上海交通大学：《随机模拟方法与应用 Stochastic Simulation Methods and Its Applications》课程教学资源（讲义课件）01 模拟过程的主要环节 Simulation and Analysis

模拟过程的主要环节 Simulation and Analysis

模拟过程的主要环节 Simulation and Analysis

古老的谚语 有一条古老的谚语说：“如果它走路像鸭式 叫声像鸭子，模样也像鸭子，那就是一只鸭 子。”所以，假如我们在模拟一只鸭子（商业 系统)，最好是走路、叫声样子都像鸭子（商业 系统)，否则猎手们（经理们）将容易认出它是诱 物（毫无用处） 模拟模型应当足够好，使得经理们利用模拟结 果作出的决策，能够与他们根据实际的同类数 据作出的决策相似。经理们必须确信他们是在 用的模型

古老的谚语 • 有一条古老的谚语说：“如果它走路像鸭子， 叫声像鸭子，模样也像鸭子，那就是一只鸭 子。”所以，假如我们在模拟一只鸭子(商业 系统)，最好是走路、叫声样子都像鸭子(商业 系统)，否则猎手们(经理们)将容易认出它是诱 物(毫无用处）。 • 模拟模型应当足够好，使得经理们利用模拟结 果作出的决策，能够与他们根据实际的同类数 据作出的决策相似。经理们必须确信他们是在 处理有用的模型

什么是模拟建模？ 要有效地利用模拟，就必须认真细致地对待建和 实施过程。模护建模过程包括五个基本环节： [1]问题分析。建立所研究的系统或问题的理论模 型。 [2]模拟建模。包括建立适当的公式或方程， 收集 所有必要的数据，决定不确定性的概率分布 o [3]计算机编程实现。对已表述的模拟模型进行计 算机求解，即可以运用计算机来进行模拟研究，获 得有关结果。 [4]模型的验证。验证过程指的是确保模型没有理 论意义上的逻辑错误。 撰写报告。对上面完成的几个环节加以总结 以书面文字的形式进行陈述，并对结果给予清楚的 解释，撰写成正式的报告

什么是模拟建模? • 要有效地利用模拟，就必须认真细致地对待建模和 实施过程。模拟建模过程包括五个基本环节： • [1]问题分析。建立所研究的系统或问题的理论模 型。 • [2] 模拟建模。包括建立适当的公式或方程，收集 所有必要的数据，决定不确定性的概率分布。 • [3] 计算机编程实现。对已表述的模拟模型进行计 算机求解，即可以运用计算机来进行模拟研究，获 得有关结果。 • [4] 模型的验证。验证过程指的是确保模型没有理 论意义上的逻辑错误。 • [5] 撰写报告。对上面完成的几个环节加以总结， 以书面文字的形式进行陈述，并对结果给予清楚的 解释，撰写成正式的报告

模拟建模的五个环节 实际的问题 问题分析：方法定位、假设 无法求解或无解 未通过验证 建模：表述成数学问题 求解：计算或模拟 模型验证：解释所得解的合理性 通过验证 总结：解释结果、 启示或预言、撰写报告

模拟建模的五个环节

1、问题的分析 确定问题研究所希望达到的目的是什么？ 些变量能够描述问题的状态？问题的状态是 随时间变化？如何来刻画这些状态变量（可能 包含时间变量)之间的关系或者其随时间的演 化机理（更新规则）？ 这环节的任务是定位出问题拟采用的模拟方， 即选择应用哪种类型的方法来刻画该问题。 ·这阶段是模拟建模的关键环节

1、问题的分析 • 确定问题研究所希望达到的目的是什么？用哪 些变量能够描述问题的状态？问题的状态是否 随时间变化？如何来刻画这些状态变量(可能 包含时间变量)之间的关系或者其随时间的演 化机理(更新规则)？ • 这环节的任务是定位出问题拟采用的模拟方法， 即选择应用哪种类型的方法来刻画该问题。 • 这阶段是模拟建模的关键环节

如何表述所考虑模拟问题？ 。示例1：流动采血车的系统优化模拟 上海市红十字会血液中心承担着为全市160杀 家医疗单位提供临床用血和保障安全用血的重任 中心除设立13个固定献血点外，还在闹市街头停 放流动献血车，提供全年无休献血服务。每年采 集血液近28万单位以上，这些血液全部来自自愿 供血者。有80%来自流动献血车，有40%来自大 学生。上海市某高校每逢周三下午，有三辆流动 献血车来到高校，校学生会和市红十字会血液 中 叶分关心如何使献血者满意的问题

如何表述所考虑模拟问题？ • 示例1：流动采血车的系统优化模拟 • 上海市红十字会血液中心承担着为全市160余 家医疗单位提供临床用血和保障安全用血的重任。 中心除设立13个固定献血点外，还在闹市街头停 放流动献血车，提供全年无休献血服务。每年采 集血液近28万单位以上，这些血液全部来自自愿 供血者。有80%来自流动献血车，有40%来自大 学生。上海市某高校每逢周三下午，有三辆流动 献血车来到高校，校学生会和市红十字会血液中 心领导十分关心如何使献血者满意的问题

·为了使献血者的不适感减至最小，校学 希望能最大限度地减小献血者在临时血 留的时间，尤其是等待时间。这对于学生 说也是重要的，以免耽误准时上课。校学生 会告诉学生大约是1小时，但实际往往献血 花1.5至2小时之多。这是因为来义务献血的 学生人数是随机的，以及进行血液甄别试验 的需要也越来越多 因此校学生会考虑通过模拟来检查血液采 集过程，以尝试制定出减少在该系统的平均 笔结时间和全过程的策略

• 为了使献血者的不适感减至最小，校学生会 希望能最大限度地减小献血者在临时血站逗 留的时间，尤其是等待时间。这对于学生来 说也是重要的，以免耽误准时上课。校学生 会告诉学生大约是1小时，但实际往往献血 花1.5至2小时之多。这是因为来义务献血的 学生人数是随机的，以及进行血液甄别试验 的需要也越来越多。 • 因此校学生会考虑通过模拟来检查血液采 集过程，以尝试制定出减少在该系统的平均 等待时间和全过程的策略

·首先我们须描述血液采集实际过程 程包括： ·1、登记，然后献血者被引导至等候区 ·2、填写健康史自诉表。 ·3、由医护人员测量献血者的体征指标：体 温、血压和脉搏，也进行常规验血。 ·4、医护人员当面询问健康史。 ·5、发放用于采血的血袋或解释拒献原因。 。6、抽血操作 在“餐厅”即供应饮料和点心的休息室 丙作短暂的恢复

• 首先我们须描述血液采集实际过程，该过 程包括： • 1、登记，然后献血者被引导至等候区。 • 2、填写健康史自诉表。 • 3、由医护人员测量献血者的体征指标：体 温、血压和脉搏，也进行常规验血。 • 4、医护人员当面询问健康史。 • 5、发放用于采血的血袋或解释拒献原因。 • 6、抽血操作。 • 7、在“餐厅”即供应饮料和点心的休息室 内作短暂的恢复

将上面步骠划简单框图如下 登记 自行填写健康史 献血者体征指标 拖延 健康史问间 拖延 发放血袋/CUE 抽血室 休息室 0

将上面步骤划简单框图如下

在上面的采血过程描述中，特别注意可 变化的随机变化的模拟。现有的过程中的 项任务所需要的时间通过收集的样本数据来 参数估计。实际献血时间可分为三段：让献 血者做好准备和插针所需要的时间，采血时 间，拔针及为献血包扎所需要时间。每个时 间是随机的，可根据实际样本数据拟合的分 布产生随机数据来模拟。 到达状态通过实际采样来参数估计，一般 静时间出现在中午时段

• 在上面的采血过程描述中，特别注意可能 变化的随机变化的模拟。现有的过程中的每 项任务所需要的时间通过收集的样本数据来 参数估计。实际献血时间可分为三段：让献 血者做好准备和插针所需要的时间，采血时 间，拔针及为献血包扎所需要时间。每个时 间是随机的，可根据实际样本数据拟合的分 布产生随机数据来模拟。 • 到达状态通过实际采样来参数估计，一般 高峰时间出现在中午时段