系统动力学王其藩

6.系统动力学理论_系统动力学王其藩

6.系统动力学

系统仿真方法

连续系统仿真方法（状态变量随时间连续变化）

�离散系统仿真方法（状态变量只在离散时间点变化）

�蒙特卡洛法

�系统动力学方法（SD）

�……�

系统动力学

SystemDynamics

大纲

1.

2.

3.

4.

5.

6.系统动力学概论构模原理、方法与模型体系DYNAMO模拟语言一阶系统与二阶系统模型与方程的建立模型检验与决策分析

1.系统动力学概论

�简介

�基本概念

�基本观点

�构模过程与步骤

1.1系统动力学—研究进展�研究组织：

MITSystemDynamicsGroupMITSystemDynamicsGroupSystemDynami csSociety

SystemDynamicsinEducationProjectSystemDynamicsinEducatio nProject

经典论著：

IndustrialDynamics,1961�

UrbanDynamics,1969

WorldDynamics,1971

FoundationsofSystemDynamicsModeling,1997

BusinessDynamics:SystemsThinkingandModelingforaComplexWo rld,2000

发展及应用领域：

系统动力学在理论与应用研究两方面都取得了飞跃性的进展，进入了比较成熟的阶段。其理论与应用研究几乎遍及各类系统，深入

到各种领域。�

1.1系统动力学—学科基础

系统动力学的学科基础可划分为三个层次：

(1)方法论——系统方法论。即其基本原则是将所研究对象置于

系统的形式中加以考察。

(2)技术科学和基础理论——主要有反馈理论、控制论、信息论、非线性系统理论，大系统理论和正在发展中的系统学。

(3)应用技术——计算机模拟技术。为了使系统动力学的理论与方法能真正用于分析研究实际系统，使系统动力学模型成为实际系统的“实验室”，必须借助计算机模拟技术。

例：社会经济动力学：经济理论、决策理论和组织理论等。

系统

什么是系统？

系统是一个由相互区别、相互作用的各部分有机地联结一起，为同一目的而完成某种功能的集合体。系统的基本特征：整体性和层次性相似性相关性�在我们周围，系统比比皆是。

例如电气的、机械的、热力学的、生物的、社会的、经济的，不胜枚举。

�系统动力学所研究的系统范围广泛，可大可小。

大的如天体运行系统，社会一经济一生态系统，世界能源系统小的如城市系统，企业经营管理系统

更小的如动物的心脏、肺和血液循环的供氧生理系统等。

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系统结构及描述

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系统的结构

从系统论的观点看，所谓结构是指单元的秩序。

①是指组成系统的各单元；②是指诸单元间的作用与关系。系统的结构标志着系统构成的特征。

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系统的结构及界限

对系统的数学描述

根据系统的整体性和层次性，系统S可划分成若干个(p个)相互

关联的子系统(子结构)Si。S=｛Si∈S|1-p｝

式中：S——整个系统；

Si——子系统，i=1，2，…p。

模拟

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模拟模拟就是模仿、仿效真实的客观事物和过程。计算机模拟计算机模拟是数值分析方法的一种。它用计算机程序直接建立真实系

统的模型，并且通过计算机的计算了解系统随时间变化的行为或系

统的特性。系统动力学模拟需要借助计算机技术。

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专业软件：DYNAMO/Powersim/Vensim

反馈系统

反馈系统就是包含有反馈环节与其作用的系统。

它要受系统本身的历史行为的影响，把历史行为的后果回授给系统本身，以影响未来的行为。

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反馈系统与反馈回路

反馈系统就是相互联结与作用的一组回路；或者说反馈系统就是闭环系统。

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反馈系统俯拾皆是，生物的、环境的、生态的、工业的、农业的、经济的和社会的系统都是反馈系统。

复杂的反馈系统

一阶反馈回路是构成系统的基本结构。

复杂系统则是由这些相互作用的反馈回路组成的。�

研究系统问题的目的之一：了解与掌握反馈系统的特性。简单的与复杂的反馈系统：结构特征、行为模式、决策分析�

�对于反馈结构复杂的实际系统与问题，其随时间变化的特性与其内部结构的关系的分析不得不求助于定量模型和计算机模拟技术。

系统动力学的理论、构模原理与方法的产生，为复杂系统甚至特大系统提供了分析研究、并寻找解决问题对策的强有力的工具。

1.3系统动力学理论基本观点

系统动力学以定性与定量相结合的方法分析研究系统，它采用模拟技术，以结构——功能模拟为其突出特点。即它从系统的微观结

构入手建模，构造系统的基本结构，进而模拟与分析系统的动态行为。

（一）前提条件

运用系统动力学对系统进行研究与建模的前提条件是该系统必须是远离平衡的有序的耗散结构。

耗散结构是指处在远离平衡态的复杂系统在外界能量流或物质流的维持下，通过自组织形成的一种新的有序结构。

（二）系统及其主要特征

（1）社会、经济、生态系统都是具有自组织耗散结构性质的开

放系统。

（2）复杂系统是一类具有多变量、高阶次、多回路和强非线性

的反馈系统。

（三）系统的结构与功能

系统是结构与功能的统一体。系统的结构和功能分别表示系统的构成与行为的特征。

（四）系统的内部微观结构与其宏观行为