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系統模型與模型化技術(1)

模型及模型化概述#

模型及模型化的定義#

模型是現實系統的理想化抽象或簡潔表示,描繪了現實系統的某些主要特點,是為了可觀的研究系統二發展起來的。

模型的特徵:模型是現實世界部分的抽象或模仿;它是有哪些與分析問題有關的因素構成;它表明了有關因素間的相互關係。

系統模型是現實系統的替代物,是為了描述現實世界的一個抽象。模型反應了系統的主要組成成分、個部分之間的相互作用以及在運用條件下的因果作用、相互關係。

模型化就是為了描述系統的構成和行為,對實體系統的各種因素進行適當篩選後,用一定方式(數學、圖像等)表達系統實體的方法。

模型化的本質、作用與地位#

模型化的本質在於利用模型與圓形之間某方面的像是關係,在研究過程中用模型來代替原型,通過對模型的研究得到關於原型的一些信息。

模型化的作用分為三點:

  • 模型本身是人們對課題系統一定程度研究成果的表達,這種表達是簡潔的、形式化的。

  • 模型提供了脫離具體內容邏輯研議和計算的基礎,這回促使科學規律、理論、原理的發現。

  • 利用模型可以進行「思想」實驗。

模型化的地位:模型的本質決定了它作用的局限性,模型不能代替對客觀系統內容的研究,只有在和客觀系統相配合時,模型的作用才能充分發揮。

模型的分類#

模型分類示意圖

構建模型的一般原則#

  1. 考慮系統集合性 - 方框圖

  2. 考慮信息相關性

  3. 考慮信息準確性

  4. 考慮系統層次性

建模的基本步驟#

  1. 明確建模的目的和要求

  2. 對系統進行一般語言描述

  3. 弄清楚系統中的主要因素(變量)及其相互關係(結構關係、函數關係)

  4. 確定模型的結構

  5. 估計模型的參數

  6. 實驗研究

  7. 必要修改

模型化的基本方法#

  1. 分析法 分析解剖問題,深入研究客體系統內部的細節(如結構、形式、函數關係等)。利用邏輯研議方法,從公理、定律到處系統模型。
    如 $ Mx'' + Bx' + kx = F (t) $

  2. 實驗法 通過對實驗結果的觀察和分析,利用邏輯歸納法到處系統模型,數理模型法是典型代表。實驗法基本分為三類:模擬法、統計數據分析(如線性回歸法)、試驗分析。

  3. 綜合法 重視實驗數據又承認理論價值,將實驗數據與理論推導統一於緘默之中。實驗數據與理論不可分割,沒有實驗就建立不了理論,沒有理論推導就難以得到有用的數據。通常使用演繹方法,從已知定理中導出模型,對於某些不詳之處則利用實驗方法來補充,再利用歸納法從實驗數據中搞清楚關係,建立模型。

  4. 老手法 主要為德爾非法。通過專家們之間啟發式的討論,逐步完善對系統的認識,構造出模型來。在社會系統規劃、決策中是常用的方法。

  5. 辯證法 其基本觀點是:系統是一個對立統一體,是有矛盾的兩方面構成的。矛盾雙方互相轉化與統一乃是真實情境。同時現象不是本質,形式不是內容。因此必須構成兩個相反的分析模型。相同數據可以通過兩個模型來解釋。這種方法可以防止片面性,結果優於單方面的結果。

模型的簡化#

  1. 減少變量

  2. 改變變量性質

  3. 合併變量(集結)

  4. 改變函數關係

  5. 改變約束條件

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