增长方式，应该节能降耗，提高经济效益，保持稳步的增长速率，实现经济的可持续增长.经济子系统流程图如图3.4.图3.4 经济子系统流程图经济子系统方程式如下所示：GDP变化量=GDP×GDP增长率（GDP增长率由历史数据仿真得到）全社会固定投资=全社会固定投资比例×GDP人均GDP=GDP/人口总量第一产业产能效率=104×第一产业值/第一产业能源消耗量（系数均根据历史数据仿真得到）3.4.3 环境子系统环境是区域协调可持续发展的基础和必要条件，也是人类赖以生存和发展的场所.通过自然再生产过程，环境以其物流和能流等功能，直接或间接影响到人类生存的质量以及对资源的有效利用，进而影响经济的发展和社会的进步.反过来，经济发展会提高环境的治理投资，促进环境质量的提高，进一步改善人类的生活环境质量，促进经济的持续健康发展.环境子系统流程图如图3.5.图3.5 环境子系统流程图环境子系统方程式如下：存量+固废存量+废水存量）生态环境质量指数=10×万人人均绿地面积/（SO23.4.4科技子系统科技是第一生产力，是推动人类文明进步的革命力量，社会经济的发展主要依靠科技创新和技术进步，科学技术在经济发展中的地位日趋重要.如何加大科技投资的力度、引进高科技人才、吸引高等院校和科研机构的迁入和联合支持，以及加速引入区域外科技成果在区域内转化为生产力等设施，将成为是否能迅速提高整体区域科技实力的重要决定因素.科技子系统流程图如图3.6.图3.6 科技子系统流程图。

基于系统动力学的建筑工程施工安全监管博弈

政府监管部门
若加强对建筑施工安全的监管，将增加行政成本，但能够减少安全事故的发生，提高社会效益。
社会公众
关注建筑施工安全问题，若发现安全问题可向政府监管部门反映情况，提高社会效益。
建筑施工安全监管博弈均衡解分析
建筑施工企业和政府监管部门的博弈均衡解
在系统动力学模型的模拟下，当政府监管部门的监管力度加大时，建筑施工企业将增加在安全生产方面的投入，以降低安全事故发生的概率。而当建筑施工企业在安全生产方面的投入增加时，政府监管部门的监管力度也会相应减小，以降低行政成本。因此，二者的博弈均衡解是政府适度监管、建筑施工企业增加安全生产投入。
研究内容与结构
研究内容
本研究将分为以下几个部分：1）建筑施工安全监管机制的理论模型构建；2）系统动力学模型的建立与仿真实验；3）博弈论在建筑施工安全监管中的应用；4）案例分析与政策建议。
VS
研究结构
本研究将从理论和实践两个角度展开分析。首先，通过文献综述和理论建模，构建建筑施工安全监管机制的理论模型；接着，通过系统动力学模型的建立和仿真实验，验证和完善理论模型；最后，结合博弈论和案例分析，提出相应的政策建议，为实际工程提供指导。
社会公众和政府监管部门的博弈均衡解
在社会公众积极参与监督的情况下，政府监管部门将更加注重建筑施工安全的监管工作；而在政府监管部门加强监管的情况下，社会公众对建筑施工安全的关注程度也将相应提高。因此，二者的博弈均衡解是社会公众积极参与监督、政府监管部门加强监管。
04
数值模拟与实验分析
数值模拟实验设定与参数选择
06
参考文献
参考文献
丁荣贵, 王洪德, 王伟, 等. 基于系统动力学的建筑施工安全监管博弈模型研究[J]. 中国安全科学学报, 2016, 26(10): 178-184.

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《基于系统动力学的博弈建模仿真及案例实践》教学大纲
一、课程信息
课程编号：
课程中文名称：基于系统动力学的博弈建模仿真及案例实践
课程英文名称：Modeling and Simulation of Game based on System Dynamics and Case Study
适用专业：计算机软件与理论、计算机应用技术
开课时间：2015.3
总学时： 60（其中理论学时：16，实践学时：44）
总学分：
二、课程内容简介
课程主要介绍了系统科学与复杂理论在经济学博弈论的应用，以及基于系统动力学的社会科学计算机模型。

三、教学目标
该门课程主要培养学员的数学建模思想与计算机仿真手段的综合应用能力，提高学员在各个领域的计算机应用能力，能综合利用计算机仿真手段，分析现实社会中的某些复杂的现象，从而为分析解决现实中的这些问题提供决策支持。

该门课程对于计算机网络、数据挖掘、公共安全甚至是社会信息经济等领域等的理论建模方面具有重要的作用。

通过本课程的学习，学员能够学习到以下几点：
1、了解系统科学与复杂理论的基本知识及其应用
2、熟悉博弈论基本理论和经典案例，系统动力学的应用
3、了解基于系统动力学的动态博弈建模仿真的技术实现路线
四、教学方法
课程的讲解从生活中的博弈论引入，以分析解决某个博弈案例为前提，在过程组织上，先介绍案例背景，再阐述分析方法与过程，最后完成博弈案例的建模和仿真的顺序进行，在介绍建模过程的同时穿插系统科学与复杂理论基本知识，简单的动手操作训练，加深理解和掌握。

五、及教学重难点
本课程的重点是系统科学的视角下，利用系统动力学分析动态博弈演化过程，难点是针对具体应用的分析建模、技术实现路线。

六、教学内容及学时安排。