系统仿真原理及应用(4)

2019-09-01 17:18

小与可能值范围的比值成正比。 ② 独立性(independence):在某个区间内一个观测值发生的概率与先前已有的观测值结果无关。

仿真程序中常根据确定的递推公式近似地生成随机数。这些随机数并不能严格地满足“均匀性”和“独立性”准则,不是真正的随机数,又能在某种程度上表现出随机性,常称之为伪随机数(pseudo random number)。 随机数发生器的评价指标: (1)随机性(randomness)(2)长周期(long period)(3)可再现性(reproducibility) (4)高计算效率(high computational efficiency)

随机数发生器的设计

(1)中值平方法 (2)混合同余法(3)线性同余法(4)乘同余法(5)组合法

二、随机数发生器的设计 ① 混合同余法 Zi?(aZi?1?c)(modm)式中,m为模数(modulus) a为乘数(multiplier) c为增量(increment) 其中,Z0为种子数,由上式产生一系列数Z1, Z2,…, Zi;

令Ui=Zi /m得到区间[0,1]上的随机数Ui(i=1,2,…) 混合同余法举例(m=24, a=13,c=17,Z0=5)

线性同余法的代码实现:

线性同余法的缺点:

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Ui并不是真正意义上的均匀分布随机数;当模数m较小时,Ui只能取到有限个数值。为取得近似均匀分布的数值,m通常取得很大(如m≥109);由于Ui只能取到有限个数值,随机数发生器会出现周期性。 ② 线性同余法(当a=1时) ③ 乘同余法(当c=0时) ④ 取小数法

取小数法又可分为平方取小数法和开方取小数法。 平方取小数法:将前一次随机数平方后的数,取其小数点后第一个非零数字后面的尾数作为下一个所求的随机数。 开方取小数法:将前一次随机数开方后的数,取其小数点后第一个非零数字后面的尾数为下一所求随机数。

4.2 随机数发生器的检验

① 参数检验:检验该随机分布的参数估计值与[0,1]均匀分布的参值(或称理论值)的差异是否显著。

② 均匀性检验(频率检验):检查随机数序列u1,u2,…,un的实际频率与理论频率的差异是否显著。

③ 独立性检验:检查随机数序列u1,u2,…,un前后各项的统计相关是否显著。

4.3 随机变量的实现原理

? 如前所述,产生[0,1]区间上均匀分布的随机数是生成其它类型随机变量的基础。 随机变量生成算法应具备的特点: ① 精确性(exactness):满足一定的精确度要求 ② 效率(efficient): 占用内存小,执行时间短 ③ 鲁棒性(robustness):健壮,适应 随机变量的生成算法: ① 逆变法

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逆变法生成连续随机变量原理图

例1:求服从指数分布的随机数

设 ?为[0,1]均匀分布随机变量,则所求的变量为:

因为?为[0,1]均匀分布随机变量,1-?也是[0,1]均匀分布随机变量,上式可简化为:

例2:求服从如下分布密度函数f(x)的随机变量x

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其分布函数为:

其反函数F-1(x)为:

随机数发生器产生[0,1]均匀分布随机数?,则:

② 组合法 ③ 卷积法 ④ 取舍法

F(x)??pjFj(x)j?1?Y?X1?X2?L?Xm4.4 随机变量的生成

常用分布类型随机变量的实现:

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第5章 排队系统的建模与仿真

5.1 排队论的基本概念

1918年,Erlang提出排队论,并将它用于电话系统,其实质就是研究服务台与顾客之间的效率问题,希望服务台效率高,而顾客的等待时间又不太长。排队论又称为随机服务理论。在物流系统中,同样也会遇到排队问题。如,货运中心的车辆、集装箱专用码头船舶及卡车的排队问题等。

5.1.1 排队系统的组成

一般的排队系统都有三个基本组成部分:

? 到达模式——动态实体到达系统的统计特性;

? 服务机构——同一时刻有多少服务设备可以接纳动态实体,其服务需要花费多少时

间;

? 排队规则——对下一个动态实体服务的选择原则。 动态实体 排队 服务机构

5.1.2 到达模式

? ? ? ?

平均到达间隔时间

1n?平均到达速度——单位时间内到达的动态实体数量 ??T0T到达间隔时间的分布函数 A0(t)到达时间变化系数——到达间隔时间的标准差 与平均到达间隔时间的比值 ??S0/T0当 接近于1时,可用指数分布拟合观测数据; 当 远小于1时,用爱尔郎分布来拟合数据。

平均服务时间

1ns?平均服务速度——单位时间内服务的动态实体数量 ??TsT服务时间的分布函数 As(t)服务时间变化系数——服务时间的标准差 S s 与平均服务时间的比值。 ?s?Ss/Ts多服务台排队方式

并列排队系统 ; 单队-多服务台排队系统; 串列排队系统; 组合式排队系统。

T0?T( )n( n )5.1.3 服务机构

?

? ? ? ?

Ts?T( )ns( n )5.1.4 排队规则

系统处于“忙”时,动态实体进入队列有三种处理方法:

? 损失制——若所有服务台“忙”,则随即离开; ? 等待制,服务次序可用下列规则: ? 先到先服务FIFO ;

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