系统动力学
学习系统动力学的意义
学习系统动力学的意义
学习系统动力学的意义：
1.促进学习的动力：学习系统动力学的主要目的是为了帮助学生去获取知识，掌握技能、获得益处，有效地安排学习过程，使学习者对学习表现出良好的兴趣，同时产生有效的动力来推动学习。
它通过调节学习行为，来增加学习的动力，从而促进学习。
2.加强学习的效率：学习系统动力学能够提高学习效率，从而节省时间，提高学习投入的效率。
学生在学习中可以根据他们自身的能力和兴趣增强学习效率，不断掌握新技能和方法，从而提高学习的效率。
3.提高学习成果：通过学习系统动力学，学生能够更好地开展学习，提高学习的质量，更有效地完成学习任务，更好地发挥自己的能力。
它能够帮助学生更好地开展学习，提高整体的学习成果。
4.构建学习关系：学习系统动力学能够建立和支持学习之间的关系，构建积极有效的学习体验。
它能够调节学习者在学习中的关系，帮助他们建立有助于学习的关系，增强交流和沟通，从而促进学习。
5.帮助教学指引：学习系统动力学能够帮助教师组织教学、指导学习。
它不仅能够为学习提供有效的动力和效率，还能帮助教师建立更好的
理解学术的环境，更有效地指导学习。
总之，学习系统动力学能够帮助学生更好地学习，从而获得良好的学习成果。
它可以提高学习效率，激发学习动力，构建学习关系，为教学指导提供帮助，从而更有效地完成学习任务。
系统动力学
具体来说，辅助方程是速率方程的子方程，用于计算 辅助变量的取值，可以使决策者更加清楚地了解决策 的过程。
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⑷常量方程
简单数来，常量方程就是给常量赋值：
Ci=Ni Ci：常数名称 Ni：常数值
支。
等。
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7
2.系统动力学的原理
系统动力学是在系统论的基础上发展起来的，认为系统的结 构决定了系统的行为。系统内的众多变量在它们相互作用 的反馈环里有因果联系。
人们在求解问题时都是想获得较优的解决方案，能够得到较 优的结果。所以系统动力学解决问题的过程实质上也是寻 优过程，来获得较优的系统功能。因此系统动力学是通过 寻找系统的较优结构，来获得较优的系统行为。
1990-广泛应用与传播
第五项修炼——学习型组织
中国的系统动力学发展
杨通谊教授 王其藩教授 许庆瑞教授
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5
Contents
1 2 3 4 5
系统动力学发展历程 系统动力学的原理 系统动力学基本概念 系统动力学分析问题的步骤 系统动力学实际案例
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6
2、系统动力学的基本原理
注意：(1)常量方程中不能出现时间下标 (2)常量可以依赖于其他常量。
⑸初值方程
初值方程是给状态变量方程或者是某些需要计 算的常数赋予最初的值。
Li=Mi
Li：初始值名称
Mi：初始的数值
注意：(1)赋值方程中不能出现时间下标 (2)模型中每一个状态变量方程都必须赋予初始值， 因此每个L方程后都必须跟随一个N方程
政策分析与模型使用
修改模型
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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
系统动力学的基本理论课件
详细描述
随着大数据技术的不断发展，越来越多的数据被收集并 用于对系统进行建模和分析。数据驱动的系统动力学研 究通过利用大数据技术，建立更加精确、全面的系统模 型，并利用这些模型对系统的动态行为和演化规律进行 深入分析和预测。
人工智能与系统动力学的融合研究
总结词
人工智能与系统动力学的融合研究是未来发展的重要方向之一，主要将人工智能技术应用于系统动力学建模和分 析中。
系统动力学的基本理 论
目录
• 系统动力学概述 • 系统动力学的基本概念 • 系统动力学建模 • 系统动力学应用领域 • 系统动力学研究展望
01
系统动力学概述
定义与特点
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模拟系统的行为和动态变化 。
特点
系统动力学强调系统的整体性、动态性和反馈机 制，通过分析系统的结构和行为之间的相互作用 ，来理解和预测系统的行为。
定义参数和常数
为微分方程中的参数和常数赋予实际意义和数 值。
方程简化与推导
对微分方程进行化简和推导，得出更易于分析的模型方程。
模型验证与仿真
模型验证
对比模型预测结果与实际数据，检验模型的准确性和 可靠性。
模型仿真
通过模拟不同输入条件下的系统行为，预测未来发展 趋势和可能出现的状态。
敏感性分析
分析模型中各参数对系统行为的影响程度，找出关键 因素和最优解。
详细描述
在实际问题中，许多系统都存在着多尺度特征，即在 不同时间、空间尺度上表现出不同的行为和演化规律 。系统动力学通过建立多尺度模型，研究不同尺度之 间的相互作用和转化，揭示系统在不同尺度上的动态 行为和演化规律。
数据驱动的系统动力学研究
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”：
系统动力学模型
系统动力学模型系统动力学模型是指它是一种分析和模拟物理系统及其动力学过程的数学技术。
它可以用来研究运动学，控制系统，流体动力学，形式力学，电学，冲击学和弹性动力学等领域的数学模型，并可用于实际的工程问题的解决。
系统动力学模型基于物理系统的动力学处理和控制问题，用来研究物体的运动行为。
例如，系统动力学模型可以用来探讨汽车的运动性，即汽车在不同条件下的行驶特性，以确定汽车行驶性能的最佳状态。
此外，系统动力学模型还可以模拟任意静力学，力学，流体力学或热力学系统的运动模式。
系统动力学模型的建立要求具备完备的物理基础知识，形成一个系统模型的首要任务是了解物理系统的特性和行为，因此必须确定物理系统的运动方程和力学特征，物理量的表达式在构建模型时必须明确。
模式构建完成后，需要求解模型，并将模型运用到实际问题中，用以求解物理过程及其动力学运行状态。
为此，我们可以使用计算机模拟技术来求解模型，用以检验结果的正确性和准确性。
系统动力学模型在很多领域中都发挥着重要的作用，例如机械系统的设计，控制系统的调整，电子电气系统的设计，机器人的控制，航空航天技术，建筑工程设计等。
例如，在机器人技术中，系统动力学模型可以模拟机器人的运动特性，帮助机器人决定如何完成任务。
此外，系统动力学模型在工程设计中也有广泛应用，可用于分析和解决工程设计问题，以便改善工程性能。
例如，系统动力学模型可以帮助分析和解决结构物振动问题，提高结构物的稳定性和耐久性，以及改善系统的可靠性。
此外，系统动力学模型也可以帮助优化控制系统的性能，以提高系统的功率和可靠性。
综上所述，系统动力学模型是一个强大的工具，可以帮助我们研究和分析物理系统及其动力学过程，从而有效地改善工程性能。
它在机械，控制，电子，航空航天等各个领域都有广泛的应用，并被广泛用来分析和解决工程设计问题。
系统动力学9种模型
系统动力学9种模型系统动力学是一种系统分析和建模方法，通过对系统的结构和行为进行建模，研究系统内部的相互作用和反馈机制，从而预测其未来的发展趋势。
在系统动力学中，有9种常见的模型，分别是增长模型、衰退模型、饱和模型、振荡模型、周期性波动模型、滞后效应模型、优化模型、风险分析模型和政策评估模型。
1. 增长模型增长模型是最基本的系统动力学模型之一。
它描述了一个系统在没有外界干扰的情况下，如何随着时间推移而不断增长。
这种增长可以是线性的也可以是非线性的。
例如，在经济领域中，GDP随着时间推移而不断增加。
2. 衰退模型衰退模型与增长模型相反，它描述了一个系统在没有外界干扰的情况下如何随着时间推移而逐渐减少。
例如，在生态学领域中，物种数量会随着时间推移而逐渐减少。
3. 饱和模型饱和模型描述了一个系统在达到某个极限之后停止增长或减少。
例如，在市场经济学中，销售量可能会在达到一定数量之后停止增长。
4. 振荡模型振荡模型描述了一个系统在内部反馈机制的作用下如何产生周期性变化。
例如，在经济领域中，经济周期的波动就是一种典型的振荡模型。
5. 周期性波动模型周期性波动模型是振荡模型的一种特殊形式，它描述了一个系统在内部反馈机制的作用下如何产生固定频率的周期性变化。
例如，在天文学中，月相变化就是一种周期性波动模型。
6. 滞后效应模型滞后效应模型描述了一个系统在外界干扰下，其响应速度比干扰发生速度慢的现象。
例如，在宏观经济学中，货币政策对经济增长的影响可能需要几个季度或几年才能显现出来。
7. 优化模型优化模型描述了一个系统如何通过最大化或最小化某个目标函数来达到最佳状态。
例如，在工业领域中，企业可能会通过优化生产流程和降低成本来提高利润率。
8. 风险分析模型风险分析模型描述了一个系统在面临不确定性和风险的情况下如何进行决策。
例如，在金融领域中，投资者可能会使用风险分析模型来评估不同投资方案的风险和回报。
9. 政策评估模型政策评估模型描述了一个系统在政策干预下如何变化。
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（最新版）
目录
1.系统动力学的定义和背景
2.系统动力学的基本概念和工具
3.系统动力学在实际应用中的重要性
4.系统动力学相关书籍推荐
正文
系统动力学是一门研究复杂系统行为的学科，旨在理解系统结构、行为和性能之间的关系。
它起源于 20 世纪 50 年代，并迅速在多个领域中得到了广泛应用，如工程、生物学、经济学等。
系统动力学借助一系列数学模型和计算机模拟技术，帮助我们更好地理解和优化复杂系统的性能。
在系统动力学中，有几个基本概念和工具是非常重要的。
首先，系统是由一系列相互作用的元素组成的整体。
其次，反馈是指系统中元素之间的相互影响，它可以使系统达到稳定状态或引发系统振荡。
另外，系统动力学还使用微分方程来描述系统的演化过程。
系统动力学在实际应用中具有重要意义。
它可以帮助我们设计和优化复杂的工程系统，如通信网络、电力系统等。
在生物学领域，系统动力学可以帮助我们理解生物体内的基因调控机制。
在经济学中，系统动力学可以用于分析经济系统的稳定性和增长潜力。
对于对系统动力学感兴趣的读者，以下是一些相关书籍的推荐：《系统动力学》（作者：Jay W.Forrester）、《系统思考：领导力、创新与复杂性》（作者：Donella Meadows）、《系统动力学：模型、方法和应用》（作者：Robert H.Byers）。
第1页共1页。
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。
系统动力学的优缺点
系统动力学的优缺点系统动力学是一种重要的系统理论，它基于对系统内情况及其间接性影响的分析，将系统间的复杂关系分析出来，从而识别系统中可能出现的结构uu化问题及其背后的原因，提供解决这些结构问题的实用方法。
因此，系统动力学在定量研究相互关联的系统和复杂系统时具有重要的优点和缺点。
优点第一，系统动力学把系统的表现和有效机制分解为事件、活动、元素、过程、内部机制和内部规则等不同构成单元，明确了它们间联系以及其影响。
这使研究者有更好的把握，更清晰地看到系统间的关系，弄清系统中每个构成部分之后的影响，从而更容易发现和解决与系统相关的问题。
第二，系统动力学把系统的机制分解成简单的各种实体和元素，从而更加容易理解，比如结构、规则、内部机制和过程等各项实体，由此能够把系统中存在的复杂现象拆解成简单的有效机制，从而更加多样化地对系统进行分析。
第三，系统动力学从系统外部引入结构，从而使研究过程更加客观化，而不再受到任何人的干扰，以最近的事例来说，由外部的局限性要求引入的新结构会改变系统的有效性和可行性，使机制运行起来更加完善和有效。
缺点第一，系统动力学只认为系统内部是由一系列因素构成的，而没有考虑系统外部因素对系统运行的影响，比如政策、文化等在系统中的影响，如果不考虑这些因素，就不能准确衡量系统的总体表现。
第二，系统动力学缺乏复杂环境的衡量标准，只认为系统的每一部分是独立的，而实际上，系统的每一部分都是经过环境所共同作用形成的，它依赖于环境的变化，系统的变化也使环境发生变化，而系统动力学没有把环境作为研究的核心，从而浪费了不少有价值的信息资源。
第三，系统动力学并没有解决真实问题的实用方法，系统的变化并不能得到迅速的实施，对系统的改善要求耗费较大精力和时间，同时，由于系统动力学的分析是一个耗时的过程，所以要想得到有效的解决方案，可能就需要多次迭代，而每次迭代都是一个重要的研究过程。
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。
系统动力学简介
尽可能确定变量的量纲，必要时可自己创
造一些。例如某些心理学方面的变量，不 得不采用诸如精神上的“压力”单位。确 定量纲有助于突出因果图中文字叙述的涵 义。
因果关联图应用指南（二）
尽可能定义变量本身为正值，不把诸如
“衰减”、“衰退”、“降低”一类定 义为变量。由于“衰退”的增长或“降 低”的上升的说法将令人费解，而且当 检验因果链的极性与确定回路的极性时， 将使人目眩。 如果某因果链需加以扩充，以便于更详 尽地反映反馈结构的机制，则毫不犹豫 地将其扩充为一组因果链。 反馈结构应形成闭合问路。
的系统是复杂系统。 反馈系统俯拾皆是，生物的、环境的、生态的、 工业的、农业的、经济的和社会的系统都是反 馈系统。 开环系统是相对于闭环系统(即反馈系统)而言 的，因其内部未形成闭合的反馈环，像是被断 开的环，故称为开环系统。
1）正反馈回路
回路上的因果链全是正极性的，或者负极性的 因果链个数是偶数，则称为正反馈。
系统动力学基本理论
1、因果关联图 定义：反映系统各要素之间因果关系的图就称 为因果关系图。用箭线表示要素之间的因果 关系。
（1）因果链
如果A的增加使B也增加，则称为正极性，记作：
A
+
B
如果A的增加使B减少，则称为负极性，记作： A
-
B
例如，年出生人数增加导致人口总数增加，年死亡人数增 加导致人口总数减少。 BRTH + POP
Romeo and Juliet by William Shakespeare
罗密欧与朱丽叶相爱的二阶系统模型
Romeo's Love for Juliet change in Romeo's love ROMEO'S REACTION
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9种模型
系统动力学9种模型引言系统动力学是一种研究动态系统行为的方法论，它通过构建系统模型来分析系统的各种因果关系和变化规律。
在系统动力学中，有9种基本模型被广泛应用于各种领域的问题分析和解决。
本文将对这9种模型进行全面、详细、完整且深入地探讨。
1. 积累模型积累模型是系统动力学中最基本的模型之一，它描述了一个变量或者一组变量的积累过程。
例如，当我们考虑人口增长的问题时，可以使用积累模型来描述人口数量随时间的变化。
积累模型通常使用微分方程表示。
1.1. 特点 - 变量之间存在流入和流出的关系； - 变量之间的积累是连续的； - 流入量和流出量可以是恒定的或者变化的。
1.2. 应用示例积累模型在生态学、经济学、工程管理等领域得到了广泛的应用。
例如，在生态学中，可以使用积累模型来研究物种数量的变化；在经济学中，可以使用积累模型来研究货币的流通和储蓄；在工程管理中，可以使用积累模型来研究项目进展和资源分配。
1.3. 示例方程dP/dt = b*P - d*P其中，P表示人口数量，t表示时间，b表示出生率，d表示死亡率。
2. 流动模型流动模型描述了一个变量或者一组变量之间的流动过程。
它通常用来研究物质、能量、信息等在系统中的传递和传播。
例如，在物流管理中，可以使用流动模型来研究物料的流动和分配。
2.1. 特点 - 变量之间存在流动的关系； - 流动可以是单向的或者双向的； -流动可以是连续的或者离散的。
2.2. 应用示例流动模型在供应链管理、信息传输、能量传递等领域具有广泛的应用。
例如，在供应链管理中，可以使用流动模型来优化物料的流动和库存的控制；在信息传输中，可以使用流动模型来研究信息的传播和处理；在能量传递中，可以使用流动模型来分析能量的转化和利用。
2.3. 示例方程dQ/dt = f - k*Q其中，Q表示物料的数量，t表示时间，f表示流入量，k表示流失率。
3. 动力平衡模型动力平衡模型描述了一个变量或者一组变量在达到平衡状态时的行为。
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。
系统动力学的方法
系统动力学的方法
系统动力学是研究复杂系统行为和演化的一种方法。
它基于系统动力学模型，通过建立包括变量、关系和动力学方程等在内的系统模型，探索系统中各个因素之间的相互作用和反馈机制，从而预测系统的行为和演化趋势。
系统动力学方法的主要步骤包括：
1. 构建系统模型：通过收集和整理系统的相关数据，确定系统的变量、关系和动力学方程等。
2. 模型参数估计：根据实际数据和统计方法，对模型中的参数加以估计。
3. 模型仿真和分析：使用计算机模拟等方法，通过数值计算模拟系统的行为和演化，分析系统的稳定性、动态特性和敏感性等。
4. 系统优化和控制：根据系统目标和约束条件，通过调整模型中的参数或设计反馈控制策略等手段，优化系统的性能和稳定性。
系统动力学方法适用于复杂系统的建模和分析，如经济系统、生态系统、社会系统等。
它可以帮助研究人员和决策者深入了解系统的内部机制，预测系统的行为和演化趋势，并为系统的优化和控制提供科学依据。
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3、 基本概念
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，而负反馈回路则力图控制回 路的变量趋于稳定。 确定回路极性的方法 若反馈回路包含偶数个负的因果链，则其极性为正； 若反馈回路包含奇数个负的因果链，则其极性为负。
4.系统动力学分析问题的步骤
问题的识别 。
确定系统边界，即系统分析涉及的对象和范围。 建立因果关系图和流图。
写出系统动力学方程。
进行仿真试验和计算等（Vensim软件）。 比较与评价、政策分析。
寻找最优的系统行为。
Contents
1 2 3 4 5 系统动力学发展历程 系统动力学的原理 系统动力学基本概念 系统动力学分析问题的步骤 系统动力学实际案例
1970-80年代发展成熟
1990-广泛应用与传播
第五项修炼——学习型组织
中国的系统动力学发展 杨通谊教授 王其藩教授 许庆瑞教授
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1 2 3 4 5 系统动力学发展历程 系统动力学的原理 系统动力学基本概念 系统动力学分析问题的步骤 系统动力学实际案例
2、系统动力学的基本原理
3、 基本概念
（一）流程图（Flow Diagram）
流程图常用符号
流
流位
流率
源与汇
参数
辅助变量
【例】进行存款活动时，存款与利息的因果关系反馈回路可表 示为：
可用流程图描述以上因果关系反馈回路为：
其中： 存款为状态变量 利息为流率变量 利率为辅助变量
（二）系统动力学方程
水平方程（L）、速率方程（R）、辅助方程（A）、常量方
3、 基本概念
反馈系统： 反馈系统就是包含有反馈环节与其作用的系统。它要受系 统本身的历史行为的影响，把历史行为的后果回授给系统 本身，以影响未来的行为。如库存订货控制系统。 反馈回路： 反馈回路就是由一系列的因果与相互作用链组成的闭合回 路或者说是由信息与动作构成的闭合路径。
3、 基本概念
因果回路图(CLD): 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。 因果链极性：每条因果链都具有极性，或者为正(+)或者为 负 （-）。极性是指当箭尾端变量变化时，箭头端变量会 如何变化。极性为正是指两个变量的变化趋势相同，极 性为负指两个变量的变化趋势相反。
延迟，因此处理问题必须从动态而不是静态的角度出发。
许多问题中既存在如经济量那样的定量的东西，又存在
如价值观念等偏于定性的东西。这就给问题的处理带来 很大的困难。
系统动力学发展历程
MIT和福瑞斯特（Jay W. Forrester）
1950-60年代SD诞生
工业动力学、城市动力学
世界动力学、经济长波模型
构变化来获得较优的系统行为。 系统动力学就是通过计算机仿真技术来对系统结构进行 仿真，寻找系统的较优结构，以求得较优的系统行为。
2.系统动力学的原理
系统动力学把系统的行为模式看成是由系统内部的信息反 馈机制决定的。通过建立系统动力学模型，利用 DYNAMO仿真语言和Vensim软件在计算机上实现对真实 系统的仿真，可以研究系统的结构、功能和行为之间的动 态关系，以便寻求较优的系统结构和功能。
3、 基本概念
水平变量和速率变量的符号标识：
水平变量用矩形表示，具体符号中应包括有描述输入与输 出流速率的流线、变量名称等。
速率变量用阀门符号表示，应包括变量名称、速率变量控 制的流的流线和其所依赖的信息输入量。
3、 基本概念
延迟： 延迟现象在系统内无处不在。如货物需要运输，决策 需要时间。延迟会对系统的行为有很大的影响，因此必须 要刻画延迟机制。延迟包括物质延迟与信息延迟。系统动 力学通过延迟函数来刻画延迟现象。如物质延迟中 DELAY1，DELAY3函数；信息延迟的DLINF3函数。 平滑： 平滑是指从信息中排除随机因素，找出事物的真实的趋 势，如一般决策者不会直接根据销售信息制定决策，而是 对销售信息求出一段时间内的平均值。系统动力学提供 SMOOTH函数来表示平滑。
产生背景：
第二次世界大战以后，随着工业化的进程，某些国家 的社会问题日趋严重，例如城市人口剧增、失业、环境污 染、资源枯竭。这些问题范围广泛，关系复杂，因素众多， 具有如下三个特点：
各问题之间有密切的关联，而且往往存在矛盾的关系，
例如经济增长与环境保护等。
许多问题如投资效果、环境污染、信息传递等有较长的
3、 基本概念
系统动力学一个突出的优点在于它能处理高阶次、非线 性、多重反馈复杂时变系统的问题。 高阶次：系统阶数在四阶或五阶以上者称为高阶次系统。典 型的社会-经济系统的系统动力学模型阶数则约在十至数百 之间。如美国国家模型的阶数在两百以上。
多重回路：复杂系统内部相互作用的回路数目一般在三个或 四个以上。诸回路中通常存在一个或一个以上起主导作用 的回路，称为主回路。主回路的性质主要地决定了系统内 部反馈结构的性质及其相应的系统动态行为的特性，
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1 2 3 4 5 系统动力学发展历程 系统动力学的原理 系统动力学基本概念 系统动力学分析问题的步骤 系统动力学实际案例
3、 基本概念
系统与反馈： 系统: 一个由相互区别、相互作用的元素有机地联结在一起， 为同一目的完成某种功能的集合体。
反馈: 系统内同一单元或同一子块其输出与输入间的关系。 对整个系统而言，“反馈”则指系统输出与来自外部环境 的输入的关系。
注意：(1)赋值方程中不能出现时间下标 (2)模型中每一个状态变量方程都必须赋予初始值， 因此每个L方程后都必须跟随一个N方程
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4、系统动力学建模流程
任务调研 问题定义 划定界限 反馈结构分析 结构分析 变量定义 建立方程 建立模型 模型模拟 模型评估 政策分析与模型使用 修改模型 系统分析
程（C）、初值方程（N）。
⑴水平方程：水平方程描述系统动力学模型中的存量（状态
变量，LEVEL）变化的方程。
积分方程表述：
以上积分方程表示状态变量在t 时刻的值等于状态变量
初始值加上在[0,t]这段时间净流量变化对时间的积累。
在系统动力学中用差分方程表述：
速率方程是表示在时间间隔 DT 内流量是如何变
（一）系统动力学的理论基础
控制论
决策论
系统 分析
仿真
根据信息和 反馈控制、 评价准则， 自动调节、 用数量方法 时间滞后和 寻找或选取 噪声干扰等。 最优决策方 尤其是反馈 案，是运筹 控制理论 学的一个分 支。
从系统的观 点出发，采 用各种分析 工具和方法 对问题进行 研究。
仿真模型的建 立，模型中变 量、参数和常 数的处理，仿 真时间，仿真 时钟的推进， 仿真计算结果 的存储和输出 等。
2.系统动力学的原理
系统动力学是在系统论的基础上发展起来的，认为系统的结 构决定了系统的行为。系统内的众多变量在它们相互作用 的反馈环里有因果联系。 人们在求解问题时都是想获得较优的解决方案，能够得到较 优的结果。所以系统动力学解决问题的过程实质上也是寻 优过程，来获得较优的系统功能。因此系统动力学是通过 寻找系统的较优结构，来获得较优的系统行为。
具体来说，辅助方程是速率方程的子方程，用于计算
辅助变量的取值，可以使决策者更加清楚地了解决策 的过程。
⑷常量方程 简单数来，常量方程就是给常量赋值： Ci=Ni 注意：(1)常量方程中不能出现时间下标 Ci：常数名称 (2)常量可以依赖于其他常量。 Ni：常数值 ⑸初值方程 初值方程是给状态变量方程或者是某些需要计 算的常数赋予最初的值。 Li=Mi Li：初始值名称 Mi：初始的数值
VensimPLE主要有以下几个特点:
⑶辅助方程
在实际的系统中最终的速率变量是由多种原因综合作
用的结果，内容往往非常复杂。
如果用一个方程来表达，经常需要多层函数的嵌套。
这样在编写方程时非常麻烦而且容易出错，同时也不 利于观察外部变量对系统的影响。
所以，引入辅助方程，将复杂的方程分解简化，由系
列方程替代一个复杂的方程，使用起来清晰明确。
3、 基本概念
而且，主回路并非固定不变，它们往在在诸回路之间随时 间而转移，结果导致变化多端的系统动态行为。
非线性：线性指量与量之间按比例、成直线的关系，在空间 和时间上代表规则和光滑的运动；而非线性则指不按比例、 不成直线的关系，代表不规则的运动和突变。线性关系是 互不相干的独立关系，而非线性则是相互作用，而正是这 种相互作用，使得整体不再是简单地等于部分之和，而可 能出现不同于“线性叠加”的增益或亏损。实际生活中的 过程与系统几乎毫无例外地带有非线性的特征。正是这些 非线性关系的耦合导致主回路转移，系统表现出多变的动 态行为。
2、系统动力学的基本原理
系统动力学怎样寻找较优的结构？
系统动力学把系统看成一个具有多重信息因果反馈机制。 因此系统动力学在经过剖析系统，获得深刻、丰富的信息 之后建立起系统的因果关系反馈图，之后再转变为系统流 图，建立系统动力学模型。最后通过仿真语言和仿真软件 对系统动力学模型进行计算机模拟，来完成对真实系统的 结构进行仿真。 通过上述过程完成了对系统结构的仿真，接下来就要寻 找较优的系统结构。
⑵速率方程
化的或者是政策调控存量的决策规则。 在社会经济问题的决策中，决策者在内心都有一 个对被研究系统的状态的心理预期，即在决策者 心里什么情况下被研究系统是最好的，把心理预 期和系统的现实情况作比较，就会出现状态偏差 。 速率方程就是调节系统现实状态和目标状态之间 偏差的决策规则。 速率方程可以表示为状态变量和常量的函数： R=f（L，Constant）