商务管理仿真模拟 概论ppt课件

1、第1章 概论1.1 系统及其模拟的概念1.2 Monte Carlo模拟1.3 系统模拟1.4 系统模拟的实例 1.1.1 系统模型系统模型 1实体模型实体模型 1直观模型直观模型 供展览用的实物模型，如一个工厂、车间、仓库、消费供展览用的实物模型，如一个工厂、车间、仓库、消费线的平面布置模型等。线的平面布置模型等。 2物理模型物理模型 根据类似原理构造的模型，如波浪水箱中的舰艇模型、根据类似原理构造的模型，如波浪水箱中的舰艇模型、风洞中的飞机模型。风洞中的飞机模型。 2符号模型符号模型 是在一些商定或假设条件下借助于专门的符号、线条等，是在一些商定或假设条件下借助于专门的符号、线条等，按一定

2、方式组合起来的模型。如地图、电路图、化学构造按一定方式组合起来的模型。如地图、电路图、化学构造方式等，具有简明、方便、目的性强及非量化等特点。方式等，具有简明、方便、目的性强及非量化等特点。2符号模型 1定量模型 定量模型即数学逻辑模型，是系统的各种变量的数学逻辑关系的笼统表述。 运用定量模型可以对逻辑关系清楚的系统进展建模，比如企业中经常发生的排队问题，虽然复杂，但逻辑关系可以根据通用的规那么描画清楚。 2定性模型 a. 描画性模型：即运用文字方式简明论述系统的构成、所处环境、主要功能和研讨目的等。 b. 流程图和图解式模型：通常它们显示了系统组成部分相互之间的根本逻辑关系。 运用定性模型，

3、那么可以描画不按通用规那么运转的系统，主要表达为人们的阅历和知识，如汽车司机对方向盘的支配、一些技艺性较强的工种如钳工的操作，大体上是靠这类模型进展的。通常所说的某些指点凭阅历做决策也是如此。 2符号模型 3计算机程序 当把定量和定性模型开发成计算机系统时，这些模型就转换成计算机程序，因此，计算机程序也属于符号模型。 a. 按系统运转规律的显著特征，上述系统模型又有如下的分类： 确定性模型 随机性模型 计算机模拟方法是针对随机性模型的。 b. 按系统变量随时间变化的特征，系统模型分为： 离散型 延续型 离散-延续混合型 1.1.2 系统类型系统类型 1离散型系统离散型系统 在离散系统中，随着时

4、间的推移，系统形状只在某在离散系统中，随着时间的推移，系统形状只在某些详细的时间点呈离散性变化，在时间点之间那么没有变些详细的时间点呈离散性变化，在时间点之间那么没有变化，而时间可以是延续性的或离散性的，这取决于系统形化，而时间可以是延续性的或离散性的，这取决于系统形状的离散性变化可以在任何时间点发生或仅能在某些特殊状的离散性变化可以在任何时间点发生或仅能在某些特殊时间点发生。时间点发生。 以下图表示了离散系统的形状与时间的关系。以下图表示了离散系统的形状与时间的关系。离散型系统2延续型系统 在延续系统中，系统形状随时间呈延续性变化。同样地，模拟时间可以是延续性的，也可是离散性的。 以下图表示

5、了具有延续时间或离散时间的延续系统的形状与时间的关系。 延续型系统(延续时间) 延续型系统(离散时间) 3混合型系统 在混合系统中，系统形状可以作延续性及离散性的变化，或者作延续性变化并具有离散性突变。它的系统形状-时间可以是延续性的或离散性的。图1.1.4表示了混合型系统的例子：一个库存控制系统。 以下图阐明，在这个库存控制系统中，由于满足用户需求或消费的耗用，库存量随着时间作延续性变化减少。当进展库存补充时，库存量离散性添加，其增量等于库存工程的订货批量。 混合型系统1.1.3 系统研讨方法？系统研讨方法？研讨和分析系统的方法以及模型种类 1解析模型 即确定的数学模型。在解析模型中，系统的

6、行为表现输出变量是输入变量包括模型参数确实定函数，其结果是经过数学计算完全确定的解。比如像下面的一元二次方程： Y = aX2 + bX + c 2模拟模型 模拟是建立系统或决策问题的数学或逻辑模型，并以该模型进展实验，以获得对系统行为的认识，或协助处理决策问题的过程。 模拟的过程X、M、Y是不确定性?的。不确定性：1随机的。用服从概率分布的函数描画。 2模糊的。用模糊隶属函数描画。 3灰色的。 4复杂的。 问：有没有毫无规律的不确定性？ 1.1.4 管理系统及其模拟管理系统及其模拟 1管理系统管理系统 企业的一个部门、企业的一项业务流程、甚至企业内部企业的一个部门、企业的一项业务流程、甚至企

7、业内部的一群人等，要从管理控制的角度来看，它们都可以称为的一群人等，要从管理控制的角度来看，它们都可以称为管理系统。管理系统。 管理系统被公以为是一种典型的复杂系统，其复杂性有管理系统被公以为是一种典型的复杂系统，其复杂性有两层含义，即难解的两层含义，即难解的Complicated和复杂的和复杂的Complex。 1难解系统 指那些可以被数学模型描画的系统，但是由于数学模型过于复杂，以致于无法用常规方法解题。例如，一辆机动车、一部CD-player等有大量的零部件，虽然这样的系统具有复杂的构造和精细的功能，但是毕竟可以用庞大的、数学的、静态的模型来描画和分析。 在管理领域，难解系统在企业执行层

8、的排队问题中比较常见，例如车间的消费作业方案编制、库存控制、物流管理等。 2复杂系统 是指那些由具有非线性的和反响回路的关系的部件组成的系统，无法用数学的、静态的模型描画，须用复杂的相互作用的动态关系来描画。 在管理领域，复杂系统在企业的管理层、决策层系统中很常见，例如人力资源管理、组织行为管理、市场营销管理等，其中的管理系统面向的或处置的都是“人，这种由人类组成的系统，是典型的复杂系统，由于人类的行为带有极大的不确定性，例如，员工上午答应的事情，下午就能够变卦。 对任何系统而言，人类是系统复杂性、不确定性的根源，人类系统是真正意义的复杂系统，并且在管理领域大量存在。为了研讨上述两类管理系统，

9、人们归纳出了三条学术研讨途径。 1物的研讨 2人的研讨 3人-物互动的研讨 由于三条研讨途径都有本质不同的特征，因此，相应的模拟方法也显著不同见以下图。 研讨内容与研讨方法的层次关系 2管理系统模拟的分类定量模拟Quantitative Simulation。基于数学模型。定性模拟Qualitative Simulation。基于人工智能方法。一 Quantitative Simulation 1蒙特卡洛模拟(Monte Carlo Simulation) 是抽样实验，统计输出的特征值 不思索时间序列，即不思索模拟时钟 2系统模拟System Simulation 思索时间序列 在时间序列上，

10、调查系统变量的值的变化过程二 Qualitative Simulation 三个学派： 1朴素物理学派Naive physics system based 2模糊数学学派Fuzzy mathematics based 3归纳推理学派Inductive reasoning based 1.2 蒙特卡洛模拟蒙特卡洛模拟 1概念概念 它的根本思想：为了求解数学、物理、工程技术以及消它的根本思想：为了求解数学、物理、工程技术以及消费管理等方面的问题，首先建立一个概率模型或随机过程，费管理等方面的问题，首先建立一个概率模型或随机过程，使它的参数等于问题的解；然后经过对模型或过程的察看使它的参数等于问题的

11、解；然后经过对模型或过程的察看或抽样实验来计算所求随机参数的统计特征；最后给出所或抽样实验来计算所求随机参数的统计特征；最后给出所求解的近似值，解的准确度可用估计值的规范误差来表示。求解的近似值，解的准确度可用估计值的规范误差来表示。 举例：外形不规那么图形面积的计算、民意检验。举例：外形不规那么图形面积的计算、民意检验。 思索平面上的一个边长为1的正方形及其内部的一个外形不规那么的图形，如何求出这个图形的面积呢?蒙特卡罗方法是这样一种随机化的方法：向该正方形随机地投掷N个点，假设M个点落于图形内，那么该图形的面积近似为M/N。 ？2步骤步骤 1对问题建立简单而又便于实现的概率统计模型，使要求

12、的解对问题建立简单而又便于实现的概率统计模型，使要求的解恰好是所建模型的概率分布或数学期望；恰好是所建模型的概率分布或数学期望； 2根据概率统计模型的特点和实践计算的需求，改良模型，以根据概率统计模型的特点和实践计算的需求，改良模型，以便减小模拟结果的方差，降低费用，提高效率；便减小模拟结果的方差，降低费用，提高效率； 3建立随机变量的抽样方法，其中包括产生伪随机数及各种分建立随机变量的抽样方法，其中包括产生伪随机数及各种分布随机变量抽样序列的方法；布随机变量抽样序列的方法； 4给出问题解的统计估计值及其方差或规范差。给出问题解的统计估计值及其方差或规范差。 3举例举例 复杂函数求解复杂函数求

13、解 假设需求求解以下积分：假设需求求解以下积分： badxxgI)(IabdxxgabdxxfxgabbabaX)()()()()()( 其中g(x)是一个无法经过解析方法求解的实函数。 定义一个随机变量： Y(b-a)g(X) 其中X是一个延续的随机变量，在区间a,b上服从均匀分布，即XUa,b。这样，变量Y的期望值为： E(Y) = E(b-a)g(X) = (b-a)Eg(X)其中，fX(x)是X的概率密度函数。这样，处理该积分的问题简化成为估计随机变量Y的期望值E(Y)的问题。尤其是可以经过样本均值来估计E(Y)=I：nXgabnYnYYEniinii11)()()()(其中，n是样本

14、容量，X1,Xn为一组服从U(a,b)的独立的、一样分布的随机变量。 蒙特卡罗方法的弱点： 是收敛速度慢，误差大。除此之外，对于大系统，蒙特卡罗法通常不适用，但其他数值方法往往很顺应，能算出较好的结果。因此，已有人将数值方法与蒙特卡罗方法结合起来运用。 科学计算中的问题比这要复杂得多。比如金融衍消费品期权、期货、掉期等的定价及买卖风险估算。 蒙特卡罗方法的优点： 能很好地用来对付维数的灾难，由于该方法的计算复杂性不再依赖于维数。并且，为提高方法的效率，科学家们提出了许多所谓的“方差缩减技巧。 ？ 4举例举例 圆周率圆周率的求解的求解 Buffon实验：向一个画有平行线的桌子投掷针。L：针的长度

15、，d: 平行线之间的间隔，d L，那么针与平行线相交的概率：p = 2L/ (d)。方法如下： 找一根铁丝，弯成圆圈，使其直径正好等于d。 假设圆圈扔下的次数为n，那么与平行线相交的交点总数必为2n。 假设把圆圈拉直，变为一条直线，其长度为d。 假设将该直线扔下的次数足够大，且次数为n，那么，该直线与平行线相交的交点总数可望为2n。即：长度为d的直线，仍下n次，与平行线相交的交点总数为2n。 相交点总数m与直线长度L成正比，即m = kL，为求出k, k = m/L 当L = d时，m = 2n 所以，k = 2n/L = 2n/d 带入前面，那么：m=2nL/d 所以：p = 2L/ (d)

16、 1.3 系统模拟系统模拟 特点：讲究时间概念、建立符号模型、按照一定的决策特点：讲究时间概念、建立符号模型、按照一定的决策原那么或作业规那么、形状变换。原那么或作业规那么、形状变换。 1分类分类 1按照时间变化的分类按照时间变化的分类 离散模拟、延续模拟、离散离散模拟、延续模拟、离散-延续混合模拟延续混合模拟 2按照技术特征的分类按照技术特征的分类 从下到上的方法、从上到下的方法从下到上的方法、从上到下的方法 a. 从下到上的方法即微观模拟方法从下到上的方法即微观模拟方法 离散模拟、离散模拟、Agent模拟方法模拟方法 b. 从上到下的方法从上到下的方法 系统动力学模拟方法经过对系统总体上的

17、把握，来系统动力学模拟方法经过对系统总体上的把握，来建立描画系统整体的数学模型，经过整体数学模型的运算，建立描画系统整体的数学模型，经过整体数学模型的运算，来分析系统动态行为的变化规律。来分析系统动态行为的变化规律。 2输入/输出构造 3 系统模拟的普通步骤 1.4 系统模拟的实例：一个手工模拟系统模拟的实例：一个手工模拟 假设需求被分析的系统是一个单效力员储蓄所系统(图1. 8)。图1. 8 一个单效力员排队系统顾客编号到达时间（分）服务时间（分）123456789103.210.913.214.817.719.821.526.332.136.63.83.54.23.12.44.32.72.12.53.4顾客的到达时间和效力时间顾客编号到达时间开始服务时间离开时间排队时间系统内停留时间123456789103.210.913.214.817.719.821.52