[科普中国]-系统仿真

系统仿真（system simulation）就是根据系统分析的目的，在分析系统各要素性质及其相互关系的基础上，建立能描述系统结构或行为过程的、且具有一定逻辑关系或数量关系的仿真模型，据此进行试验或定量分析，以获得正确决策所需的各种信息。1

仿真概念仿真或译作模拟（英语：Simulation），泛指基于实验或训练为目的，将原本的真实或抽象的系统、事务或流程，建立一个模型以表征其关键特性（key characteristics）或者行为、功能，予以系统化与公式化，以便进行可对关键特征做出模拟。模型表示系统自身，而仿真表示系统的时序行为。

计算机试验常被用来研究仿真模型（simulation model）。仿真也被用于对自然系统或人造系统的科学建模以获取深入理解。仿真可以用来展示可选条件或动作过程的最终结果。仿真也可用在真实系统不能做到的情景，这是由于不可访问（accessible）、太过于危险、不可接受的后果、或者设计了但还未实现、或者压根没有被实现等。仿真的主要论题是获取相关选定的关键特性与行为的有效信息源，仿真时使用简化的近似或者假定，仿真结果的保真度（fidelity）与有效性。模型验证（verification）与有效性（validation）的过程、协议是学术学习、改进、研究、开发仿真技术的热点，特别是对计算机仿真。

仿真保真度（Simulation Fidelity）用于描述仿真精度，模拟真实对应物有多近似：

低保真：对系统的最小模拟，接受输入产生输出

中等保真：对刺激能自动响应，有限精度

高保真：接近不可辨识或者尽可能地接近真实系统

在中国，自动控制领域把simulation翻译为仿真，emulation翻译为模拟。例如：核电站仿真、电厂仿真等等。而2002年全国科学技术名词审定委员会公布出版的《计算机科学技术名词》（第二版）把simulation翻译为模拟，emulation翻译为仿真。这造成了极大的混淆。2

技术介绍（1）它是一种对系统问题求数值解的计算技术。尤其当系统无法通过建立数学模型求解时，仿真技术能有效地来处理。

（2）仿真是一种人为的试验手段。它和现实系统实验的差别在于，仿真实验不是依据实际环境，而是作为实际系统映象的系统模型以及相应的“人造”环境下进行的。这是仿真的主要功能。

（3）仿真可以比较真实地描述系统的运行、演变及其发展过程。

（4）中国学者认为：系统仿真就是在计算机上或（/和）实体上建立系统的有效模型（数字的、物理效应的或数字物理效应混合的模型），并在模型上进行系统试验。2

作用（1）仿真的过程也是实验的过程，而且还是系统地收集和积累信息的过程。尤其是对一些复杂的随机问题，应用仿真技术是提供所需信息的唯一令人满意的方法。

（2）对一些难以建立物理模型和数学模型的对象系统，可通过仿真模型来顺利地解决预测、分析和评价等系统问题。

（3）通过系统仿真，可以把一个复杂系统降阶成若干子系统以便于分析。

（4）通过系统仿真，能启发新的思想或产生新的策略，还能暴露出原系统中隐藏着的一些问题，以便及时解决。1

方法系统仿真的基本方法是建立系统的结构模型和量化分析模型，并将其转换为适合在计算机上编程的仿真模型，然后对模型进行仿真实验。

由于连续系统和离散（事件）系统的数学模型有很大差别，所以系统仿真方法基本上分为两大类，即连续系统仿真方法和离散系统仿真方法。

在以上两类基本方法的基础上，还有一些用于系统（特别是社会经济和管理系统）仿真的特殊而有效的方法，如系统动力学方法、蒙特卡洛法等。

系统动力学方法通过建立系统动力学模型（流图等）、利用DYNAMO仿真语言在计算机上实现对真实系统的仿真实验，从而研究系统结构、功能和行为之间的动态关系。2

本词条内容贡献者为:

李宗秀 - 副教授 - 黑龙江财经学院