系统动力学
系统动力学
源与汇
参数
6.2 系统动力学原理
（2）流图符号
实物流
①
流
信息流 R1 R1
②
速率变量 L1
③ ④
水准变量 辅助变量 (
。 )
A1
。
6.2 系统动力学原理
（3）流图绘制程序和方法
① 明确问题及其构成要素； ② 绘制要素间相互作用关系的因果关系 图。注意一定要形成回路； ③ 确定变量类型（ L 变量、 R 变量和 A 变 量）。将要素转化为变量，是建模的关键一步。 在此，应考虑以下几个具体原则：
常量方程 （C方程）
C
C1=数值
6.3 基本反馈回路的DYNAMO仿真分析
2、一阶正反馈回路
PR 人 口 数 P （+）
年人口 增 加
PR
P
。
+
C1（人口年自然增长率0.02） p PR 2 2.04 2.0808 ┆
。
L P•K=P•J+DT*PR•JK N P=100 R PR•KL=C1*R•K C C1=0.02 0 1 2 ┆
（3）SD将社会系统当作非线性(多重)信息反 馈系统来研究
6.2 系统动力学原理
3、工作程序
认识 问题 界定 系统
要素及其因 果关系分析
建立结 构模型
建立数 学模型
仿真 分析
比较与 评价
政策 分析
（流图）（DYNAMOY方程）
6.2 系统动力学原理
4、系统动力学模型
（1）常用要素
流 速率 水平变量
P 100 102 104.04 ┆
100 0
一阶正反馈（简单 人口问题）系统输 出特性曲线
3、一级负反馈回路
系统动力学模型
系统动力学模型什么是系统动力学系统动力学是一种研究系统行为的方法和工具，它主要关注系统结构形成的动力学过程。
它可用于预测系统变化的趋势和影响，以及设计改变系统行为的政策。
系统动力学是一种模拟性思维工具，用于解决涉及许多互相联系的因素的复杂问题，例如企业管理、城市规划、环境保护、流行病传播等。
系统动力学建立在一系列原理之上，包括动态、非线性、复杂性和反馈。
它将系统看作一个有机整体，受到内部和外部因素的相互作用和影响。
系统动力学的核心是建立一个结构模型，该模型基于特定系统的组成部分，系统变量和它们之间的动态关系。
系统动力学模型的基本组成部分一个典型的系统动力学模型包括以下四个主要部分：构建系统结构图系统结构图是系统动力学模型的核心。
它包括不同变量之间的关系，变量可以是数量、资料、质料、阈值或事件。
结构图可以通过新陈代谢循环、储备、增值、流动和调控来定义系统变量和它们的依赖关系。
确定变量因素每个系统变量都受多种因素的影响，并与其他变量相互影响。
变量因素可能是外部因素，如市场需求、公司预算、环境限制等，也可能是内部因素，如员工行为、财务报告、产品质量等。
定义动态性系统动力学模型是建立在动态性基础上的。
变量不断变化，相互作用和影响会产生系统行为和性能的变化。
动态模型可以从时间维度中展现出来，当然还要考虑到周期性和规律性。
分析政策通过模型的分析，会得出许多新见解，从而制定出需要采取的具体政策和措施。
可以评估不同政策的影响，从而制定最佳的决策方案。
系统动力学模型的使用系统动力学模型非常适合用于下列场景：多变量和相互影响如果一个问题涉及许多因素和相互的影响，系统动力学模型是一种非常有效的解决方案。
它允许解决复杂的问题，包括环境、制造、管理、公共政策等。
长期影响系统动力学模型还可以用于评估政策和措施的长期效果，以及它们及其组合可能产生的复杂后果。
它可以帮助预测趋势和影响，为政策制定提供依据。
数据不足当您对一个系统缺少足够的信息时，使用系统动力学模型可以预测未来的变化趋势，并识别最重要的变量和因素。
系统动力学
系统动力学
系统动力学是一门介绍类似或模拟复杂系统和过程的学科，它旨在描述和预测系统的运行行为，以及系统中不同因素之间的依存性和相互作用。
系统动力学注重细节并清楚地描述特定系统的结构和行为模式，同时也探讨复杂系统中可能出现的行为变化。
它被用来模拟特定系统或自然系统，如病毒传播、气象模式、太阳能系统和非线性动态系统。
系统动力学中的复杂性可以来自多种不同的因素，例如，行为或角色的多样性、激发力的不确定性、规则的合理性、影响的时变性、概念的层次性和不可量化性等。
它也常用于探索系统中间接或非线性连接，以及在不同行为模式和状态变化之间的演化关系。
系统动力学的重要性在于它能够帮助人们理解复杂系统的内在结构以及系统中的各种变量之间的复杂而密切的关系，这些关系不仅影响系统的总体行为，还可以为系统的设计和操作提供重要的指引。
因此，系统动力学的研究和应用可以帮助改善和优化系统行为，从而有助于提高系统的有效性和效率。
总之，系统动力学是一种用来研究复杂系统和过程的重要学科，探讨系统行为和中间接关系是其最显著的特点，可以用来识别和预测复杂系统的总体行为，并以此帮助改善系统的性能，它的应用具有极其广泛的前景。
系统动力学模型
如：
用
表示。
系统动力学的建模步骤
例1：建立“一阶库存管理系统”的系统动力学模型，并分析系统 的
动态趋势。
例2,: 建立“二阶库存管理系统”的系统动力学模型，并分析系统 的
动态趋势。
思考题
• 物流系统的系统动力学模型构建
• 决策变量（又称流率）（r）：
描述系统物质流动或信息流动积累效应变化快慢的变 量，其具有瞬时性的特征。
——反映单位时间内物质流动或信息流量的增加或 减少的量
——相对量、速度、微积分中的变化率等
决策变量符号表示：
注 意：
(3) 常数：描述系统中不随时间而变化的量，
用
表示。
如：
(4) 辅助变量：从信息源到决策变量之间，起到辅助表达信息反 馈决策作用的变量。
——流图能反映出物质ห้องสมุดไป่ตู้积累值和积累效应变化快慢的区别
2. 流图 :
流图确定反馈回路中变量状态发生变化的机制，明确表 示系统各元素间的数量关系，反映物质链与信息链的区 别，能够反映物质的积累值及积累效应变化快慢的区别。
(1). 物质链与信息链
物质链：系统中流动的实体，连接状态变量 是不使状态值变化的守恒流。
物质链符号表示：要素A→要素B
• 信息链：连接状态和变化率的信息通道，是与因果关系相连 的信息传输线路。
信息链符号表示：A O···→B
（2）状态变量与决策变量
• 状态变量（又称流位）（x）：
描述系统物质流动或信息流动积累效应的变量，表 征系统的某种属性，有积累或积分过程的量
—— 绝对量、位移、微积分中的积分量等
1. 因果关系图: 2. 因果链：
3. 反馈回路：
综合“因果关系图”：
(完整word版)系统动力学(自己总结)
系统动力学1.系统动力学的发展系统动力学（简称SD—system dynamics）的出现于1956年，创始人为美国麻省理工学院的福瑞斯特教授。
系统动力学是福瑞斯特教授于1958年为分析生产管理及库存管理等企业问题而提出的系统仿真方法，最初叫工业动态学。
是一门分析研究信息反馈系统的学科，也是一门认识系统问题和解决系统问题的交叉综合学科。
从系统方法论来说：系统动力学是结构的方法、功能的方法和历史的方法的统一。
它基于系统论，吸收了控制论、信息论的精髓，是一门综合自然科学和社会科学的横向学科。
系统动力学的发展过程大致可分为三个阶段：1）系统动力学的诞生—20世纪50-60年代由于SD这种方法早期研究对象是以企业为中心的工业系统，初名也就叫工业动力学。
这阶段主要是以福雷斯特教授在哈佛商业评论发表的《工业动力学》作为奠基之作，之后他又讲述了系统动力学的方法论和原理，系统产生动态行为的基本原理。
后来，以福雷斯特教授对城市的兴衰问题进行深入的研究，提出了城市模型。
2）系统动力学发展成熟—20世纪70-80这阶段主要的标准性成果是系统动力学世界模型与美国国家模型的研究成功。
这两个模型的研究成功地解决了困扰经济学界长波问题，因此吸引了世界范围内学者的关注，促进它在世界范围内的传播与发展,确立了在社会经济问题研究中的学科地位。
3）系统动力学广泛运用与传播—20世纪90年代-至今在这一阶段，SD在世界范围内得到广泛的传播,其应用范围更广泛,并且获得新的发展.系统动力学正加强与控制理论、系统科学、突变理论、耗散结构与分叉、结构稳定性分析、灵敏度分析、统计分析、参数估计、最优化技术应用、类属结构研究、专家系统等方面的联系。
许多学者纷纷采用系统动力学方法来研究各自的社会经济问题，涉及到经济、能源、交通、环境、生态、生物、医学、工业、城市等广泛的领域。
2．系统动力学的原理系统动力学是一门分析研究信息反馈系统的学科。
它是系统科学中的一个分支，是跨越自然科学和社会科学的横向学科。
系统动力学
1.系统动力学基本概念
因果关系图：
表示系统反馈结构的重要工具，因果图包 含多个变量，变量之间由标出因果关系的 箭头所连接。变量是由因果链所联系，因 果链由箭头所表示。
杯中水位 + 斟水速率 + + 决定添水 水位差 + 期望 水位
因果链极性：
每条因果链都具有极性，或者为正(+)或者 为负（-）。
反馈回路的极性：
反馈回路的极性取决于回路中各因果链符 号。回路极性也分为正反馈和负反馈，正 反馈回路的作用是使回路中变量的偏离增 强，负则趋于稳定。
1.系统动力学基本概念
系统动力学模型流图：是指由专用符号组成用以表示因果关
系环中各个变量之间相互关系的图示。专用符号主要如下
1.系统动力学基本概念
状态变量：代表事物(包括物质和非物质的)的积累。其数值大小是表
系统流图
公路货物运输系统流图，如图所示
公路货物运输系统用公路货运量 ( LGLHY) 总人口数 ( LZRK ) 和GDP 作 为每个子系统的状态变量，分别用公路货运量年增长量 ( DHY) 年净增 人口数 ( DRK ) GDP 年增长量 ( DGDP ) 作为速率变量，其他变量均为 辅助变量
Contents
系统动力学基本概念 系统动力学分析问题的步骤 系统动力学的应用
1 2
3
5
3.系统动力学的应用
系统动力学以一种结构性的视角，通过对各种系统关 系进行精确的定量分析研究解决问题。系统动力学的应用 几乎遍及各类系统，深入到各个领域，例如在区域货运系 统与经济互动关系研究、城市私家车拥有量发展问题、 航空系统客运量预测、 城市物流园区规划中的需求预测、 机动化发展政策对城市发展、城市交通系统的影响以及城 市公交价格组合策略研究等方面都有所应用。 下例是将系统动力学的方法应用于公路货物运输系统， 建立货物运输系统动力学模型，对未来运量预测，并以黑 龙江省公路货物运输相关统计数据对模型进行验证。
系统动力学课件
要点二
系统模型建立
根据流图，建立相应的数学模型，包括变量、参数、方程 等，描述系统的动态行为。
参数估计与模型检验
参数估计
根据历史数据和实际情况，估计模型中的参数值，使模 型更加接近实际系统。
模型检验
通过对比模拟结果和实际数据，验证模型的准确性和有 效性，对模型进行必要的调整和修正。
模型仿真与结果分析
VS
详细描述
iThink是一款具有创新性和灵活性的系统 动力学软件。它提供了丰富的建模工具和 功能，支持构建各种类型的系统模型，并 能够进行仿真和分析。iThink还具有开放 性和可扩展性，支持与其他软件进行集成 和定制开发，满足用户的特定需求。
06
系统动力学案例分析
企业战略管理案例
总结词
通过系统动力学方法分析企业战略管理问题 ，探究企业战略制定和实施过程中的动态变 化和反馈机制。
系统动力学课件
contents
目录
• 系统动力学概述 • 系统动力学的基本概念 • 系统动力学的应用领域 • 系统动力学建模方法与步骤 • 系统动力学软件介绍 • 系统动力学案例分析
01
系统动力学概述
系统动力学的定义
系统动力学：是一门研究系统动态行为的学科，它通过建 立数学模型来描述系统内部各要素之间的相互作用和反馈 机制，从而预测系统的未来状态和行为。
05
系统动力学软件介绍
STELLA
总结词
功能强大、广泛应用的系统动力学软件
详细描述
STELLA是一款功能强大的系统动力学软件，广泛应用于各个领域，如商业、教育、科研等。它提供了丰富的建 模工具和功能，支持构建复杂的系统模型，并能够进行仿真和分析。STELLA具有友好的用户界面和易于学习的 特点，使得用户能够快速上手并高效地构建和运行模型。
系统动力学
例： 人口子系统的因果关系图
根据实际意义，分析顶点间的关联关系，建立 因果关系。
三、系统动力学流图模型
因果关系图：刻划两个变量的关联关系，解 决了当一个变量增加时，与它成因果关系的变量 是增加还是减少的问题。 但如何建立两个变量的量的关系？
通过绘制流图和写动力学方程统的一种模型， 它有效地解决了这一个问题。
因果关系图
定义：在系统中，若t时刻要素变量vj(t) 随vi(t)而变化，则称vi(t)到vj(t)存在因果链 vi(t)→vj(t), t∈T。 例如：年出生人口v2(t)→人口v1(t)
因果链极性
定义：设存在因果链vi(t)→vj(t), t∈T。 ①若任t∈T， vi(t)任增量Δvi(t)＞0,存在对应 Δvj(t)＞0,则称在时间区间T内，vi(t)到vj(t)的因果 链为正，记为vi(t)→vj(t), t∈T。 ②若任t∈T， vi(t)任增量Δvi(t)＞0,存在对应 Δvj(t) ＜ 0,则称在时间区间T内，vi(t)到vj(t)的因 果链为负，记为vi(t)→vj(t), t∈T。
流图提供了新的思想方法
用流位和流率描述系统 任何系统本质量只是两类：
一类是积累变量－－对应积分 一类是积累变量的对应速度变量－－对应微分
分析
因果关系图中的要素必须满足以下两个条件： 1、单位一定要明确。 在经济管理系统中，有时候，一些量的单位不明 确，我们建立因果关系时，就应该设计单位。 如，一些心理学方面的变量可被看作是具有压力 或压强的单位量。有的变量要素可以为无量纲(如比 例等)。 2、因果关系图的要素变量v(t)必须是名词或名词 短语。并对v(t)的Δv(t)(Δv(t)＞0或Δv(t)＜0)有明确的 意义。 只有满足这两条，才能建立起映射F(t)。即确定 各因果链的极性。
系统动力学
1．系统的流
• • • • • 系统动力学主要利用四种流来构成模型 物流 订货流 资金流 信息流
2．水平（积累、状态）level
• 水平(积累)是系统的流的积累。例如， 库存量、存款、人口、资源等都可作为 水平变量。一个水平方程相当于—个容 器，它积累变化的流速率。其流速有输 入流速和输出流速，容器内的水平正是 其输入流速与输出流速的差量的积累。
如何区别水平变量和速率变量？ 如何区别水平变量和速率变量？ • 同一个变量在系统动力学模型中往往可设为水平变量， 同一个变量在系统动力学模型中往往可设为水平变量， 也可设为速率变量，区别它们的原则是什么?显然， 也可设为速率变量，区别它们的原则是什么?显然，它们 的量纲不同，水平变量的量纲是某物流或信息流的某种 的量纲不同， 度量“单位” 速率的量纲是“水平变量的单位／ 度量 “ 单位 ” ； 速率的量纲是 “ 水平变量的单位 ／ 时间 单位” 但是，这不是识别它们的原则。 单位 ” 。 但是 ， 这不是识别它们的原则 。 识别它们要靠 它们的本质上的区别。 它们的本质上的区别。 • 速率是控制变量，当抑制作用不存在时，速率就不存在( 速率是控制变量，当抑制作用不存在时，速率就不存在( 为零) 水平变量(积累变量)是流的积累， 为零)了。水平变量(积累变量)是流的积累，是过去速率 控制作用结果的积累，是连续存在的， 控制作用结果的积累，是连续存在的，即使没有现时速 率的控制作用，速率为零，也能观测到它们。例如， 率的控制作用，速率为零，也能观测到它们。例如，一 个人虽然停止了生长，但他的高度、 个人虽然停止了生长，但他的高度、重量等水平变量并 不会消失。 个工厂的各项活动虽然停止了 个工厂的各项活动虽然停止了， 不会消失。—个工厂的各项活动虽然停止了，但工厂里 工人、设备、资金等水平变量仍然存在，仍可观测到。 工人、设备、资金等水平变量仍然存在，仍可观测到。
系统动力学模型
第10章系统动力学模型系统动力学模型(System Dynamic)是社会、经济、规划、军事等许多领域进行战略研究的重要工具，如同物理实验室、化学实验室一样，也被称之为战略研究实验室，自从问世以来，可以说是硕果累累。
1 系统动力学概述2 系统动力学的基础知识3 系统动力学模型第1节系统动力学概述1.1 概念系统动力学是一门分析研究复杂反馈系统动态行为的系统科学方法，它是系统科学的一个分支，也是一门沟通自然科学和社会科学领域的横向学科，实质上就是分析研究复杂反馈大系统的计算仿真方法。
系统动力学模型是指以系统动力学的理论与方法为指导，建立用以研究复杂地理系统动态行为的计算机仿真模型体系，其主要含义如下：1 系统动力学模型的理论基础是系统动力学的理论和方法；2 系统动力学模型的研究对象是复杂反馈大系统；3 系统动力学模型的研究内容是社会经济系统发展的战略与决策问题，故称之为计算机仿真法的“战略与策略实验室”；4 系统动力学模型的研究方法是计算机仿真实验法，但要有计算机仿真语言DYNAMIC的支持，如：PD PLUS，VENSIM等的支持；5 系统动力学模型的关键任务是建立系统动力学模型体系；6 系统动力学模型的最终目的是社会经济系统中的战略与策略决策问题计算机仿真实验结果，即坐标图象和二维报表；系统动力学模型建立的一般步骤是：明确问题，绘制因果关系图，绘制系统动力学模型流图，建立系统动力学模型，仿真实验，检验或修改模型或参数，战略分析与决策。
地理系统也是一个复杂的动态系统，因此，许多地理学者认为应用系统动力学进行地理研究将有极大潜力，并积极开展了区域发展，城市发展，环境规划等方面的推广应用工作，因此，各类地理系统动力学模型即应运而生。
1.2 发展概况系统动力学是在20世纪50年代末由美国麻省理工学院史隆管理学院教授福雷斯特（JAY.W.FORRESTER）提出来的。
目前，风靡全世界，成为社会科学重要实验手段，它已广泛应用于社会经济管理科技和生态灯各个领域。
系统动力学方程
系统动力学方程
一般来说,系统动力学方程可以用以下形式表示:
dx/dt = f(x, u, t)
其中,x是状态变量向量,表示系统内部变量的集合;u是输入变量向量,代表对系统的外部影响;t是时间变量;f(x, u, t)是一个非线性矢量函数,描述了状态变量和输入变量之间的关系。
通过求解这个微分方程组,我们可以获得系统状态变量随时间的变化轨迹。
根据初始条件的不同,系统的行为可能会有很大差异。
因此,系统动力学方程不仅能够描述系统的动态过程,还能够帮助我们分析系统的稳定性、控制性等重要特性。
在实际应用中,系统动力学方程通常是非线性的、高阶的、耦合的,求解过程会遇到诸多困难。
但是随着计算机技术的发展,数值求解方法和计算机仿真技术为系统动力学方程的研究提供了强有力的工具。
系统动力学方程是研究复杂系统行为的重要工具,它将系统内部变量的相互作用用数学语言精确描述,为系统分析、优化和控制奠定了基础。
系统动力学概述
系统动力学概述
系统动力学（System Dynamics）是一种以反馈控制理论为基础，用于研究复杂动态系统的计算机仿真方法。
它是由麻省理工学院的杰伊·福瑞斯特（Jay Forrester）于1956年提出的，主要用于理解和预测复杂系统的行为。
系统动力学的主要特点是将系统看作是由相互作用的元素组成的整体，这些元素之间的相互作用是通过信息流和物流来实现的。
系统动力学模型通常包括因果关系图、库存流量图和速率变量图等组成部分。
因果关系图是系统动力学模型的基础，它描述了系统中各个元素之间的因果关系。
库存流量图则用来描述系统中的物质或信息的流动情况，而速率变量图则用来描述系统中的变化速度。
系统动力学的主要优点是能够处理非线性、时变和复杂的系统问题，而且模型的建立和求解过程相对简单。
此外，系统动力学还具有很强的直观性和易理解性，因此被广泛应用于经济、社会、生态、工程等领域。
然而，系统动力学也有其局限性。
首先，由于系统动力学模型是基于一定的假设建立的，因此模型的准确性受到假设的影响。
其次，系统动力学模型通常只考虑了系统的主要因素，忽略了一些次要因素，这可能导致模型的预测结果与实际情况有所偏差。
最后，系统动力学模型的求解过程通常需要计算机辅助，这对于
一些没有计算机技术背景的人来说可能是一个挑战。
尽管存在这些局限性，但系统动力学仍然是一种非常有用的工具，它为我们理解和预测复杂系统的行为提供了一种有效的方法。
随着计算机技术的发展和系统动力学理论的进一步完善，我们有理由相信，系统动力学将在未来的科学研究和实践中发挥更大的作用。
系统动力学原理
精心整理5.1系统动力学理论5.1.1系统动力学的概念系统动力学（简称SD—SystemDynamics），是由美国麻省理工学院（MIT）的福瑞斯特（J.W．Forrester）教授创造的，一门以控制论、信息论、决策论等有关理论为理论基础，以计算机仿真技术为手段，定量研究非线性、高阶次、多重反馈复杂系统的学科。
它也是一门认识系统问题并解决系统问题的综合交叉学科[1-3]。
从系统方法论来说：系统动力学是结构的方法、功能的方法和历史的方法的统一。
它基于系统论，会科学的横向学科。
系统动力学对问题的理解，系，系统动力学称之为结构。
相结合，还能够从区域系统内部和结构入手，5.1.2系统动力学的特点的学科，它具有如下特点[4-8]：（1随着调整系统中的控制因素，可以实时观测系并且建立各个子系统之间的因果关系网（2它的行为模式与特性主要由系统内部的动态结构和反馈机制所决定，不受外界因素干扰。
系统中所包含的变量是随时间变化的，因此运用该模型可以模拟长期性和周期性系统问题。
（3）系统动力学模型是一种结构模型，不需要提供特别精确的参数，着重于系统结构和动态行为的研究。
它处理问题的方法是定性与定量结合统一，分析、综合与推理的方法。
以定性分析为先导，尽可能采用“白化”技术，然后再以定量分析为支持，把不良结构尽可能相对地“良化”，两者相辅相成，和谐统一，逐步深化。
（4）系统动力学模型针对高阶次、非线性、时变性系统问题的求解不是采用传统的降阶方法，而是采用数字模拟技术，因此系统动力学可在宏观与微观层次上对复杂的多层次、多部门的大系统进行综合研究。
（5）系统动力学的建模过程便于实现建模人员、决策人员和专家群众的三结合，便于运用各种数据、资料、人们的经验与知识、也便于汲取、融汇其他系统学科与其他科学的精髓。
5.1.3系统动力学的结构模式[9-10]系统动力学对系统问题的研究，是基于系统内在行为模式、与结构间紧密的依赖关系，通过建立数学模型，逐步发掘出产生变化形态的因、果关系。
系统动力学的9种模型解析
系统动力学的9种模型解析标题：系统动力学的9种模型解析引言：系统动力学是一种研究动态复杂系统行为的数学方法，广泛应用于经济学、生态学、管理学等领域。
本文将深入探讨系统动力学的9种常见模型，并分析其理论基础和应用领域。
通过对这些模型的解析，旨在帮助读者更深入地理解系统动力学及其在实践中的作用。
第一部分：系统动力学概述在介绍具体的模型之前，有必要先了解系统动力学的基本概念和原理。
系统动力学着重于分析系统内部各个组成部分之间的相互关系，通过建立微分方程等数学模型来描述系统的演化过程。
这一方法注重动态演化和非线性特性，在解决复杂问题时具有独特的优势。
第二部分：9种系统动力学模型1. 常微分方程模型：系统动力学的基础，用于描述动态系统的变化过程。
2. 资源流模型：关注系统内资源的流动和变化，适用于生态学、能源管理等领域的研究。
3. 增长模型：研究系统中因子的增长和衰减，可应用于经济学、人口学等领域。
4. 循环模型：探讨系统中的循环过程，如经济周期的波动，可应用于宏观经济研究。
5. 积聚模型：研究系统中积聚和堆积的过程，如资本积累，适用于经济学和企业管理等领域。
6. 信息流模型：研究系统中信息传递和决策的影响，可用于管理学和组织行为学的研究。
7. 优化模型：优化系统中某些指标的值，如最大化效益或最小化成本，适用于运筹学等领域。
8. 非线性模型：考虑系统中的非线性效应，如混沌和复杂性的产生，广泛应用于自然科学和社会科学。
9. 策略模型：研究系统中不同决策对结果的影响，适用于战略管理和政策制定等领域。
第三部分：系统动力学的理论与实践系统动力学的理论基础包括建模、仿真和分析等方法。
通过系统动力学模型，我们可以深入研究系统的行为、寻找潜在问题，并基于模型结果做出合理的决策。
在实践中，系统动力学可应用于企业管理、政策制定、环境保护等领域，为问题解决提供了一种全面和系统的方法。
第四部分：总结与回顾通过对系统动力学的9种模型的解析，我们可以看到系统动力学对于复杂问题的分析和理解具有重要意义。
系统动力学模型
②因果反馈环 因果反馈环是指由多个要素组成的因果链首尾相 连形成的封闭形环。在该环上的要素，无法确定谁是 起始原因，谁是终止结果。
+ + 产 量 + 投 资 价 格 —
产 量
因果反馈环可分为正反馈和负反馈。把反馈环上某一 要素作为起始原因，经反馈环后又是其本身的结果， 这样形成一个因果链，该链为正（负）时，反馈环为 正（负）反馈。
二、系统动力学模型
系统动力学模型包括两部分内容
①定性模型——反映系统各组成部分关系的流图
②定量模型——由流图抽象出的反映系统动态过程的方
程式
1、系统流图
系统流图是在系统因果关系图的基础上绘制的。
系统动力学认为系统是一个信息反馈系统，把改信息
反馈系统的所有组成部分及其关系、各组成部分的状
态以及对系统状态的控制用符号和方法进行描述所得
②系统动态学规定
当前时刻以k表示，若模拟时间间隔为DT，则K时 刻的前一个DT时刻为J，后一个DT时刻为L，这样， JK则表示K的前一时间间隔，KL表示K的后一时间间隔。 ③系统动力学中的基本方程式 i）积累方程式（L方程式） L X.K=X.J+DT×(R1.JK-R2.JK)
ⅱ）流速方程式（R方程式），它描述积累方程中的 流在单位时间内流入和流出的量。
该系统模拟的结果如下
库存系统模拟数据表 模拟步长/周 0 1 2 3 4 …… 6000 数 量 件 X/件 1000 2000 2800 3440 3952 „„ R1/(件/周) 1000 800 640 512 409 „ D/件 5000 4000 3200 2560 2048 „„
1000 库存量模拟结果曲线
系统动力学
系统动力学什么是系统动力学系统动力学是一种研究动态变化和相互关系的分析方法和工具。
它以系统论、控制论和数学模型为理论基础，通过建立数学模型来描述和分析系统中的各个组成部分之间的相互作用和变化规律，以便预测和控制系统的行为。
系统动力学主要强调系统中各个组成部分之间的相互关系和相互作用，而不是关注系统中各个组成部分的独立行为。
它关注系统中的变量（在数学模型中以方程的形式表示）以及变量之间的关系。
通过分析这些变量和关系，系统动力学能够揭示系统中的动态行为、变化规律和逻辑。
系统动力学的基本概念系统系统是由一组有关联的元素或部分组成的整体。
系统可以是物理系统（如机械系统、电子系统等），也可以是社会系统（如经济系统、生态系统等）或抽象系统（如数学模型等）。
系统动力学主要研究非线性动态系统。
变量变量是系统中可观测或可测量的特征或属性。
变量可以是状态变量（表示系统的状态）或流变量（表示系统的变化率）。
通常使用符号来表示变量，并通过数学模型来描述变量的变化规律。
关系关系描述了系统中变量之间的相互作用和影响。
在系统动力学中，关系可以用数学方程的形式表示。
这些方程的形式可以是线性的（如 y = kx）也可以是非线性的（如 y = kx^2）。
反馈反馈是指系统中输出的一部分又被输送回系统中的过程。
反馈可以是正向的（积极增强系统的行为）或负向的（制约或抑制系统的行为）。
系统动力学通过分析系统中的反馈机制来理解系统的稳定性和变化过程。
系统动力学的应用经济系统系统动力学在经济学中的应用非常广泛。
它可以用来模拟和分析经济系统中的各个变量（如消费、投资、通货膨胀等）之间的相互作用和影响，以便预测和控制经济系统的行为。
系统动力学也可以用来研究经济系统中的非线性动态行为（如经济危机的发生和传播）。
生态系统生态系统是一个复杂的系统，涉及到生物、环境和资源等多个方面。
系统动力学可以用来研究生态系统中的物种相互作用、物种数量变化、环境变化等问题。
系统工程学 第5讲系统动力学
公司对新员工 的吸引力
+ 招聘成功
+
论资排辈导致 发展受阻的压力 + 明星位置总数 +
年轻人才渴望 明星位置的压力
+
明星位置空缺数量 现在明星数量
4、讨论
毕业在即，同学们都在积极的寻找中意的单位 ，由于背负着上学期间的贷款，大家都希望能把自 己卖个好价钱。 但现实是企业认为刚毕业的学生没有实际工作 经验，要花精力培养，而且培养后的人才很可能迅 速流失，因此企业不愿意给一个高价钱。 试用系统动力学的方法对上述问题进行分析， 并尝试给出决策方案。
赋初值方程（N方程） N
2、一阶正反馈回路
人 口 数 P （+） 年人口 增 加 PR PR P
。
+
。
C1（人口年自然增长率0.02） p
L P•K=P•J+DT*PR•JK N P=100
R PR•KL=C1*P•K
C C1=0.02
0 1 2 ┆
P 100 102 104.04 ┆
PR 2 2.04 2.0808 ┆
-
死亡 人口
（平均）死亡率
因果关系图和流图 （4）
+ 组织改善
组织绩效
组织缺陷
（ ）
-
+
因果关系图和流图 （4）
+ 组织改善
组织绩效
组织缺陷
（ ）
-
+
多重反馈
＋
人口 总数
＋
－
＋
－
出生 人数
＋
死亡 人数
2 流图--流图符号
（1）常用要素 流 速率 水平变量 源与汇 参数
系统动力学讲稿1
正反馈系统举例
工资—物价反馈回路 工资 物价反馈回路
人口的自然增长过程
正反馈使自身的运动不断加强。
负反馈系统举例
钟摆系统反馈回路
电毯系统负反馈回路
负反馈能自动寻求给定的目标。
复杂的反馈系统
一阶反馈回路是构成系统的基本结构。 复杂系统则是由这些相互作用的反馈回路组成的。 研究系统问题的目的之一：了解与掌握反馈系统的特性。 简单的与复杂的反馈系统：结构特征、行为模式、决策分析 对于反馈结构复杂的实际系统与问题，其随时间变化的特性与其内部 结构的关系的分析不得不求助于定量模型和计算机模拟技术。
正（负）反馈系统
按照反馈过程的特点，反馈划分为正反馈和负反馈两种。 特点： 自身运动的加强过程，在此过程中运动或动作所引起 正反馈能产生自身运动的加强过程 自身运动的加强过程 的后果将回授，使原来的趋势得到加强。 负反馈能自动寻求给定的目标 自动寻求给定的目标，未达到(或者未趋近)目标时将不断 自动寻求给定的目标 作出响应。 具有正反馈特性的回路称为正反馈回路，具有负反馈特点的回路则 称为负反馈回路(或称寻的回路)。 分别以上述两种回路起主导作用的系统则称之为正反馈系统与负反 馈系统(或称寻的系统)。
建模——学习系统动力学的一个重要目的。 建模
反馈
什么是反馈？ 什么是反馈？ 反馈是指系统输出与来自外部环境的输入的关系。 “输入”指相对于单元、子块或系统的外部环境施加于它们本身的作 用。“输出”则为系统状态中能从外部直接测量的部分。 换言之，反馈就是信息的传输与回授。
我们周围的反馈现象比比皆是。 如：空调设备
大的如 小的如 更小的如 天体运行系统，社会一经济一生态系统，世界能源系统 城市系统，企业经营管理系统 动物的心脏、肺和血液循环的供氧生理系统等。
系统动力学简单模型例子
系统动力学简单模型例子
1. 库存与销售模型啊，就像你开了个小商店，进的货就是库存，卖出去的就是销售呀！想想看，要是你进的货太多，卖不出去，那不就积压啦，资金不就卡住了嘛！
2. 人口增长模型呢，这就好比一个家庭呀，新生命不断出生，人口就增加啦，但要是出现一些特殊情况，比如疾病啥的，人口不就会受到影响嘛！
3. 生态系统模型呀，就如同一片森林，各种动植物相互依存，要是其中一个环节出了问题，那不就像多米诺骨牌一样影响一大片嘛！
4. 交通流量模型，哎呀，那不就像马路上的车嘛，有时候车多就堵得要命，这就是模型里说的流量过大呀！
5. 市场竞争模型呢，就好像几个商家在抢生意呀，都想多吸引点顾客，这竞争可激烈了呢！
6. 传染病传播模型，跟那病毒传播多像啊，一个人传给另一个人，然后迅速蔓延开，多吓人呀！
7. 经济波动模型呀，这不就和股票市场一样嘛，一会儿涨一会儿跌，让人的心也跟着七上八下的呢！
总之，这些系统动力学简单模型就在我们的生活中无处不在呀，对我们理解和应对各种现象都有着重要的作用呢！。
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系统动力学
—管理科学与工程
王江坤
S090091374
一、系统动力学介绍
1956年，Jay W.Forrester 放弃了其在电机控制领域的研究，转而将反馈控制的基本原则用于社会经济学系统。
1961年，他在MIT工业管理学院研究公司管理问题，出版了其专著Industrial Dynomics, 这标志着这一学科的创立。
在过去的40年中，系统动力学有了长足的发展。
系统动力学的理论、思想方法和工具，对于分析社会经济中许多复杂动态问题非常有效。
另一方面，系统动力学的分析方法、建模方法、模拟方法和模拟工具比较规范，易于学习和应用。
（1）事件－行为－结构
在日常生活中，我们往往是从事件开始认识事物的。
事件一般是在固定的时间点上出现的。
我们要正确的认识事件，须要联系相关事件，并从它们的发展过程中去观察。
也即，要考察事件所在的行为模式。
行为模式是系统的外在表现，可表现为一系列的相关事件随事件的演变过程，是多个关联事件表现出的过去现在和未来。
行为摸式是由系统的内部结构决定的。
结构是产生行为模式的物质的、能量的、信息的内在关系。
系统的结构决定其行为模式，而事件是行为模式的重要片段。
利用系统动力学分析问题，要由事件出发，分析系统的结构与行为模式的关系，以采取成功的政策和策略，调整系统结构，干预和控制系统，改善系统的行为模式，大大避免坏的事件的发生。
（2）系统动力学处理问题的过程
●提出问题：明确建立模型的目的。
即要明确要研究和解决什么问题。
●参考行为模式分析：分析系统的事件，及实际存在的行为模式，提出设想和期望的系统行为模式。
作为改善和调整系统结构的目标。
●提出假设建立模型：由行为模式，提出系统的结构假设。
由假设出发，设计系统的因果关系图，流图，并列出方程，定义参数。
从而将一系列的系统动力学假设，表示成了清晰的数学关系集合。
●模型模拟：调整参数，运行模型，产生行为模式。
建立好的模型是一个实验室，可以由试验参数和结构的变化理解结构与系统行为模式的关系。
（3）使用Vensim软件处理问题的一般过程
二、实例分析
生物学家早就注意到各种生物群体增长至稳定的倾向。
生物学的理论与实践证明，生物具有通过自动反馈机制进行自我调节以避免生存环境的破坏和本身绝迹的能力。
促成这种调节的因素是多样的，有生物因素，如各种生物之间或内部的竞争，有环境因素，如生存空间、温度、阳光、食物等。
美国著名生物学家卡尔霍恩曾就生存空间对老鼠增长的影响做了实验。
他将一群野生的挪威鼠圈在四分之一英亩的场地内，给予这群鼠的生存空间足够大，并且这里没有任何天敌也没有疾病的传染。
这群鼠每天得到足够的食物，鼠群个数随着时间在增长，但是27个月后群体就稳定在150个成年鼠上。
成年鼠的死亡率很低，按这个死亡率及观察到的婴鼠出生率，群体的个数本可达到5000个。
为什么没有达到这个数字呢，原因就在于婴鼠的存活率极低。
有限生存空间带来的群体内的紧张关系引起母性的毁灭，致使极少有婴鼠能存活下来。
这里的鼠群模型就是以卡尔霍恩的实验为基础的。
模型假定雌雄鼠的比例为1，鼠龄对生育能力无影响。
（1）鼠群模型的因果关系图
+
+
图中反馈环1和反馈环2与人口系统的基本结构相似。
反馈环3则是依据卡尔霍恩的观察附加的负反馈环，正是这个环的作用使主导反馈环从正反馈环1转移到负反馈环2。
（2）鼠群模型的流图
（3）原因树分析
对于给定变量鼠群总数，列举作用于其上的变量；然后对于这些变量再列举作用于其上的变量；依次类推，逐级反向追溯，直到出现给定变量鼠群总数本身的一级为止。
雌鼠个数
鼠生育率鼠婴存活乘子(鼠群总数)鼠的平均寿命
（4）结果树分析
对于给定变量鼠群总数，列举其作用的变量；然后对于这些变量再列举其作用的变量；依次类推，逐级正向追溯，直到出现给定变量鼠群总数的一级为止。
鼠月出生数鼠婴存活乘子(鼠群总数)
（5）反馈回路分析
对于给定变量鼠群总数，列举包含该变量的所有的反馈回路。
Loop Number 1 of length 1 鼠群总数 鼠月死亡数
Loop Number 2 of length 2 鼠群总数 雌鼠个数 鼠月出生数
Loop Number 3 of length 3 鼠群总数 鼠群密度 鼠婴存活乘子 鼠月出生数
（6）相应于这个流图的完整的模型方程如下：
1）鼠群总数=INTEG （鼠月出生数-鼠月死亡数，10）； 2）鼠月出生数=鼠生育率*雌鼠个数*鼠婴存活乘子； 3）鼠生育率=0.4；
4）鼠月死亡数=鼠群总数/鼠的平均寿命；
5）鼠的平均寿命=22；
6）雌鼠个数=雌鼠比重*鼠群总数；
7）雌鼠比重=0.5；
8）鼠婴存活乘子
([(0,0)-(10,10)],(0,1),(0.0025,1),(0.005,0.96),(0.0075,0.92),(0. 01,0.82),(0.0125,0.7),(0.015,0.52),(0.0175,0.34),(0.02,0.2),(0.0 225,0.14),(0.025,0.1) )；
9）鼠群密度=鼠群总数/鼠圈面积；
10）鼠圈面积=11000。
模型中婴鼠存活乘子用于修正鼠月出生数，修正的依据是鼠群密度。
由表函数方程可见，当鼠群密度较低时，几乎100%的婴鼠都能存活，而随着鼠群密度的增加，鼠婴存活的百分率就要下降，在极端拥挤的情况下鼠婴存活的百分率仅是正常情况下的10%。
三、鼠群模型仿真模拟
（1）鼠群总数、鼠月出生数与鼠月死亡数；
鼠群总数
400
300
200
100
0102030405060708090100
Time (Month)
鼠群总数 : Current
将鼠群圈在四分之一英亩的场地内，给予这群鼠的生存空间足够大，
并且这里没有任何天敌也没有疾病的传染。
这群鼠每天得到足够的食物，
鼠群个数随着时间在增长，但是40个月后群体就稳定在214个成年鼠。
400
20
20
200
10
10
当40个月后鼠群总数稳定在214个成年鼠时，鼠月出生数与鼠月死亡
数也趋于稳定，分别保持在10个，其中鼠月出生数在第19个月时一度达
到了19个，但由于种种原因所限，随后又减少到10个并保持这一数字，
整个鼠群数量达到平衡。
（2）鼠的平均寿命与鼠群总数的关系；
我们进一步假定鼠群增长之后会引起食物供应不足，那么这一新的制约
因素无疑会导致成年鼠的死亡率提升，缩短鼠的平均寿命，假定将鼠的平均
寿命由22年缩短至10年，或将鼠的平均寿命由22年延长至30年。
鼠群总数
400
300
200
100
0102030405060708090100
Time (Month)
由图可见，将鼠的平均寿命缩短会使鼠群总数在达到平衡时的数量减
少，稳定后的数量为168只；将鼠的平均寿命延长会使鼠群总数在达到平
衡时的数量增加，稳定后的数量为235只。
（3）鼠群的生活空间与鼠群总数的关系；
假定将鼠群的生活空间减少，由11000减少到5000，或将鼠群的生活
空间增加，由11000增加到20000。
鼠群总数
400
300
200
100
0102030405060708090100
Time (Month)
由图可见，将鼠的生活空间减少会使鼠群总数在达到平衡时的数量减
少，稳定后的数量为97只；将鼠的生活空间加大会使鼠群总数在达到
平衡时的数量增加，稳定后的数量为390只。
（4）鼠群的生育率与鼠群总数的关系；
假定将鼠群的生育率减少，由0.4减少到0.3，或将鼠群的生育率增
加，由0.4增加到0.5。
鼠群总数
400
300
200
100
由图可见，将鼠群的生育率减少会使鼠群总数在达到平衡时的数量减少，稳定后的数量为199只；将鼠群的生育率增加会使鼠群总数在达到平衡时的数量增加，稳定后的数量为228只。
（5）鼠群的雌鼠比重与鼠群总数的关系；
假定将鼠群的雌鼠比重减少，由0.5减少到0.3，或将鼠群的雌鼠比重增加，由0.5增加到0.7。
鼠群总数
400
300
200
100
由图可见，将鼠群的雌鼠比重减少会使鼠群总数在达到平衡时的数量减少，稳定后的数量为186只；将鼠群的雌鼠比重增加会使鼠群总数在达到平衡时的数量增加，稳定后的数量为237只。
四、结论与建议
将鼠群圈在四分之一英亩的场地内，给予这群鼠的生存空间足够大，并且这里没有任何天敌也没有疾病的传染。
这群鼠每天得到足够的食物，鼠群个数会随着时间在增长，但是40个月后群体就会达到平衡，稳定在214个成年鼠。
假定将鼠群的平均寿命、生活空间、生育率、雌鼠比重减少，均会减少鼠群达到平衡时的数量。
反之，将鼠群的平均寿命、生活空间、生育率、雌鼠比重增加，则会增加鼠群达到平衡时的数量。
此模型稍加改动，也可运用于其他系统的仿真模拟，如其他物种数量的仿真模拟，城市或地区人口数量的仿真模拟等。