系统建模与仿真作业集

第一章测试题一.填空题1:建模与仿真主要包括_______、_______和_______三个组成部分。答案实际系统。模型。计算机2:系统是指按照某些规律结合起来，_______、_______的所有实体的_______。答案互相作用。互相依存。集合或总和3:理发馆作为一个人工系统,该系统中的实体有_______和_______。答案服务员。顾客4:模型是对相应的_______和_______中那些有用的和令人感兴趣的特性的抽象，是对系统_______的描述。答案真实对象。真实关系。某些本质方面5:风景名胜区的模型属于_______。答案物理模型6:联系系统仿真的三个基本活动是_______、_______和_______。答案系统。模型。计算机7:黑箱是一个可观测到其_______和_______，但不知其_______的系统。答案输人值。输出值。内部结构8:系统仿真建模的信息源主要来自_______、_______和_______三个方面。答案先验理论。观测数据。专家经验9:对系统的描述，一般可以分为_______、_______和_______三级，其中，最低一级是_______，在这一级系统被视为_______。答案行为级。状态结构级。结构分解级。行为一级。黑箱10:智能仿真技术的开发途径是_______和_______。答案人工智能。仿真技术的集成化二.选择题1:在实现分布交互仿真的关键技术中,_______是基础。(A)网络技术(B)支撑环境技术(C)组织和管理答案A2:以知识为核心，以人类思维行为作背景，引人整个建模与仿真过程，构造各处基本知识的仿真系统，这种仿真是_______。(A)定性仿真(B)智能仿真(C)面向对象仿真答案B3:在系统与模型之间，如果在行为一级等价，则称为_______。(A)同构模型(B)同态模型(C)数学模型答案B4:在多媒体仿真的基础上，强调三维动画、交互功能，支持触、嗔、味、知觉的仿真是_______。(A)可视化仿真(B)分布交互仿真(C)虚拟现实仿真答案C5:用于训练各种工厂(如电厂、化工厂、核电站、电力网等)运行操作人员的仿真系统属于_______类型。(A)博弈决策型(B)载体操作型(C)过程控制型答案C6:沙盘模型是_______模型。(A)数学模型(B)物理模型(C)模型的非形式描述答案B7:同构模型在_______等价。(A)状态结构级(B)行为级(C)结构分解级答案A三.简答题1:简述模型的概念及其分类。答案模型是对相应的真实对象和真实关系中那些有用的和令人感兴趣的特性的抽象，是对系统某些本质方面的描述，它以各种有用的形式提供被研究系统的描述信息。模型可分为物理模型、数学模型、模型的非形式描述三大类。2:简述系统仿真的概念。答案系统仿真是以相似原理、系统技术、信息技术及其应用领域有关专业技术为基础，以计算机、仿真器和各种专用物理效应设备为工具，利用系统模型对真实的或设想的系统进行动态研究的一门多学科的综合技术。系统仿真基于模型，通过对模型的实验达到研究系统的目的。3:系统仿真有哪些基本活动？联系这些活动的要素是什么？答案系统仿真有三个基本的活动，即系统建模、仿真建模和仿真试验。联系这三个活动的要素是系统、模型、计算机。4:简述黑箱、白箱、灰箱系统的概念。答案一个可观测到其输人和输出值，但不知道其内部结构的系统，可视为黑箱系统；已知其内部结构的系统，可视为白箱系统;介于白箱和黑箱之间的，是灰箱系统。四.分析说明题1:复杂系统建模与仿真的主要方法有哪些?答案复杂系统建模与仿真的主要方法：(1)参数优化方法。基于系统辨识和参数估计理论的目标函数最优化方法。(2)定性仿真方法。基于建立模型框架，对于参数采取定性处理的方法。(3)模糊仿真方法。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，采取模糊数学的方法进行处理。(4)归纳推理方法。基于黑箱概念，假设对系统结构一无所知，只从系统的行为一级进行建模与仿真，根据系统观测数据，生成系统定性行为模型，用于预测系统行为。(5)系统动力学方法。基于信息反馈及系统稳定性的概念，认为物理系统中的动力学性质及反馈控制过程在复杂系统中同样存在。通过专家对复杂系统机理的研究，建立复杂系统动力学模型，通过运转这个模型去观察系统在外力作用下的变化。2:系统仿真方法学的发展分为哪两个阶段？简述这两个阶段的主要区别。答案系统仿真方法学的发展大致可分为两个阶段:20世纪40年代至70年代，传统系统仿真方法学发展阶段;20世纪80年代至今，复杂系统仿真方法学发展阶段。两个阶段的主要区别如下：(1)建模在两个系统仿真方法学中重要性不同。后者较前者有增长。(2)面向对象不同。传统的系统仿真方法学主要是面向工程系统，如航空、航天、电力、化工等，这类系统具有良好定义和良好结构，具有充分可用的理论知识，可以采用演绎推理的方法建模。复杂系统仿真方法学主要是面向社会、经济、生态、生物等十分复杂的非工程系统。仿真这些复杂系统的难点主要在于系统的病态定义和病态结构，以及无充分可用的理论和先验知识。(3)侧重点不同。传统系统仿真方法中的建模侧重对形式化模型进行演绎推理、实验、分析，具有工程技术的特点。复杂系统仿真方法侧重解决如何建立系统的形式化模型，建立一种抽象的表示方法以获得对客观世界和自然现象的深刻认识，是面向科学的。第二章测试题一.填空题1:系统模型是用来研究_______及_______的工具，它常常是用_______、_______、_______等形式表示的行为数据的一组指令。答案系统功能。规律。数学公式。图。表2:系统模型的最主要表示方式是_______。答案数学表达方式3:系统的数学模型是对_______与_______的作用关系，以及_______所做的抽象，并将此抽象用数学方式表达出来。答案系统。外部。系统内在的运动规律4:系统数学模型的建立需要按照模型论对_______、_______状态变量及其间的_______进行抽象,这种抽象理论称为_______。答案输人。输出。函数关系。理论构造5:根据模型的时间集和分类，数学模型可分为_______模型和_______模型。答案连续时间。离散时间6:根据对变量的了解程度分类，系统模型可以分为_______、_______、_______等。答案白箱模型。黑箱模型。灰箱模型7:传统的数学建模方法一般有两大类，即_______和_______。答案机理分析建模。实验统计建模8:归纳就是从特殊的_______推进到一般的_______的一种思维方式，演绎推理是由_______推出_______的推理方法。答案具体认识抽象认识。一般性的命题。特殊命题9:模型求解中最有力的工具是_______。答案计算机模拟仿真10:因果性原则要求系统的_______和_______满足函数映射关系，它是数学建模的必要条件。答案输人量。输出量二.选择题1:系统在有确定输人时,得到的输出却不确定，这种事物发展变化没有确定因果关系的模型是_______。(A)连续变化模型(B)离散变化模型(C)随机性模型答案C2:在系统建模准备阶段工作完成之后，需要进行下列_______阶段的工作。(A)系统建模阶段(B)系统认识阶段(C)型求解阶段答案B3:忽略具体事物的特殊性，着眼于整体和一般规律，这种研究方法是_______。(A)抽象(B)归纳(C)演绎答案A4:数学模型根据模型的状态变量可以分为_______。(A)连续变化模型和离散变化模型(B)连续时间模型和离散时间模型(C)确定性模型和随机性模型答案A5:由一般性的命题推出特殊命题的推理方法是_______。(A)移植(B)归纳(C)演绎答案C三.简答题1:简述建模过程箝要遵循的原则。答案系统建模需要遵循的原则:①系统建模应当遵循可分离原则;②系统建模应当遵循假设的合理性原则;③系统建模应当遵循因果性原则；④系统建模还应当遵循输人量和输出量的可测量性、可选择性原则，对于动态模型还应当保证适应性原则。2:系统建模的步骤可划分为哪几个阶段？答案系统建模的步骤大致可分为以下几个阶段:①准备阶段;②系统认识阶段;③系统建模阶段;④模型求解阶段;⑤模型分析与检验阶段。3:系统建模为什么要遵循假设的合理性原则？答案在实际问题中，无论是物理系统、经济系统,还是其他的自然科学系统，数学建模的过程都是对系统进行抽象，并且提出一些合理的假设，假设的合理性直接关系到系统模型的真实性，所以建模应当遵循假设的合理性原则。4:在系统认识阶段，需要进行哪些工作？答案①认识系统建模的目标;②认识系统建模的规范;③认识系统建模的要素;④认识系统建模的关系及其限制。5:从对数学模型的要求、建模的过程与步骤来看,建立数学模型应该具备哪些能力？答案从对数学模型的要求、建模的过程与步骤来看，建立数学模型应具备以下几方面的能力:①分析综合能力;②抽象概括能力;③想象洞察能力;④运用数学工具的能力；⑤通过实践验证数学模型的能力。四.分析说明题1:复杂系统建模需要经历哪些建模步骤？答案对于复杂系统，建模的主要步骤如下：(1)阐述复杂系统的目的和问题。(2)用略图定性的描述系统结构、环境。(3)确定有关的成分、要素、变量和子系统,做出分图表明它们之间的关系。(4)描述子系统的输人输出关系,确定子系统变量。(5)模型假设以扩充或者省略输人输出关系，说明关系的形式，并构造变量关系式推导模型方程。(6)模型求解寻求最优或次优解。(7)数据测试做检验。(8)模型使用,研究系统性状。第三章测试题一.填空题1:系统模型一般是通过_______来描述的，用微分方程来描述_______，用差分方程来描述_______，用微分方程和差分方程联合表示_______。答案数学方程式。连续系统。离散系统。混合系统2:建立微分方程常用的方法是_______和_______。答案按变化规律直接列方程。模拟近似法3:常用的连续系统数学模型有_______、_______、_______。答案微分方程模型。传递函数模型。状态空间模型4:实际问题中的速率、增长、衰变及边际等都可以用_______转变成数学语言。答案导数5:由于大多数微分方程是求不出其解的，因此研究其_______和_______是十分重要的手段。答案稳定性。数值解法6:一种产品进入市场之后,一般会经过销售速度先不断增加然后又逐渐下降的过程，这称为产品的_______,简记为_______。答案生命周期。PLC7:新产品信息可以分为两类，即_______和_______。答案搜寻型信息。体验型信息8:消费者总体按照他们在决定采用新产品之前所需的信息分成两部分,即_______和_______。答案革新者。模仿者9:从传递函数模型可以看出，传递函数只与系统的_______有关，而与_______无关。答案结构参数。系统变量10:描述系统外部特征的模型是_______和_______,描述系统内部特征的模型是_______。答案微分方程模型。传递函数模型。状态空间模型二.简答题1:简述建立微分方程模型的步骤。答案微分方程模型的建立的步骤如下:①翻译或转化;②建立瞬时表达式;③配备物理单位;④确定条件。2:建立微分方程常用的方法有哪些？它们分别用于哪些学领域？答案建立微分方程常用的方法：(1)按变化规律直接列方程，用于物理、化学、数学等学科领域。(2)模拟近似法，用于生物、经济等学科领域。3:简述模拟近似法的基本思想。答案模拟近似法主要用于生物、经济等学科中，由于在这些学科中，许多现象满足的规律并不很清楚，并且相当复杂，因此需要根据实际资料或大量的实验数据，提出各种假设,在一定的假设下，给出实际现象所满足的规律,然后利用适当的数学方法得出微分方程。4:简述Bass模型的理念。答案Bass模型认为新产品进入市场后的扩散过程类似于传染病的扩散过程，一种新产品进人市场，有关信息的传播一般有两个途径：(1)购买并使用过此产品的早期购买者对产品的评价传播开来，使其周围的人们得到相关信息。(