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第一部分 基础2

第1章 系统建模概念介绍2

1.1 系统规范的形式体系2

1.1.1 与面向对象的关系4

1.1.2 系统形式体系的演化4

1.1.3 连续与离散形式体系的合并5

1.1.4 量化系统6

1.1.5 DEVS的扩展7

1.2 系统知识的层次8

1.3 系统规范的层次结构介绍10

1.4 非形式化表示的规范层次11

1.4.1 观测构架11

1.4.2 I/O行为与I/O功能12

1.4.3 状态转移系统规范13

1.4.4 耦合组件系统规范14

1.5 系统规范态射：基本概念14

1.6 总结17

1.7 参考文献17

第2章 建模与仿真框架19

2.1 框架中的实体20

2.1.1 源系统20

2.1.2 试验构架20

2.1.3 模型22

2.1.4 仿真器22

2.2 实体间的主要关系23

2.2.1 建模关系：有效性23

2.2.2 仿真关系：仿真器的正确性24

2.3 其他重要关系24

2.3.1 作为有效简化的建模24

2.3.2 试验构架：模型关系25

2.4 时间26

2.5 总结27

2.6 参考文献27

第3章 建模形式体系及其仿真器28

3.1 绪论28

3.2 离散时间模型及其仿真器28

3.2.1 离散时间仿真30

3.2.2 元胞自动机31

3.2.3 元胞自动机仿真算法33

3.2.4 元胞自动机仿真的离散事件方法34

3.2.5 开关自动机/串行机35

3.2.6 线性离散时间网络及其状态行为36

3.3 微分方程模型及其仿真器38

3.3.1 连续系统仿真39

3.3.2 连续系统中的反馈42

3.3.3 基本线性系统43

3.3.4 非线性振荡器：有限周期和混沌行为47

3.3.5 连续系统仿真语言与系统49

3.4 离散事件模型及其仿真器51

3.4.1 概述51

3.4.2 离散事件元胞自动机51

3.4.3 离散事件世界视图54

3.5 总结56

3.6 参考文献57

第4章 离散事件系统规范介绍59

4.1 简介59

4.2 经典DEVS系统规范59

4.2.1 DEVS实例61

4.2.2 带端口的经典DEVS67

4.2.3 经典DEVS耦合模型68

4.3 并行DEVS系统规范71

4.3.1 带缓冲器的处理器72

4.3.2 并行DEVS耦合模型73

4.4 层次化模型74

4.5 DEVS的面向对象实现：入门75

4.6 总结77

4.7 参考文献77

第5章 系统规范的层次结构79

5.1 时基79

5.2 段和轨道80

5.2.1 分段连续段82

5.2.2 分段定常段82

5.2.3 事件段83

5.2.4 序列84

5.3 I/O观测构架84

5.4 I/O关系观测85

5.5 I/O功能观测86

5.6 I/O系统87

5.6.1 从系统结构到行为88

5.6.2 定常系统90

5.6.3 特殊情况：无输入和无记忆系统92

5.7 迭代式系统规范93

5.7.1 产生器段94

5.7.2 产生器状态转移系统96

5.8 多变量集合和结构化系统99

5.9 多组件系统规范100

5.10 系统规范网络（耦合系统）102

5.10.1 耦合系统规范102

5.10.2 结构化系统层的耦合系统规范103

5.11 总结105

5.12 参考文献106

第二部分 建模形式体系与仿真算法110

第6章 基本形式体系：DEVS、DTSS、DESS110

6.1 基本系统规范形式体系110

6.2 离散事件系统规范（DEVS）111

6.2.1 经典DEVS111

6.2.2 DEVS说明的结构112

6.2.3 合理性：何时由DEVS说明的结构是一个真正的系统114

6.3 并行DEVS115

6.4 离散时间系统规范（DTSS）116

6.5 微分方程系统规范（DESS）117

6.6 小结119

第7章 基本形式体系：耦合多组件系统120

7.1 离散事件说明的网络形式体系120

7.1.1 经典DEVS耦合模型121

7.1.2 并行DEVS的耦合模型123

7.2 多组件离散事件系统形式体系126

7.2.1 事件调度模型128

7.2.2 事件调度和活动扫描的组合仿真策略129

7.2.3 进程交互模型130

7.2.4 将非模块化多组件DEVS模型转化为模块化模型131

7.2.5 在分布式仿真中的状态更新132

7.3 离散时间说明的网络形式体系132

7.4 多组件离散时间系统形式体系135

7.5 微分方程描述的网络形式体系136

7.6 多组件微分方程描述的系统形式体系137

7.7 总结139

7.8 参考文献140

附录141

第8章 基本形式体系仿真器143

8.1 DEVS仿真器144

8.1.1 基本DEVS仿真器145

8.1.2 模块化DEVS网络仿真器147

8.1.3 根协调器151

8.2 DEVS总线152

8.2.1 事件调度多组件DEVS仿真器152

8.2.2 活动扫描和进程交互多组件DEVS仿真器154

8.3 DTSS仿真器156

8.3.1 原子DTSS仿真器157

8.3.2 瞬时函数仿真器159

8.3.3 非模块化多组件DTSS仿真器159

8.3.4 耦合DTSS仿真器160

8.3.5 根协调器163

8.4 DESS仿真器163

8.4.1 DESS因果仿真器164

8.4.2 DESS非因果仿真器165

8.5 总结167

8.6 参考文献167

第9章 多形式体系建模与仿真168

9.1 特殊形式体系简介168

9.1.1 DESS的次形式体系：系统动力学和Bond图168

9.1.2 DEVS的次形式体系：Petri网和状态图169

9.2 多形式体系建模170

9.3 DEV＆DESS：组合离散事件和微分方程说明的系统171

9.3.1 一个简单例子：装桶机的DEV＆DESS模型173

9.3.2 由一个DEV＆DESS说明的系统176

9.4 基于DEV＆DESS的多元建模176

9.5 耦合DEV＆DESS：多形式体系模型的网络179

9.5.1 基本形式体系包含于DEV＆DESS之中179

9.5.2 耦合的DEV＆DESS形式体系181

9.6 DEV＆DESS仿真器183

9.6.1 DEV＆DESS的仿真器和协调器184

9.6.2 集成不同建模形式体系187

9.7 参考文献189

附录A DEV＆DESS说明的系统191

附录B 多形式体系说明的系统——DEV＆DESS网络的耦合封闭性193

第10章 基于离散事件系统规范（DEVS）的扩展形式体系195

10.1 随机系统：处理不确定性的传统方法196

10.2 DSDEVS（动态结构DEVS）197

10.2.1 DSDEVS的耦合封闭性199

10.2.2 实例：自适应的处理结构199

10.3 符号DEVS202

10.3.1 符号DEVS的耦合模型202

10.3.2 实例：基本结构的性能评价203

10.4 模糊DEVS207

10.4.1 基本的模糊DEVS形式体系208

10.4.2 在DEVS中嵌入模糊DEVS211

10.4.3 实例：锅炉系统的模糊DEVS模型211

10.5 实时DEVS（RT-DEVS）212

10.5.1 实时DEVS模型的形式化规范213

10.5.2 RT-DEVS模型的运行213

10.5.3 RT-DEVS的实例：电梯控制214

10.5.4 实时仿真和RT-DEVS217

10.6 总结218

10.7 参考文献218

第11章 并行和分布式离散事件仿真220

11.1 并行离散事件仿真的问题特征221

11.2 保守并行离散事件仿真222

11.3 乐观并行离散事件仿真230

11.3.1 时间弯曲DEVS仿真器232

11.3.2 无风险的乐观DEVS仿真器237

11.4 并行DEVS仿真器240

11.5 总结243

11.6 参考文献244

第三部分 系统态射：抽象，表示，逼近250

第12章 系统多态的层次250

12.1 I/O构架的映射251

12.2 I/O关系观测的态射252

12.3 I/O功能态射253

12.4 I/O系统态射255

12.4.1 I/O系统态射推导IOFO和IORO映射257

12.4.2 划分格和系统的简化版本258

12.5 迭代说明的系统的系统态射261

12.5.1 迭代规范态射包含I/O系统态射262

12.5.2 迭代说明的系统态射的特殊化262

12.6 结构化系统的态射264

12.7 多组件系统态射266

12.8 系统网络态射269

12.9 同态和级联复合272

12.10 可实现的I/O关系和功能的描述274

12.11 总结277

12.12 参考文献277

第13章 抽象：构建模型族279

13.1 范围/分辨率/交互乘积279

13.1.1 复杂度280

13.1.2 数目/分辨率的权衡：简化方法281

13.1.3 目标和试验构架如何决定抽象可能性283

13.2 模型的集成族284

13.2.1 集成模型族示例：太空旅行284

13.2.2 太空旅行基础模型284

13.3 聚合：齐性/耦合无差别原则287

13.3.1 匿名施加的耦合条件289

13.3.2 构建基于身份清除聚合的集总模型291

13.3.3 全对一耦合294

13.3.4 聚合模型构建实例：太空旅游295

13.3.5 通过状态和块加细构建聚合297

13.3.6 时间比例尺关系298

13.3.7 身份清除聚合的通用性/适用性298

13.4 基于事件控制的抽象299

13.4.1 基于边界的DEVS300

13.4.2 DEVS抽象：太空旅行例子301

13.5 参数态射303

13.5.1 线性系统的参数态射304

13.5.2 可集总例子：线性DTSS和参数态射304

13.5.3 对参数和状态空间的约束：解聚305

13.5.4 集成模型族中参数态射的运用306

13.6 总结307

13.7 参考文献307

第14章 校核、验证、近似态射：与误差共存310

14.1 校核310

14.2 行为层次的验证311

14.2.1 定量比较313

14.2.2 定性比较314

14.3 性能/有效性权衡（如速度/准确度）314

14.4 近似态射与误差行为317

14.4.1 近似态射与规范层次结构317

14.4.2 近似同态与误差传播318

14.4.3 实例：近似线性系统同态321

14.5 耦合系统层的近似态射323

14.6 结构层次的验证325

14.6.1 校准、参数辨识、灵敏度326

14.6.2 局部/全局、跨模型验证326

14.7 参考文献327

第15章 DEVS和类DEVS系统：普遍性和唯一性328

15.1 经典DEVS与并行DEVS之间的关系：有一种还是两种DEVS329

15.2 DEVS的普遍性和唯一性330

15.2.1 具有DEVS接口的系统330

15.2.2 类DEVS系统的行为331

15.2.3 DEVS的普遍性332

15.2.4 例子：类DEVS系统的实现333

15.2.5 DEVS的唯一性334

15.3 DTSS的DEVS表示335

15.3.1 无输入Moore335

15.3.2 多端口FNSS336

15.3.3 有输入的Moore DTSS337

15.3.4 Mealy DTSS337

15.3.5 DTSS耦合模型的DEVS强仿真337

15.4 DTSS网络的高效DEVS模拟339

15.5 总结340

15.6 参考文献340

附录用DEVS同态地表示类DEVS系统342

第16章 DEVS对系统的表示345

16.1 DEVS总线回访345

16.2 使用传统方法的DEVS表示347

16.2.1 DESS积分器的DTSS仿真349

16.2.2 采用DTSS方法的耦合系统仿真350

16.2.3 具有任意小误差的耦合DESS离散化仿真351

16.2.4 通过DTSS仿真的DESS的DEVS表示352

16.3 量化：另一种表示DEVS的方法353

16.3.1 量化系统354

16.3.2 精确可量化的系统354

16.3.3 量化积分器：DESS近似356

16.3.4 具有量化组件的耦合系统357

16.3.5 具有任意小误差的耦合系统的量化仿真359

16.3.6 具有任意小误差的耦合DESS量化仿真360

16.3.7 量化系统的DEVS表示361

16.3.8 量化积分器的DEVS表示362

16.3.9 耦合量化系统的DEVS仿真363

16.3.10 基于量化的DESS的DEVS仿真363

16.4 量化的模拟研究364

16.4.1 一些指示性的仿真结果365

16.4.2 量化DEVS与采用DESS的纯DTSS的比较367

16.4.3 由二阶线性振荡器得到的领悟369

16.5 进一步研究的猜想370

16.6 总结371

16.7 参考文献372

16.8 问题373

附录A 闭环DTSS仿真375

附录B 一致可分段输入集合377

附录C 采用DEVS方法的精确仿真379

附录D 闭环量化模拟380

第四部分 系统设计、建模与仿真环境384

第17章 基于DEVS的设计方法384

17.1 方法概述384

17.2 DEVS定义语言386

17.2.1 原子DEVS定义387

17.2.2 耦合DEVS定义389

17.2.3 实例：产生器-缓冲器-处理器模型390

17.3 DEVS定义的执行393

17.4 逻辑分析：模型校核394

17.4.1 使用时序逻辑的断言规范395

17.4.2 TL规范语言399

17.5 使用语言验收检查的模型校核400

17.6 性能评估402

17.7 实现：DEVS模型执行402

17.8 总结403

17.9 参考文献404

第18章 系统实体结构/模型库框架405

18.1 基于系统实体结构的模型库管理406

18.2 系统实体结构407

18.3 系统实体结构/模型库（SES/MB）框架409

18.4 实例：一个事务处理系统的设计410

18.4.1 系统实体结构410

18.4.2 模型库411

18.4.3 剪枝和模型综合412

18.4.4 性能评价413

18.5 SES的自动剪枝413

18.6 总结414

18.7 参考文献415

第19章 协作及未来416

19.1 建模与仿真体系结构416

19.2 协作是如何支持建模与仿真的418

19.2.1 模型构建418

19.2.2 模型复合418

19.2.3 通过协作环境支持建模与仿真419

19.3 总结419

19.4 参考文献420