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第1章 概论1

1.1 引言2

1.2 仿真的类型3

1.3 仿真的应用5

1.4 仿真的层次7

1.5 仿真的作用与限制11

1.5.1 仿真的作用11

1.5.2 仿真的限制12

1.6 仿真的开发过程13

1.7 仿真模型设计16

1.7.1 基本概念16

1.7.2 仿真模型的开发过程18

1.7.3 仿真模型的设计原则21

1.7.4 模型设计的误区23

1.7.5 基本的模型设计方法24

1.7.6 仿真模型的设计方法26

1.7.7 仿真模型的工程化27

1.8 本书的组织29

本章练习30

本章研究实践30

本章相关阅读文献33

第2章 仿真技术基础34

2.1 仿真模型设计35

2.1.1 系统模型描述规范35

2.1.2 模型基本组成要素37

2.1.3 行为抽象42

2.1.4 描述抽象和功能抽象44

2.1.5 模型的简化44

2.1.6 蒙特卡罗仿真方法46

2.2 仿真模型执行47

2.2.1 时间片法47

2.2.2 基本事件调度法48

2.2.3 结构化的事件调度49

2.3 仿真中的概率统计模型57

2.3.1 概率统计基本概念57

2.3.2 常用概率分布60

2.3.3 分布假设与检验67

2.4 随机变量生成74

2.4.1 伪随机数74

2.4.2 伪随机数生成方法75

2.4.3 反变换法77

2.4.4 函数变换法79

2.4.5 拒绝法80

2.5 仿真结果分析81

2.5.1 终态仿真结果分析82

2.5.2 稳态仿真结果分析83

本章练习88

本章研究实践91

本章相关阅读文献91

本章相关软件92

第3章 仿真概念模型设计93

3.1 仿真概念模型95

3.1.1 仿真概念模型的定义95

3.1.2 仿真概念模型的组成95

3.1.3 仿真概念模型的评价97

3.2 仿真概念模型的开发99

3.2.1 仿真需求交互99

3.2.2 仿真概念模型的开发过程99

3.2.3 仿真需求和概念模型定义101

3.2.4 概念模型分解101

3.2.5 表示抽象103

3.2.6 仿真概念模型文档104

3.3 基于UML的仿真概念模型开发104

3.3.1 UML简介105

3.3.2 基于UML的概念模型的开发过程106

3.3.3 知识抽取109

3.4 使命空间概念模型115

3.5 DoDAF118

3.5.1 作战视图118

3.5.2 系统视图120

3.5.3 技术视图121

3.5.4 DoDAF标准架构开发过程122

3.5.5 作战视图开发123

3.5.6 系统视图开发123

3.5.7 技术视图开发124

3.6 SysML124

3.6.1 SysML语义125

3.6.2 SysML的图形表示127

本章练习135

本章工程实践136

本章相关阅读文献136

本章相关软件137

第4章 描述模型设计方法138

4.1 描述模型概述139

4.2 基于状态的模型设计140

4.2.1 有限状态自动机建模140

4.2.2 非确定状态自动机建模151

4.2.3 超状态155

4.3 基于事件的模型设计157

4.3.1 有限事件自动机建模157

4.3.2 关键帧动画158

4.3.3 增广事件图160

4.4 状态事件混合建模162

4.4.1 状态-事件图162

4.4.2 库存控制163

4.5 事件图建模165

4.5.1 事件图定义165

4.5.2 事件图建模168

4.5.3 事件图组合建模171

4.6 面向活动的模型设计172

4.6.1 实体流程图方法173

4.6.2 活动周期图方法176

4.6.3 面向活动的仿真算法180

4.7 Petri网建模184

4.7.1 Petri网的定义185

4.7.2 Petri网仿真算法188

4.7.3 建模示例191

4.8 面向进程的模型设计194

4.8.1 SLAM仿真模型设计194

4.8.2 SIMSCRIPT防真模型设计196

4.8.3 进程交互仿真算法202

本章练习204

本章工程实践207

本章相关阅读文献209

本章相关软件210

第5章 基于功能的建模211

5.1 综述212

5.2 模块图建模213

5.2.1 模块图建模概述213

5.2.2 模型结构215

5.2.3 模型调度算法217

5.2.4 模块图建模举例220

5.2.5 方法的问题与不足225

5.3 系统动力学225

5.3.1 概述225

5.3.2 模型的结构表示226

5.3.3 模型的仿真算法232

5.3.4 相关应用和示例234

5.3.5 方法的不足与发展趋势239

5.4 箱格模型239

5.4.1 箱格模型概述239

5.4.2 箱格建模244

5.4.3 箱格建模示例248

5.4.4 箱格建模小结253

5.5 贝叶斯网络254

5.5.1 贝叶斯网络概述254

5.5.2 贝叶斯网络的基本结构255

5.5.3 贝叶斯网络建模实例——功夫游戏260

5.6 影响图建模263

5.6.1 影响图建模概述263

5.6.2 影响图的模型表示263

5.6.3 影响图的建模过程266

5.6.4 影响图模型解算268

5.6.5 相关建模方法273

5.6.6 Analytica建模软件276

本章练习281

本章工程实践282

本章相关阅读文献284

本章相关软件284

第6章 约束建模287

6.1 约束模型概述288

6.2 差分方程289

6.2.1 离散延迟289

6.2.2 Fibonacci增长290

6.2.3 循环队列的差分方程编码291

6.2.4 差分方程的规范形式292

6.3 微分方程293

6.3.1 微分方程算法293

6.3.2 捕食者与被捕食者生态模型298

6.3.3 弹道300

6.3.4 简谐振动301

6.3.5 混沌行为——Lorenz系统303

6.3.6 时滞微分方程303

6.4 电路图304

6.5 Bond Graph306

6.5.1 Bond Graph的引入306

6.5.2 Bond Graph的基础308

6.5.3 Bond Graph的图元309

6.5.4 Bond Graph建模过程315

6.5.5 因果分析319

6.5.6 应用实例322

6.6 Modelica326

6.6.1 微分方程模型327

6.6.2 Modelica语言基础335

6.6.3 基于组件的Modelica模型340

本章练习348

本章工程实践349

本章相关阅读文献351

本章相关软件352

第7章 空间建模354

7.1 空间建模概述355

7.2 元胞自动机356

7.2.1 元胞自动机概述356

7.2.2 生命游戏357

7.2.3 森林火灾模型360

7.2.4 格子气自动机362

7.3 基于Agent建模363

7.3.1 概述363

7.3.2 Agent的基本概念366

7.3.3 SMART框架368

7.3.4 Agent建模过程369

7.3.5 Agent环境和交互模式372

7.3.6 Agent仿真模型设计375

7.3.7 Agent建模示例——狼羊捕食模型378

7.4 L-System建模382

7.4.1 L-System建模概述382

7.4.2 上下文无关的L-System383

7.4.3 上下文相关的L-System390

7.5 电子表格建模391

7.5.1 电子表格建模概述391

7.5.2 电子表格空间划分方法与建模步骤392

7.5.3 电子表格建模的适用性394

7.5.4 电子表格建模实例——赶工问题395

本章练习398

本章研究实践400

本章相关阅读文献401

本章相关软件401

第8章 多层次抽象建模404

8.1 多层次抽象建模概述405

8.2 模型的聚集和分解406

8.3 模型的抽象和细化407

8.4 模型抽象的同态性408

8.5 系统的非连续性412

8.6 多方法建模的抽象和细化413

8.7 多方法建模实例和应用415

8.7.1 摆的相位空间415

8.7.2 双水壶系统417

8.7.3 工业控制420

8.7.4 加热水421

8.7.5 细化Petri网427

8.7.6 柔性制造系统实例431

8.8 多分辨率建模434

本章练习436

本章工程实践437

本章相关阅读文献437

本章相关软件438