本書為建模和計(jì)算機(jī)仿真提供了嚴(yán)謹(jǐn)?shù)臄?shù)學(xué)基礎(chǔ)。本書提供了建模與仿真的綜合性框架，且集成了多種仿真方法。本書內(nèi)容涵蓋建模公式表達(dá)、仿真建模執(zhí)行和模型建立過程以及其核心工作，即模型提取、模型簡化以及模型庫組織。本書重點(diǎn)內(nèi)容包括離散事件集成、連續(xù)性模型逼近以及一種用于連續(xù)過程的離散事件仿真的新逼近方法。本書還討論了在并行與分布式系計(jì)算機(jī)上如何執(zhí)行仿真，以及基于美國國防部HLA標(biāo)準(zhǔn)的仿真模型的實(shí)現(xiàn)的相關(guān)概念。
仿真科學(xué)與技術(shù)是以建模與仿真理論為基礎(chǔ)，以計(jì)算機(jī)系統(tǒng)、物理效應(yīng)設(shè)備及仿真器為工具，根據(jù)研究目標(biāo)，建立并運(yùn)行模型，對研究對象進(jìn)行認(rèn)識與改造的一門綜合性、交叉性學(xué)科。本書為建模與計(jì)算機(jī)仿真奠定了嚴(yán)格的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)，提出了建模與仿真的框架和方法論，為復(fù)雜系統(tǒng)建模與仿真提供了模塊化和層次化機(jī)制。
第二版前言
這是 Theory of
Modeling and Simulation 繼1976年由Wiley Interscience首次出版，并由Krieger Publisher 于1984年重新發(fā)行之后的第二版。第一版指出這一事實(shí)，即需要一種理論給無處不在的建模與仿真領(lǐng)域提供一定的一致性和統(tǒng)一性。盡管經(jīng)過近四分之一個(gè)世紀(jì)，該領(lǐng)域已取得了很多進(jìn)展，我們相信，今天比以往更需要一種廣為接受的框架和理論基礎(chǔ)。建模與仿真知識在不同學(xué)科之間仍然被分割，這給共享進(jìn)展、重用其他學(xué)科的理念以及在多學(xué)科小組內(nèi)協(xié)同工作帶來困難。作為知識專門化的一種后果，領(lǐng)域內(nèi)的條塊分割比以往更嚴(yán)重，大家逐漸認(rèn)識到，需要有能將學(xué)科知識片斷綜合為一體的知識工作者。建模與仿真作為一種普遍的、與學(xué)科無關(guān)的活動(dòng)可以為這種知識工作提供關(guān)于概念和工具的框架。
自第一版以來，建模與仿真技術(shù)已取得重大進(jìn)展，但進(jìn)展在不同領(lǐng)域間沒有得到統(tǒng)一。一般意義上，得益于軟件（如面向?qū)ο缶幊蹋┖陀布ǜ斓奶幚砥鳎┘夹g(shù)的進(jìn)步，模型構(gòu)建和仿真執(zhí)行已變得更容易和更快捷。然而，對困難的、基礎(chǔ)性的問題，比如模型可信性（例如，校核、驗(yàn)證和模型族的一致性等）和互操作性（例如，資源庫、組件重用和分辨率匹配等）等的重視程度仍然不夠。不過，由于美國國防部在其承包商和部門范圍內(nèi)推行HLA標(biāo)準(zhǔn)，這些問題已走向前臺，并成為中心問題。
在這一版本中，兩名建模與仿真理論的主要貢獻(xiàn)者與原書作者一起，對原版完全重新進(jìn)行了修訂。正如副標(biāo)題所示，本書致力于連續(xù)和離散建模與仿真范例的集成。另一個(gè)主題是分布式仿真及其對多模型組件中多形式體系共存的潛在支持能力。
盡管大部分素材是新的，但表述形式仍與第一版相同。全書主要包含三部分。第一部分介紹建模與仿真框架和主要的連續(xù)與離散建模和計(jì)算機(jī)仿真方法。這部分以非正式的方式，提供了一種統(tǒng)一的觀點(diǎn)，這是其他許多書所缺乏的，可以作為本科生和研究生課程的教學(xué)資料。
第二部分以嚴(yán)格的、多層次的系統(tǒng)理論為基礎(chǔ)，對介紹性素材進(jìn)行了回顧，接著深入研究了作為系統(tǒng)規(guī)范的模型，主要的系統(tǒng)規(guī)范形式體系及其集成，以及這些形式體系的仿真器，包括串行、并行和分布等形式。
第三部分討論系統(tǒng)態(tài)射的基本功能，任何關(guān)于系統(tǒng)、模型和仿真器關(guān)聯(lián)關(guān)系的聲明，最終都須表述成它們同類的等價(jià)體或態(tài)射。對理想態(tài)射和近似態(tài)射問題均進(jìn)行了討論，并用于模型抽象和系統(tǒng)表述。對于后者，我們特別討論了用DEVS（Discrete Event System Specification）形式體系來表述任意系統(tǒng)的問題，包括用其他離散事件和連續(xù)形式體系描述的系統(tǒng)。這一討論的重要性源于兩個(gè)方面離散事件方法在高科技設(shè)計(jì)（例如，制造中的控制系統(tǒng)、通信、計(jì)算機(jī)）中的蓬勃應(yīng)用和由HLA所催生的分布式仿真的發(fā)展，其中，離散事件與離散的消息交換相匹配。
第四部分繼續(xù)討論基于DEVS的建模與仿真理論，它是高科技系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法學(xué)的基礎(chǔ)。其中包含與分析用的其他形式體系的集成，以及系統(tǒng)實(shí)體結(jié)構(gòu)/模型基本概念，這些概念用于研究多種設(shè)計(jì)方案并重用好的設(shè)計(jì)。書的結(jié)尾考慮了支持協(xié)同建模與仿真問題。
盡管本書的主要目的是作為參考書使用，其結(jié)構(gòu)安排使其也適于作為建模與仿真課程的研究生教材。作為教材，本書的一個(gè)優(yōu)勢是提供了開放的系統(tǒng)觀點(diǎn)，從而減輕了與領(lǐng)域相關(guān)的商業(yè)仿真軟件閉箱式和基于信心的方式所帶來的局限性。否則學(xué)生將對閉箱中模型的可靠性和仿真器的正確性持更加懷疑的態(tài)度。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，本書需輔以教學(xué)用建模與仿真軟件，如DEVSJAVA（可以從arizona.edu網(wǎng)站獲得）。其他關(guān)于仿真中的統(tǒng)計(jì)問題及仿真在特定領(lǐng)域的應(yīng)用的書應(yīng)作為背景資料。
我們建議可以從第四部分開始閱讀或講授，因?yàn)闀那懊娌糠纸榻B的概念在最后的章節(jié)中得以應(yīng)用，這樣，學(xué)生可以很快認(rèn)識到成功的設(shè)計(jì)需要這些新概念，并且有動(dòng)力回頭去學(xué)習(xí)那些提供了必備知識的章節(jié)。更可取的是，好的教師應(yīng)引導(dǎo)學(xué)生在前后章節(jié)之間來回進(jìn)行學(xué)習(xí)。
限于篇幅，我們沒有將第一版中的所有素材包含進(jìn)來。取舍的原則是根據(jù)當(dāng)前理論的相關(guān)性是否在某領(lǐng)域內(nèi)取得了重大進(jìn)展，以及是否是一本書的必備部分。因此，主要省略的是原版第14和15章關(guān)于結(jié)構(gòu)推理的討論。我們希望下一次修訂可以包含更多關(guān)于這些重要方向上的進(jìn)展情況。
Bernard P. Zeigler（伯納德?P?齊格勒），亞利桑那大學(xué)的電氣和計(jì)算機(jī)工程教授、人工智能仿真研究小組負(fù)責(zé)人。他發(fā)表了許多研究論文和書籍，是國際計(jì)算機(jī)模擬學(xué)會學(xué)報(bào)的主編。
李革，就職于中國人民解放軍國防科技大學(xué)機(jī)電工程與自動(dòng)化學(xué)院，研究領(lǐng)域?yàn)樽詣?dòng)化與計(jì)算機(jī)技術(shù)，多次參與國家自然科學(xué)基金等項(xiàng)目科研。
第一部分 基 礎(chǔ)
第1章 系統(tǒng)建模概念介紹
1.1 系統(tǒng)規(guī)范的形式體系
1.2 系統(tǒng)知識的層次
1.3 系統(tǒng)規(guī)范的層次結(jié)構(gòu)介紹
1.4 非形式化表示的規(guī)范層次
1.5 系統(tǒng)規(guī)范態(tài)射：基本概念
1.6 總結(jié)
1.7 參考文獻(xiàn)
第2章 建模與仿真框架
2.1 框架中的實(shí)體
2.2 實(shí)體間的主要關(guān)系
2.3 其他重要關(guān)系
2.4 時(shí)間
2.5 總結(jié)
2.6 參考文獻(xiàn)
第3章 建模形式體系及其仿真器
3.1 緒論
3.2 離散時(shí)間模型及其仿真器
3.3 微分方程模型及其仿真器
3.4 離散事件模型及其仿真器
3.5 總結(jié)
3.6 參考文獻(xiàn)
第4章 離散事件系統(tǒng)規(guī)范介紹
4.1 簡介
4.2 經(jīng)典DEVS系統(tǒng)規(guī)范
4.3 并行DEVS系統(tǒng)規(guī)范
4.4 層次化模型
4.5 DEVS的面向?qū)ο髮?shí)現(xiàn)：入門
4.6 總結(jié)
4.7 參考文獻(xiàn)
第5章 系統(tǒng)規(guī)范的層次結(jié)構(gòu)
5.1 時(shí)基
5.2 段和軌道
5.3 I/O觀測構(gòu)架
5.4 I/O關(guān)系觀測
5.5 I/O功能觀測
5.6 I/O系統(tǒng)
5.7 迭代式系統(tǒng)規(guī)范
5.8 多變量集合和結(jié)構(gòu)化系統(tǒng)
5.9 多組件系統(tǒng)規(guī)范
5.10 系統(tǒng)規(guī)范網(wǎng)絡(luò)（耦合系統(tǒng)）
5.11 總結(jié)
5.12 參考文獻(xiàn)
第二部分 建模形式體系與仿真算法
第6章 基本形式體系：DEVS、DTSS、DESS
6.1 基本系統(tǒng)規(guī)范形式體系
6.2 離散事件系統(tǒng)規(guī)范（DEVS）
6.3 并行DEVS
6.4 離散時(shí)間系統(tǒng)規(guī)范（DTSS）
6.5 微分方程系統(tǒng)規(guī)范（DESS）
6.6 小結(jié)
第7章 基本形式體系：耦合多組件系統(tǒng)
7.1 離散事件說明的網(wǎng)絡(luò)形式體系
7.2 多組件離散事件系統(tǒng)形式體系
7.3 離散時(shí)間說明的網(wǎng)絡(luò)形式體系
7.4 多組件離散時(shí)間系統(tǒng)形式體系
7.5 微分方程描述的網(wǎng)絡(luò)形式體系
7.6 多組件微分方程描述的系統(tǒng)形式體系
7.7 總結(jié)
7.8 參考文獻(xiàn)
第8章 基本形式體系仿真器
8.1 DEVS仿真器
8.2 DEVS總線
8.3 DTSS仿真器
8.4 DESS仿真器
8.5 總結(jié)
8.6 參考文獻(xiàn)
第9章 多形式體系建模與仿真
9.1 特殊形式體系簡介
9.2 多形式體系建模
9.3 DEV＆DESS：組合離散事件和微分方程說明的系統(tǒng)
9.4 基于DEV＆DESS的多元建模
9.5 耦合DEV＆DESS：多形式體系模型的網(wǎng)絡(luò)
9.6 DEV＆DESS仿真器
9.7 參考文獻(xiàn)
10章 基于離散事件系統(tǒng)規(guī)范（DEVS）的擴(kuò)展形式體系
10.1 隨機(jī)系統(tǒng)：處理不確定性的傳統(tǒng)方法
10.2 DSDEVS（動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)DEVS）
10.3 符號DEVS
10.4 模糊DEVS
10.5 實(shí)時(shí)DEVS（RT-DEVS）
10.6 總結(jié)
10.7 參考文獻(xiàn)
第11章 并行和分布式離散事件仿真
11.1 并行離散事件仿真的問題特征
11.2 保守并行離散事件仿真
11.3 樂觀并行離散事件仿真
11.4 并行DEVS仿真器
11.5 總結(jié)
11.6 參考文獻(xiàn)
第三部分 系統(tǒng)態(tài)射：抽象，表示，逼近 第12章 系統(tǒng)多態(tài)的層次
12.5 迭代說明的系統(tǒng)的系統(tǒng)態(tài)射
12.6 結(jié)構(gòu)化系統(tǒng)的態(tài)射
12.7 多組件系統(tǒng)態(tài)射
12.8 系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)態(tài)射
12.9 同態(tài)和級聯(lián)復(fù)合
12.10 可實(shí)現(xiàn)的I/O關(guān)系和功能的描述
12.11 總結(jié)
12.12 參考文獻(xiàn)
第13章 抽象：構(gòu)建模型族
13.1 范圍/分辨率/交互乘積
13.2 模型的集成族
13.3 聚合：齊性/耦合無差別原則
13.4 基于事件控制的抽象
13.5 參數(shù)態(tài)射
13.6 總結(jié)
13.7 參考文獻(xiàn)
第14章 校核、驗(yàn)證、近似態(tài)射：與誤差共存
14.1 校核
14.2 行為層次的驗(yàn)證
14.3 性能/有效性權(quán)衡（如速度/準(zhǔn)確度）
14.4 近似態(tài)射與誤差行為
14.5 耦合系統(tǒng)層的近似態(tài)射
14.6 結(jié)構(gòu)層次的驗(yàn)證
第15章 DEVS和類DEVS系統(tǒng)：普遍性和唯一性
15.1 經(jīng)典DEVS與并行DEVS之間的關(guān)系：有一種還是兩種DEVS
15.2 DEVS的普遍性和唯一性
15.3 DTSS的DEVS表示
15.4 DTSS網(wǎng)絡(luò)的高效DEVS模擬
15.5 總結(jié)
15.6 參考文獻(xiàn)
第16章 DEVS對系統(tǒng)的表示
16.1 DEVS總線回訪
16.2 使用傳統(tǒng)方法的DEVS表示
16.3 量化：另一種表示DEVS的方法
16.4 量化的模擬研究
16.5 進(jìn)一步研究的猜想
16.6 總結(jié)
16.7 參考文獻(xiàn)
16.8 問題
第四部分 系統(tǒng)設(shè)計(jì)、建模與仿真環(huán)境
第17章 基于DEVS的設(shè)計(jì)方法
17.1 方法概述
17.2 DEVS定義語言
17.3 DEVS定義的執(zhí)行
17.4 邏輯分析：模型校核
17.5 使用語言驗(yàn)收檢查的模型校核
17.6 性能評估
17.7 實(shí)現(xiàn)：DEVS模型執(zhí)行
17.8 總結(jié)
17.9 參考文獻(xiàn)
第18章 系統(tǒng)實(shí)體結(jié)構(gòu)/模型庫框架
18.1 基于系統(tǒng)實(shí)體結(jié)構(gòu)的模型庫管理
18.2 系統(tǒng)實(shí)體結(jié)構(gòu)
18.3 系統(tǒng)實(shí)體結(jié)構(gòu)/模型庫（SES/MB）框架
18.4 實(shí)例：一個(gè)事務(wù)處理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
18.5 SES的自動(dòng)剪枝
18.6 總結(jié)
18.7 參考文獻(xiàn)
第19章 協(xié)作及未來
19.1 建模與仿真體系結(jié)構(gòu)
19.2 協(xié)作是如何支持建模與仿真的
19.3 總結(jié)
19.4 參考文獻(xiàn)
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