本書從隨機變量的生成、樣本路徑的抽樣和估計器的構造三個層面著手探討了離散事件動態系統(DEDS)性能評估與靈敏度估計中的高效率仿真問題。在第一個層面,對隨機數發生器的構造、隨機變量的計算機生成技術進行了系統的歸納和整理,重點討論了取中分布和剩余分布等非傳統隨機變量的高效率抽樣問題。在后兩個層面,建立了離散事件動態系統廣義半馬爾可夫過程(GSMP)的一般描述,并在GSMP描述的框架內研究并給出了DEDS仿真的三種不同實現:"經典事件調度法"、"極小分布抽樣法"和"嵌入泊松流法"。
離散事件動態系統(Discrete Event Dynamics Systmes,DEDS)的性能評估和仿真研究是一個具有挑戰性的課題。從定量分析和評估的角度看,離散事件動態系統研究中的一個根本困難在于目前還沒有簡單且易于求解的數學模型。到目前為止,計算機仿真仍是DEDS性能分析、評估和優化的主要手段,很多時候甚至是唯一可行的手段。然而DEDS仿真從根本上說是一種隨機試驗的方法,為了獲得系統性能測度的準確估計,通常需要進行大量次數的仿真。提高仿真算法的效率,是應用中需要解決的一個重要問題。近年來,隨著科技的進步以及仿真技術在DEDS性能評估中的廣泛應用,一些新問題的出現了,如靈敏度估計問題、基于仿真的優化問題、小概率事件系統仿真等,對傳統的仿真方法構成了嚴重的挑戰,解決這些問題需要在高效率仿真算法上取得突破。
基于對隨機DEDS仿真過程的分析,本書主要從三個層面著手研究提高仿真效率的方法:其一,提高隨機變量的生成效率;其二,設計高效率的樣本路徑的抽樣機制,以加快獲取樣本性能測度;其三,引入減小方差技術,構造方差小的高效率估計器。其中,第二、三個層面是研究的重點。
在隨機數發生器層面,本書對近年來陸續出現的隨機變量生成算法進行了系統的篩選,介紹了這方面的一些最新成果。此外,針對近年來出現的可靠性應用中的剩余壽命估計問題,設計了高效率的剩余分布抽樣算法,解決了可靠性評估中的剩余分布抽樣的難題。
在提高樣本路徑的高效率抽樣層面,本書在廣義半Markov框架下,導出了樣本路徑抽樣的三種通用實現方法,并在此基礎上創造性地提出了Markov.DEDS高效率仿真的NON-CLOCK(NC)方法。NC方法打破了DEDS仿真中以仿真鐘的推進機制為核心的傳統思路,完全舍棄了仿真鐘。該方法極大地簡化了仿真程序,且數據處理方便,適用于任意穩態或暫態性能測度的估計,并通過結合條件期望減小方差的技巧提高了仿真精度。和目前公認最優秀的標準鐘(SC)方法相比,NC方法的仿真效率和精度均要優于SC方法。
在高效率估計器構造層面,本書系統研究了NC仿真框架下的重要抽樣方法,設計了重要抽樣下的三種估計器。通過引入變概率測度的動態變參數方案,較好地解決了將一些已證明有效的啟發式方法納入NC-重要抽樣框架的問題,并根據NC-重要抽樣仿真的特點對原有方法進行了改進,提出了一些新的公式,從而比較完整地提供了面向實際評估問題的NC-重要抽樣仿真框架。
本書在估計器構造層面的另一個貢獻是設計了Markov-DEDS參數靈敏度估計的一致、通用、高效估計器。由于參數靈敏度估計問題的復雜性,一致、通用、高效率的仿真算法是迄今為止仍未解決的難題。書中給出的SPA-LR方法及三種實用的減小靈敏度估計方差技術,在廣泛應用的Markov模型上,較好地解決了這一問題。
周江華,男,江西鷹潭人,中國科學院光電研究院研究員。博士生導師。1994年獲國防科技大學學士學位,2006年取得西安交通大學碩士、博士學位。主要研究方向:臨近空間飛行器控制系統、離散動態系統評估與仿真。現任中國科學院平流層飛艇飛控系統主任設計師.主持開發了KFPilot無人飛艇通用自動駕駛儀。在國內外期刊和會議上發表學術論文40余篇,擁有國家發明專利2項、實用新型2項、國防專利1項。
苗育紅,女,河南方城人,解放軍61683部隊高級工程師,碩士生導師。1993年、1996年取得火箭軍工程大學學士、碩士學位,2010年獲得清華大學博士學位。主要研究方向:飛行器設計、軍事目標學。參與多項軍隊重點研究項目,獲得軍隊科技進步獎4項;在國內外期刊和會議上發表學術論文40余篇,其中EI檢索11篇;撰寫及翻譯教材6部;擁有國防專利1項。
前言
第1章 緒論
1.1 離散事件動態系統的研究對象
1.2 計算機仿真在DEDS研究中的地位和作用
1.3 高效率仿真在DEDS性能評估中的價值
1.4 DEDS的研究現狀和研究手段
1.4.1 提高仿真效率的主要手段
1.4.2 靈敏度估計的高效率仿真
第2章 隨機變量的高效率抽樣技術
2.1 U(0,1)均勻分布隨機數發生器
2.1.1 基本構造形式
2.1.2 組合式隨機數發生器
……