前言

仿真科学与技术极大地扩展了人类认知世界的能力。它可以不受时空的限制，观察和研究已发生或尚未发生的现象，以及在各种假想条件下，现象发生和发展的过程；它还可以深入到一般科学及人类生理活动难以到达的宏观或微观世界去进行研究和探索，从而为人类认识世界和改造世界提供了全新的方法和手段。

计算机仿真技术已经有近50 年的发展历史，它在各类应用需求的牵引及相关学科技术的推动下，已经发展形成了较完整的专业技术体系，并迅速地发展为一项通用性、战略性技术。Dr.Raymond L.Orbach说，“在21世纪的科学中，仿真和高端计算是理论和实验科学的平等伙伴。”“仿真是一种与实验和理论对等的方法论。”仿真技术已经成为解决复杂问题的最有效手段之一。

本书讨论一类典型系统——离散事件系统（Discrete Event Systems，DEVS）——的建模与仿真技术，有些文献将这类系统称为离散事件动态系统（Discrete Event Dynamic Systems， DEDS），甚至简称为离散系统（Discrete Systems）。这类系统本质上属于人造系统，即包含人为规则或人为机制的“非物理型”系统。典型的例子有：交通系统（空中、地面）、计算机系统、通信网络系统、机械制造系统、军事上的C3I系统，以及在供应链、仓储、人口控制、市场贸易等领域中广泛存在的各种各样的系统。

属于物理世界或广义物理世界范畴的系统则是“物理型”系统，称为连续变量动态系统（Continuous Variable Dynamic Systems，CVDS）或连续变量系统（Continuous Variable Systems， CVAS）。DEVS 与 CVDS，无论在系统建模方面，还是在仿真分析方法方面，都有着显著的不同。

目前，关于离散事件系统仿真的书籍并不少见，本书力图系统而有重点地讨论DEVS的建模与仿真的理论、方法、技术，以便读者能比较全面和准确地理解和正确地应用相关的知识，实现该类系统的建模与仿真。

第1章是概述，从概念上讨论DEVS的内涵及其特征，重点介绍DEVS建模与仿真的基本概念、术语。

第2章通过三个简单的实例讨论DEVS建模与仿真的各个步骤，以便读者了解DEVS建模与仿真的基本要素。一般说来，DEVS建模与仿真往往采用相应的仿真软件，因此，本章还对目前流行的离散事件系统建模与仿真软件进行了介绍，重点说明了软件的技术特点、功能及应用特点，以便读者选用时参考。

随机性是DEVS的基本特性，第3章介绍所涉及的主要数学基础，即概率论与数理统计的基本知识，包括概率统计与随机过程的一些基本术语、常用离散随机变量和连续随机变量的概率分布模型、随机过程的基础知识，以及数理统计的基本知识。

第4、5 两章从随机变量的角度讨论建模与仿真问题。随机变量建模是离散事件系统建模的基础，也是离散事件系统建模的重要任务。第4章就如何由观测数据确定随机变量的分布类型、参数，以及所建模型的检验方法——拟合优良度检验进行讨论。第5章讨论离散事件系统仿真中产生随机变量的方法和技术，包括随机数发生器及其检验方法，产生随机变量的一般原理，并给出了常用的连续随机变量及离散随机变量的建模与仿真方法。

第6、7 两章从离散事件系统角度讨论建模与仿真问题。较之 CVDS，目前还缺乏统一的普适的DEVS的建模方法。第6章首先讨论DEVS建模面临的困难、特点，进而介绍几种目前流行的DEVS模型描述形式，包括两类典型的理论建模方法，即排队网方法、Petri网方法；三类基于图论的离散事件系统建模方法，即实体流图法、PERT图法，以及活动周期图法。最后，介绍一种离散事件系统形式化描述规范。

虽然某些离散事件系统模型能解析地获得系统的性能，但大多是在某些假定的条件下得到的。对于一般情形，这些模型最终均要转换为仿真模型，通过仿真才能得到期望的结果。如何将这些模型映射为仿真模型，特别是，DEVS本质上是由事件驱动的，事件在时间上是随机发生的，如何在计算机世界描述事件并在计算机世界按实际系统中发生的逻辑、时序复现事件，这是DEVS仿真建模方法学的内容。本书第7章首先对仿真建模的基础——表处理技术进行讨论，然后对目前广泛使用的四类策略，即事件调度法、活动扫描法、三阶段法，以及进程交互法，分别进行了规范化讨论，并进行了比较。

一旦仿真模型建立起来，就可以通过仿真模型的运行，获得离散事件系统模型的输出。然而，与CVDS不同，离散事件系统固有的随机性决定了仿真结果分析的复杂性以及仿真实验设计的复杂性。仿真研究的大量课题是比较多种方案的优劣，以便从其中选择最佳方案或可行方案。因此，如何进行多系统设计方案的比较也是十分重要，本书安排了第8、9章来讨论。

第8章讨论了单系统仿真运行结果分析及实验设计技术，包括单系统的终止型仿真与稳态型仿真的分析方法与实验设计，特别是讨论了基于方差减小技术的单系统仿真实验设计方法。

第9章首先讨论双系统比较技术，这是多系统中最简单的情况，分别讨论了独立采样、公共随机数法；然后进一步讨论多方案的比较技术，重点介绍Bonferroni法与两阶段抽样法。多系统择优本质上是参数优化问题，离散事件系统参数优化是一个非常困难的问题，原因在于离散事件系统的随机性，因此，本章最后对基于仿真的优化技术进行了初步讨论。

第1～9章是对离散事件系统建模与仿真的理论、技术、方法全面讨论，为了让读者深入地理解并运用离散事件系统建模与仿真理论、技术、方法以解决复杂的实际问题。本书用第10～12章共3章内容，专门讨论三类典型离散事件系统的建模与仿真。这三类系统具有相当的代表性，本书的讨论不但有助于这些领域的读者，对其他领域的读者相信也会有很好的参考价值。

第10章详细讨论了哲学家用餐问题的建模与仿真，这是计算机操作系统的同步与互斥的典型问题的一个抽象，包括哲学家用餐问题仿真条件与假设，随机变量生成，事件调度法和活动扫描法两种仿真策略建模，以及对仿真输出分析进行了详细的讨论，所涉及建模与仿真技术可以作为计算机操作系统建模与仿真参考。

第11章讨论了物流配送系统中车辆路径规划问题的建模与仿真。根据车辆路径问题类型确定了仿真目标，建立了层次化、对象化、模块化的车辆路径规划问题的模型，采用面向对象的分析方法确定了各个对象的功能和属性；采用商用仿真软件 AnyLogic 建立了整个车辆路径问题的逻辑模型，包括对象类，信息类，动画显示和数据统计集，详细介绍了模型中的控制程序，包括初始化部分、路口选择部分和行驶记录部分；最后，给出了所建立的车辆路径问题仿真模型的验证过程。

第12章讨论了生产系统建模与仿真，包括随机生产线的建模与仿真，流水生产线平衡问题的建模与仿真，以及基于仿真的装配生产线优化。每个方面均给出了实例。

本书从原理到应用，从理论到方法，对离散事件系统建模与仿真进行了比较系统而深入的讨论，无论作为仿真工具书，还是作为教材辅导书，都有其独到之处。对致力于研究、实践离散事件系统建模与仿真的读者来说，相信此书的出版无疑是他们的一个期盼。

作者

2011年5月