数学建模系统仿真—— 模型的校核、验证与认可 PPT——已校正

(2)通过对推理过程是否符合思维规律、规则，即推理的 形式是否正确的研究来检验模型的可信性。
二、一致性较证
模型验证含义中的第二点是考察在归纳中的可信性，往 往主要地是通过考察在相同输人 条件下，仿真模型输出结果与实际系统输出结果是否一致 以及一致性的程度如何来做出判断，发展了以下一些主观 或客观、定性或定量到断方法。
建模与仿真的VVA, VVT(Verification, Validation and Testing)及V V V ( Verif icativn,Validation andVisualization) 分析系统模型.型PI信性和提高仿真结果置信度的重要方法。 作为建模与仿真全生命周期的一个重要组成部分，VVA等 贯穿于建模与仿真的全过程，从局部子系统到整个系统按
3系统分解法(子系统分析法)
把复杂的大系统分解成若干个小子系统，对每个子模型进行分析、 验证.然后根据子系统组成大系统的方式(串联、并联等)考察整个系统 的模型有效性。，
4灵敏度分析法
通过考察模型中一组灵敏度系数的变化给模型输出造成的影响情 况来分析判断模型的有效性。
5参数佬计法
对于系统的某些性能指标参数(如武器系统的杀伤概率、命中精度 等)，考察其仿真输出置信域是否与相应的参考〔期'})输出置信域重 合或者落人期望的置信域内。
6.假设检验法
利用假设检验理论来判断仿真结果和参考结果是否在
统计愈义下一致以及一致性的程度如何。有不少作者采 用这一方法对仿真模型进行验证和对仿真精度进行评估。
7.时问序列与频谱分析
把仿真模型输出与相应的参考输出看作时间序列，对 它们进行某些处理后用时间序列理 论和频谱分析方法考察二者在频域内的统计一致性。
1.专家经验评估法
请有经验的领域专家、行业工程师和项目主管对仿真模型输出和 实际系统输出进行比较
判断，如果他们认为两类输出相差无几或者根本就区分不开，那么， 就认为仿真模型已达到足够的精度是可以接受的。
2.动态关联分析法
根据先验知识，提出某一关联性能指标，利用该性能指标对仿真输
出与实际系统输出进行定性分析、比较，据此给出二者一致性的定性 结论。
是指针对某一具体研究目的而对问题实体所做出的数学的、逻辑
的或自然语言的表述。这些表述最终应该能用仿真设备或程序来实 现。
3计算模型(Computerized Model)
是指概念模型在仿真设备上的实现。 由图8.1可知，概念模型是在间题分析和建模阶段建立起来的;计 算模型是在概念模型的基础上通过程序设计和实现阶段建立起来的: 关于问题实体(研究对象)的一些结论，则是在仿真实验过程中通过 运行计算模型而获得的。
8.2.2模型验证的一般方法
前面已经对模型验证概念进行解释，它有两方面的含义: 一是检查概念模型是否充分而准确地描述了实际系统，二 是考察模型输出是否充分接近实际系统的行为过程。
一、可信性验证
上述第一点实际上是考察演绎过程中的可信性，可以通 过以下两个途径进行分析;
(1)通过对前提(各种假设条件)是否真实的研究，来验证 模型本身是否可信;
对于连续系统仿真算法的选择，第三章做了较为详细的讨
论。对于离散事件系统，同样存在仿真算法的选择间题。此外， 还必须精心设计仿真程序.以确保正确无误地实现了算法的功 能，建议尽量采用经过恻试和实践检验的那些标准程序。
二、静.态检测
检查算法、公式推导是否合理，仿真模型流程图是否 合乎逻辑，程序实现是否正确。
8.综合万法
上述方法两种或两种以上的综合使用，以便从多个侧 面考察仿真模型有效性。
VVA存在于模型开发过程的各个阶段，图8.1给出模型开 发过程与VVA的关系。
一、有关概念的一些解释
1.问题实体(Problem Entity)
研究对象，可以是一个系统(真实的或假想的)。也可以是一种构 思，一种概念，一种情景，一项决策或政策，或者是其它等待研究 的事物或现象。
2.概念模型(Conceptual Model)
为了便于模型的动态校核，从一开始就应当严格按照 结沟化、模块化、规范化的风格编制程序。
三、动态调试
在模型运行过程中，通过考察关键因素或敏感因素的 变化情况检查计算模型的正确性。
四、多人复核
对某个人开发设计的仿真计算模型，可以请他人检查， 他们可以用一切办法甚至带有挑剔性地去寻找计算模型 中的潜在错误，这种方法比较客观，可以提高模型可信 性。
7.模型校林(Model Verification)
概括地讲，模型校核是一个过程，在这个过程中要检查和确定仿
真计算模型是否准确地表达了概念模型。换句话说，模型校核的目
的是确保二次模型化(对概念模型的翻译)过程是正确的。 8.模型验证(Model Validation)
模型验证是在建模目的意义下模型能否准确地代表实际系统，有 两个方面的含义:一是首先要检查概念模型〔数学模型，物理模型等) 是否正确地描述了实际系统;二是进一步考察仿真 模型输出是否充分 接近实际系统的行为。模型验证的目的并不是为了使模型与实际系 统完全一致，由于模型只是对实际系统的一种相似，所以让模型百 分之百地复现真实系统的行为是不可能的，也是不必要的。
五、参考挂准校核
检查模型计算结果是否同所研究的特定物理现象相符 合，对模型结果中出现的非正常现 象能否作出合情合理的物理解释。
六、标准实例测试法
对于比较简设计的仿真计算模型是正确可靠的。但是对于复杂的系统来说，在多数场合下， 并不敢轻易相信仿真计算模型是正确可靠的。因在多数场合下必须经过许多标 准实例的测试和验证，通过多方面的校核，经过反复修改、优化，最终才能获 得正确的仿真计算模型。用于测试的例子往往是那些典型的、标准解已知的系 统模型，将需要测试的仿真计算模型作适当的调整，使其成为标准解已知的典 型系统的仿真计算模型，井将仿真结果同标准解相比较。以此来考核被测试的 系统模型的正确性。
9.模型认可(Model Accreditation)
模型认可是指正式地认定‘’模型相对于特定的研究目的来说是 可以接受的”。模型认可同研究目的、仿真目标、认可标准、用户 要求、相关的输入数据的质量(有效性)等方面的因幸有关。
二、模型校核与验证的难点
以前，人们对模型验证工作较模型校核工作开展得相对多一 些。就模型验证来说，它是系统仿真研究中难度很大的间题， 其难点表现在以下几个方面:
4.棍念模型有效性(Conceptual Model Validity)
是指在形成概念模型的过程中所使用的理论和假设是否正确，对间 题实体的模型表达对于该模型的指定用途和具体口的是否合情合理， 能否充分体现建模的预期目的。
5.运行有效性（perational Validity)
是指在给定的系统工作域和模型应用域内。模型的行为相对于预期 的研究目的来说是否足够精确。
七、将软件可招性理论应用于模型校核
仿真计算模型是一类用于专门目的软件或计算机程序。因而除了在设计过 程中遵循软件 工程的思想方法和要求以外。对于已经设计出来的复杂系统仿真程序.也可以 利用软件可靠性的理论与方法对它进行诊断与查错。在70年代Mills和Basin。 利用超几何分布模型解决了软件系统错误数的评估闷题。可以把这一方法用于 仿真计算模型错误及错误数的诊断:首先随机地将一些已知错误播入待测试的 仿真计算模型中，然后运行并测试仿真程序.通过测得的固有错误数与播入错 误数，使用超几何分布模型来估算仿真计算模型的错误总数，然后再逐一排除。
第八章 模型的校核、验证与认可
前言 8.1系统模型的校核、验 证与认可的基本概念 8.2模型校核与验证的一 般性策略
8.3常用模型验证方法理 论分析
前言
通过前面几章的介绍，可以看出、应用仿真技术对系统进行 分析和研究的一个基础性和关键性的可题是将系统模型化。系 统模型化是系统仿真的核心间题，也就是说由建模目的出发， 根据相似原理。建立正确、可靠、有效的仿真模型是保证仿真 结果具有较高可信度的关键和前提。为此，系统仿真模型建立 与验证的理论和方法的研究一直受到国内外仿真界的高度重视。 系统建模与模型的校核、验证与认(Verification,Validation and Accreditation)简称VVA是提高仿真结果置信度的重要方法，是 仿真领域的一个重要的前沿课题。
在这一章首先介绍VVA的基本概念，然后叙述VVA的一般性 方法与策略，并结合具体系统的建模与仿真，有针对性地探索 VVA的一些有效方法。对于比较成熟的VVA技术，还编制了相应 的通用功能程序。
8.1 系统模型的校核、验证与认可的基本概念
仿真系统的精度和可信度是系统仿真试验过程中必 须十分重视的一个阔题，也是仿真用户最关心的一个 伺题。因为它直接影响甚至决定系统仿真结果的置信 度及其价值。模型是仿真系统的核心和基础，因此系 统模型是否准确地描述了被仿真对象，是仿真结果是 否可信的前提。或者说，仿真结果的置信度取决于系 统棋型的质量。这里，应对系统模型做最广义的理解， 它包括在相似理论基础上建立起来的各级各类模型。 比如数学模型。各种物理模型或物理效应模型，仿真 计算模型，数据集合等等。仿真置信度包括系统模型 可信度(也可以说仿真系统可信度)和模型运行过程的 可信度两个方面，是二者的综合。
1.模型验证工作是一个过程
模型是建模者根据建模目的按照相似原理对于实际系统的 科学抽象与简化描述。它反映
了建模者对实际系统山感性到理性认识的一个阶段，这种认识 是否正确与梢确，还得经过实践的检验。因此，模型验证工作， 实际上是由实践到理沦.再由理论到实践的过程。有时得经过 多次反复才能完成。
2.模型脸证工作具有模糊性
其次是模型运行的环境即外因，其中最基本的是给模型系统施加的愉入
作用。这种作用应与给实际系统施加的作用相似，只有这样，才能为分析 判断模型的有效性创造条件。
4.模型脸证过程中往往存在大贡的统计分析与计算
假设检验、统计判断、置信区间估计等都要涉及到复杂的计算。因此.模 型验证工作需要付出很高的代价。特别是对于复杂的大型仿真系统更是如 此，以致使得模型的全面验证实际上成为不可能。