登录| 注册    
收藏  点赞 

系统动力学

运用信息反馈原理模拟复杂系统动态行为的技术。由美国麻省理工学院(M.I.T)的福雷斯特(J.W.Forrester)于1956年提出。初期它主要应用于工业企业管理系统,以后几乎应用到各类系统。在中国,已应用于农业发展战略研究与农业管理决策等方面。在国际范围内,系统动力学有了较快的发展,召开过十余次国际性学术会议,其中1987年的会议是在中国上海召开的。

运用信息反馈原理模拟复杂系统动态行为的技术。由美国麻省理工学院(M.I.T)的福雷斯特(J.W.Forrester)于1956年提出。初期它主要应用于工业企业管理系统,以后几乎应用到各类系统。在中国,已应用于农业发展战略研究与农业管理决策等方面。在国际范围内,系统动力学有了较快的发展,召开过十余次国际性学术会议,其中1987年的会议是在中国上海召开的。

基本原理

信息反馈是系统的基本结构,是实现协调机制的基础。①一切系统动态行为的性质主要取决于系统的内部结构;②系统内部结构的涵义包括两个方面:一是系统组成部分的相互联系,二是系统内部的反馈回路;③在系统内部诸反馈回路中存在一些主要回路,正是这些主要回路及其相互作用决定了系统的动态行为;④在系统运动的全过程中,内部起主要作用的回路并非固定不变,可能由于系统内部广义力的作用与非线性性质而更迭;⑤系统内部的结构和参数般是随时间而变化的。

应用上述原理建立系统动力学模型的主要步骤:建立因果关系图、设计系统的流程图和编制用DYNAMO语言书写的计算机程序。

因果关系图

定性描述系统内部结构及其与外界因素之间关联。其中,相互关联的自变量和因变量由有向线连接,正号表示因变量随自变量的增长而增长;负号表示因变量随自变量的增长而减少。如图1所示,增加率或减少率是影响耕地面积变化的变率因素,耕地面积乘以增加率(或减少率)等于年增加(或减少)的面积。所以耕地面积对年增加面积(或年减少面积)为正关联,而年减少面积对耕地面积为负关联。

图1 耕地面积因果关系图

流程图

用一套专用符号来描述系统内部和系统与环境间物质、能量、信息流动的图。它的特点是直观、易理解和便于检查。流程图中最基本的元素是流位(Level)、流率(Rate)、物流、信息流、源或汇(见表)。在图1基础上建立的流程图如图2所示。

DYNAMO语言

系统动力学的专用模拟语言。其特点是:①有特殊的时间标记,用时间后缀符J、K、L分别表示过去、现在和未来时刻,用DT表示时间间隔;②带有标识语句名称的方程式,用L表示流位方程,R表示流率方程、N表示初值方程、A表示辅助方程,C表示常数方程等;③带有处理非线性关系和时间延迟等的专用函数;④具有很强的列表和绘图输出功能等。图2中耕地面积变化用DYNAMO语言编写的部分程序如下:

流程图图例表

图2 耕地面积流程图

L P.K=P.J+(DT)(R1.JK-R2.JK)

N P=100000

R R1.KL=(P.K)(C1)

C C1=0.02

R R2.KL=(P.K)(C2)

C C2=0.002

程序中的P.K为当年耕地面积数;P.J为前一年耕地面积数;DT为计算时间间隔,此处为1年;R1.JK为前一年度耕地面积增加速度;R2.JK为前一年度耕地面积减少速度;P为初始耕地面积数;C1和C2各为耕地面积的年增加率和年减少率,R1、KL和R2、KL分别为下一年度耕地面积增加速度和减少速度。