系统建模方法1何谓系统模型系统模型有哪些主要特征2.doc

系统模型与系统建模方法在信息系统领域，系统模型是描述系统各个组成部分及其之间关系的抽象表示。

而系统建模方法是指使用一套规范化的方法论和技术，以图、表、图形界面等方式，对系统进行描述、分析和设计的过程。

系统模型和系统建模方法是系统工程学的重要核心内容，有助于理清系统内部结构和相互关系，为系统设计和优化提供指导。

一、系统模型系统模型是对系统进行概念化和抽象化的表示，它可以是一个图形、图表、符号等，以直观、简洁、形象的方式反映系统的实质内容和内部关系。

常用的系统模型包括输入-输出模型、流程图、数据流图等。

下面分别介绍几种常见的系统模型：1.输入-输出模型：这种模型通过输入和输出来表示系统的功能和性能特征。

输入是系统接受的外部信息，输出是系统对外部环境的作用反馈，通过对输入和输出的研究和分析，可以推导出系统的功能和性能。

这种模型适用于描述关注系统的外部特性，而对内部结构关注较少的情况。

2.流程图：流程图是一种图形化的方式，通过表示系统处理过程中各个阶段和活动之间的关系，来描述系统的内部流程和交互情况。

流程图通常包括起始节点、中间过程、决策节点和结束节点等，通过这些节点之间的连接和条件逻辑，可以清晰地表示系统的工作流程。

3.数据流图：数据流图是表示系统中数据传输和处理的一种模型，它通过用箭头和圆圈等符号表示数据的流动和处理过程来描述系统的信息流。

数据流图常常包括数据流、处理过程和数据存储等组成部分，通过不同部分之间的连接和传输关系，可以描述系统的数据传递和处理过程。

系统建模方法是系统工程学的核心方法论，它通过一套规范化的流程和技术，辅助工程师对系统进行描述、分析和设计。

系统建模方法通常包括以下几个方面：1.需求分析方法：需求分析是系统工程的第一步，它通过对用户需求的调查、采集和整理，明确系统的功能和性能需求，为系统的后续设计和实施提供指导。

需求分析的方法包括面谈、问卷调查、头脑风暴等，通过这些方法可以充分了解用户的需求，从而为系统设计提供合理的需求基础。

系统建模基本知识汇总系统建模是指对一个系统进行建立模型的过程，可以通过模型来描述系统的特征、结构、行为和性能等方面。

系统建模是复杂系统研究的基础，可以帮助我们理解系统的整体特征和运行规律，为系统设计、优化和管理提供依据。

在进行系统建模之前，需要明确系统的目标和范围。

系统目标是指系统实现的功能和所要达到的效果，系统范围是指系统所包含的组成部分和与外界的接口。

系统建模的基本知识主要包括以下几个方面：1.系统的特征描述：系统的特征描述可以从结构和行为两个方面进行。

结构描述主要涉及系统的组成部分和它们之间的关系，可以使用框图、图表和树状结构等方法来表示；行为描述主要涉及系统的动态演化和交互过程，可以使用状态图、序列图和活动图等方法来表示。

2.系统的组成部分：系统的组成部分可以分为静态部分和动态部分。

静态部分是指系统的结构和组成元素，包括系统的组件、接口和数据等；动态部分是指系统的行为和运行过程，包括系统的事件、操作和状态等。

3.系统的交互与接口：系统与外界的交互和接口是系统建模中的重要内容。

系统可以与其他系统或外部资源进行信息交换和数据传输，通过接口来实现系统之间的通信和协作。

接口描述可以包括接口的信息流、接口的函数和操作等。

4.系统的性能评估：对系统的性能进行评估是系统建模的重要目标。

性能评估可以从多个角度进行，如时间性能、空间性能、可靠性和安全性等。

常用的性能评估方法包括模拟分析、仿真实验和性能测试等。

5.系统的优化和改进：通过对系统进行建模和性能评估，可以找到系统的不足和瓶颈，并提出优化和改进方案。

优化和改进可以从系统的结构、算法和参数等方面进行，来提升系统的性能和效果。

除了以上基本知识，系统建模还涉及到一些相关概念和方法，如需求分析、系统设计、系统验证和系统管理等。

系统建模是一个多学科、多层次的领域，涉及到计算机科学、控制理论、运筹学、统计学和心理学等多个学科的知识。

总之，系统建模是对系统进行描述和分析的过程，可以帮助我们理解系统的特征和行为，为系统设计和优化提供依据。

系统建模与仿真及其方法1 什么是建模与仿真模型（model）：对系统、实体、现象、过程的数学、物理或逻辑的描述。

建模（modeling）:建立概念关系、数学或计算机模型的过程,又称模型化，就是为了理解事物而对事物做出的一种抽象，是对事物的一种描述系统的因果关系或相互关系的过程都属于建模，所以实现这一过程的手段和方法也是多种多样的。

仿真（simulation）：通过研究一个能代表所研究对象的模型来代替对实际对象的研究。

计算机仿真就是在计算机上用数字形式表达实际系统的运动规律。

2十种建模与仿真的方法：2.1智能仿真是以知识为核心和人类思维行为做背景的智能技术，引入整个建模与仿真过程，构造各处基本知识的仿真系统，即智能仿真平台。

智能仿真技术的开发途径是人工智能（如专家系统、知识工程、模式识别、神经网络等）与仿真技术（仿真模型、仿真算法、仿真软件等）的集成化。

2.2多媒体仿真[1]它是在可视化仿真的基础上再加入声音，从而得到视觉和听觉媒体组合的多媒体仿真。

多媒体仿真是对传统意义上数字仿真概念内涵的扩展，它利用系统分析的原理与信息技术，以更加接近自然的多媒体形式建立描述系统内在变化规律的模型，并在计算机上以多媒体的形式再现系统动态演变过程，从而获得有关系统的感性和理性认识。

2.3频域建模方法频域建模方法就是从s域的传递函数G(s)，根据相似原理得到与它匹配的z域传递函数G(z)，从而导出其差分模型。

2.4模糊仿真方法[2]基于模糊数学，在建立模型框架的基础上，对于观测数据的不确定性，采用模糊数学的方法进行处理。

2.5蒙特卡罗仿真方法当系统中各个单元的可靠性特征量已知，但系统的可靠性过于复杂，难以建立可靠性预计的精确数学模型，或者模型太复杂而不便应用则可用随机模拟法近似计算出出系统可靠性的预计值。

基本思想：当所求解问题是某种随机事件出现的概率，或者是某个随机变量的期望值时，通过某种“实验”的方法，以这种事件出现的频率估计这一随机事件的概率，或者得到这个随机变量的某些数字特征，并将其作为问题的解。

系统建模系统建模是一种用来描述和分析现实世界复杂系统的方法。

它使用图形和符号来表示系统中的组成部分以及它们之间的关系，并通过模拟和预测系统行为来支持决策制定和问题解决。

系统建模可以应用于各种领域，包括工程、物流、生物学、经济学等等。

本文将介绍系统建模的概念、方法和应用，并探讨其在现实生活中的价值和影响。

系统建模的概念和方法可以追溯到数百年前的工程学和物理学领域。

从那时起，科学家们开始意识到理解和描述复杂系统的重要性。

随着计算机技术的发展，系统建模得到了进一步的发展和应用。

现代系统建模可以通过建立模型来描述系统的各个方面，包括结构、动态行为、交互和性能等。

系统建模中最常用的方法之一是使用图形表示法。

图形表示法使用各种符号和连接线来表示系统中的组成部分和它们之间的关系。

例如，流程图可以用来表示系统中的各个步骤和它们之间的顺序关系；数据流图可以用来表示数据在系统中的流动路径；结构图可以用来表示系统中各个模块或组件的组成关系等。

这些图形表示法可以帮助人们更直观地理解系统，并且可以为系统的建模和分析提供基础。

除了图形表示法，系统建模还使用数学模型来描述系统的行为和性能。

数学模型通常是基于系统的基本原理和规律建立起来的，可以通过一系列的方程和参数来表示系统的动态行为。

例如，在物理学中，可以使用牛顿力学方程来描述物体在受力作用下的运动；在经济学中，可以使用供求关系方程来描述市场的价格变化和供需关系等。

通过建立数学模型，可以对系统进行模拟和预测，以评估不同决策和策略对系统的影响。

系统建模的应用非常广泛，几乎涵盖了所有领域和行业。

在工程领域，系统建模可以帮助设计和优化复杂的工程系统，例如飞机、汽车、电力系统等。

在物流领域，系统建模可以帮助设计和管理供应链网络，以提高物流效率和降低成本。

在生物学领域，系统建模可以帮助研究和理解生物系统的结构和功能，以解决一些疾病和健康问题。

在经济学领域，系统建模可以帮助预测市场的走势和制定经济政策。

系统工程要点总结第四章系统模型化方法１模型的本质：利用模型与原型间的相似关系，用模型代替原型，通过对模型的研究得到关于原型的一些信息。

２模型的特征:是现实世界部分的抽象或模仿；是由与分析问题有关的因素构成的；表明了有关因素间的因果作用及相互关系。

★好的模型能反映出系统的：本质属性和主要特征３模型的作用——为什么建模★便于了解系统的整体结构及其特征；利用模型可以进行“思想”试验，便于预测未来的趋势，及对方案进行评价和决策；模型提供了脱离具体内容的逻辑演绎和计算的基础，这会导致对科学规律理论及原理的发现；模型可用较少的时间、费用和风险、重复演示、研究系统的行为及其规律.可以起到实验室的作用。

４系统建模的基本步骤★明确目标：明确模型的目的、功能及要求；建立概念模型，确定种类形式及规模确定组成要素：确定系统要素及其因果关系；构建模型：确定模型结构；估计模型参数，用数量描述因果关系验证模型：检验模型、修改并完善模型５解释结构模型法——规范化方法。

见课件６二元关系通常有影响关系、因果关系、包含关系、隶属关系以及各种可以比较的关系(如大小、先后、轻重、优劣等)系统要素二元关系经量化后的表达方式有三种：邻接矩阵，可达矩阵，骨架矩阵７在无回路条件下的最大路长或传递次数为r，即有0≤t≤r，则可达矩阵元素的取值为mij=1,SiRtSj (存在着i至j的路长最大为r的通路) ；mij= 0,Si Sj (不存在i至j的通路) 要素二元关系的分类：t=1时,M表系统要素的基本二元关系，M=A；t=0时,M表要素自身到达，称反射性二元关系；t≥2时,M表系统要素传递性二元关系８可达矩阵的求取和计算可达矩阵M★——要素间接关系方阵矩阵A和M符合布尔代数运算规则，即：0+0=0, 0+1=1, 1+0=1, 1+1=1,0×0=0,0×1=0,1×0=0,1×1=1通过邻接矩阵A，可得M，计算公式为：M=(A+I)r其中I为与A同阶次的单位阵，反映要素自身到达；最大传递次数(路长)r根据下式确定：(A+I)≠(A+I)2≠(A+I)3≠…≠(A+I)r-1≠(A+I)r=(A+I)r+1=…=(A+I)n (A+I)2=A2+A+I骨架矩阵A’——最小二元关系矩阵９解释结构模型法ISM :是现代系统工程中广泛应用的一种分析方法，能够利用系统要素之间已知的零乱关系，根据研究目的分析复杂系统要素间关联结构，揭示出系统内部层次结构ISM规范化方法基本步骤（1）组织实施ISM的小组。

系统建模与仿真概述System Modeling and Simulation第一章系统建模与仿真概述主要内容•系统与模型-系统建模-系统仿真•系统建模与仿真技术14系统与模型1.1.1系统1.系统的广义定义：x由相互联系、相互制约、相互依存的若干组成部分（要素）结合起来在一起形成的具有特定功能和运动规律的有机整体。

举例：宇宙世界，原子分子，电炉温度调节系统, 商品销售系统，等等。

例一：电炉温度调节系统例二：商品销售系统经理部［市场部I I采购部仓储部销售部I14系统与模型2系统的特性：1）系统是实体的集合+实体是指组成系统的具体对象例如：电炉调节系统中的比校器、调节器、电炉、温度计。

商品销售系统中的经理、部门、商品、货币、仓库等。

+实体具有一定的相对独立性，又相互联系构成一个整体，即系统。

14系统与模型2）组成系统的实体具有一定的属性属性是指实体所具有的全部有效性，例如状态、参数等。

在电炉温度调芒系统中，温度、温度偏差. 电压等都是属性。

在商品销售系统中，部门的属性有人员的数董、职能范围，商品的属性有生产日期、进货价格.销售日期.售价等等。

X系统处于活动之中+活动是指实体随时间的推移而发生属性变化。

例如: 电炉温度调节系统中的主要活动是控制电压的变化, 而商品销售系统中的主要活动有库存商品数量的变化、零售商品价格的增长等。

14系统当摆型X系统三要素：实体、属性与活动。

系统是在不断地运动、发展、变化的；系统不是孤立存在的；系统边界的划分在很大程度上取决于系统研究的目的。

系统研究：系统分析、系统综合和系统预测O 系统描述：同态、同构+同态：系统与模型之间行为的相似（低级阶段）同构：系统与模型之间结构的相似（高级阶段）同态与同构建模+同构系统：对外部激励具有同样反应的系统十同态系统：两个系统只有少数具有代表性的输入输出相対应14系统与模型——3.系统的分类X按照系统特性分类：+工程系统（物理系统）：为了满足某种需要或实现某个预定的功能，采用某种手段构造而成的系统，如机械系统、电气系统等。

系统建模的原理与方法随着大数据和信息时代的到来，系统分析和建模扮演了越来越重要的角色。

而系统建模则是解决问题和优化问题的重要手段。

那么系统建模是什么？它有哪些原理和方法呢？本文将会就此问题进行深入探讨。

一、什么是系统建模？系统建模是指根据具体问题和要求，利用适当的数学方法、图形方式、模拟方法及工具软件等手段，将研究对象的内在联系、性质、结构、特征、规律等方面抽象出来，并进行描述、分析、说明和预测的过程。

系统建模的结果可以是一个理论模型、实际模型、仿真模型，也可以是决策模型等多种形式，以期有效实现对目标系统的研究和控制。

系统建模常用于实际问题的分析和求解，它被广泛地应用在工科、管理、经济、社会科学等领域，如金融风险管理、市场分析、质量控制、环境管理、物流优化等。

二、系统建模的原理系统建模中的原理主要包括系统思考、系统论、模型理论、信息论和控制论五个方面。

1. 系统思考系统思考主要考虑整个问题背景，了解相关的因素和变量以及它们之间的复杂关系。

在系统建模过程中，则需要考虑各种因素的作用和相互作用，理清各种逻辑关系。

2. 系统论系统论是指把研究对象看成一个有机的整体，强调系统的整体性、动态特性和层次性。

在系统建模过程中，则需要通过分析主要成分，确定系统的决策指标，以便准确了解问题的本质。

3. 模型理论模型理论则是指利用数学和逻辑等方法来描述研究对象的本质和规律。

在系统建模过程中，则需要通过寻找合适的模型来描述问题，管理和预测相关数据。

4. 信息论信息论主要是研究信息的生成、存储、传输、处理和利用等方面的问题。

在系统建模中，信息论可以帮助人们分析各种信息的传输过程，提高信息的获取和利用效率。

5. 控制论控制论则是指控制和改进系统状况的方法和技术。

在系统建模过程中，则需要通过采用各种控制策略来调节研究对象的状态和特性，以改善其运行效果。

三、系统建模的方法在系统建模中，可以采用的方法包括因素分析法、层次分析法、结构方程模型、马尔可夫模型、差分方程模型等多种方法。

1 绪论1.1 系统建模系统建模是指建立系统(被控对象)的动态数学模型，简称建模。

建模的全过程可分为一次建模和二次建模。

一次建模是指由实际物理系统到数学模型，二次建模是指由数学模型到计算机再现，即所谓仿真。

系统建模技术是研究获取系统(被控对象)动态特性的方法和手段的一门综合性技术。

1.2 系统建模的目的（1）控制系统的合理设计及调节器参数的最佳整定。

控制系统的设计、调节器参数的最佳整定都是以被控对象的特性为依据的。

为了实现生产过程的最优控制，更需要充分了解对象的动态特性。

因为设计最优控制系统的基本内容就是根据被控对象的动态特性和预定的性能指标，在一定的约束条件下选择最优的控制作用，使被控对象的运行情况对预定的性能指标来说是最优的，所以建立合理的数学模型，是实现最优控制的前提。

（2）指导生产设备的设计。

通过对生产设备数学模型的分析和仿真，可以确定个别因素对整个控制对象动态特性的影响（如锅炉受热面的布置、管径大小、介质参数的选择等对整个锅炉出口汽温、汽压等动态特性的影响），从而对生产设备的结构设计提出合理的要求和建议，在设计阶段就有意识地考虑和选择有关因素，以求生产设备除了具有良好的结构、强度、效率等方面的特性之外，还能使之具有良好的动态控制性能。

（3）培训运行操作人员。

对一些复杂的生产操作过程，如飞行器的驾驶、大型舰艇和潜艇的操作以及大型电站机组的运行，都应该事先对操作人员、驾驶员进行实际操作培训。

随着计算机技术和仿真技术的发展。

已经不需要建造小的物理模型，而是首先建立这些复杂生产过程的数学模型，然后通过计算机仿真使之成为活的模型。

在这样的模型上，教练员可以方便、全面、安全地对运行操作人员进行培训。

（4）检查在真实系统中不能实现的现象。

例如一台单元机组及其控制系统究竟能承受多大的冲击电负荷，当冲击电负荷过大时会造成什么后果。

这种具有一定破坏性的试验，往往不允许轻易地在实际生产设备上进行，而是首先需要建立生产过程的数学模型，再通过仿真对模型进行试验研究。

软件系统的建模的方法和介绍
1、结构化建模方法：
结构化建模方法是已过程为中心的技术，可用于分析一个现有的系统以及定义新系统的业务需求。

结构化建模方法所绘制的模型称之为数据流图（DFD）,对于流程比较稳定的系统可以采用结构话建模的方法.
补充知识点：数据流图，它从数据传递和加工角度，已图形方式来表达系统的逻辑功能、数据在系统内部的逻辑流向和逻辑变化过程，是结构化系统分析方法的主要表达工具急用于表示软件模型的一种图示方法.
2、信息工程建模方法（或者叫做数据库建模）
信息工程建模是一种已数据为中心，但过程敏感的数据，他强调在分析和研究过程需求之前，首先研究和分析数据需求，信息工程建模方法所创建的模型称之为实体联系图（ERD），主要用于数据建模补充知识点：E-R图，是指提供了表示实体型、属性和联系的方法，用来描述显示世界的概念模型。

E-R方法：“实体”-“联系”方法的简称，它是描述显示世界概念结构模型的有效方法，其中联系可分：1对1联系、1对多联系、多对多联系。

3、面对对象建模
面对对象建模方法将‘数据’和‘过程’集成到一个称之为对象的结构中，消除了数据和过程的人为分离现象。

面向对象建模方法所创建的模型称之为对象模型、随着面向对象技术的不断发展和应用，形成
了面向对象的建模标准。

即UML(统一建模语言)。

UML定义1了几种不同类型的模型图，这些模型图以对象的形式共建一个信息系统或者应用系统，目前比较常用的一个建模方法
补充知识点：简单的描述下UML:UML分两类：结构型、行为型。

结构型：类图、对象图、构件图、部署图、包图。

行为型：活动图、状态机图、顺序图、通信图、用例图、时间图。