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复杂系统建模简述

目前,我们面临的社会正迅速从制度经济转入知识经济,其中所涉及的各种

研究系统越来越复杂,人在之中的作用也变得越来越不可忽略。而网络化的加速

发展,更是极大地加剧了各类系统的复杂性程度。因此现有的系统分析方法已远

远不能有效地解决这些复杂系统所面临的许多关键性问题,我们需要新的理论、

新的方法、新的技术有针对性的进行复杂系统建模，所以复杂系统建模的知识就

越来越重要。下面就我所学到的复杂系统建模做一个简述。

一、系统理论概述

平常说的系统是具有一定功能,相互间具有有机联系,由许多要素或构成部

分组成的整体。可以将港口码头定义为一个系统。该系统中的实体有船舶和码头

装卸设备。船舶按某种规律到达，装卸设备按一定的程序为其服务，装卸完后船

舶离去。船舶到达模式影响着装卸设备的工作忙闲状态和港口的排队状态，而装

卸设备的多少和工作效率也影响着船舶接受服务的质量。

系统一般有三个要素，即实体、属性、活动。实体确定了系统的构成，也就

确定了系统的边界，属性也称为描述变量，描述每一实体的特征。活动定义了系

统内部实体之间的相互作用，反映了系统内部发生变化的过程。

系统建模则是建立一个新系统，用来模拟或仿真原有系统。模型是对实际系

统的简化表示，它提取和反映了所研究系统的基本性质。模型的表现形式有直觉

模型、实物模型、模拟模型、图表模型、数学模型。其中数学模型的种类包括参

数模型、非参数模型、模糊及神经元模型、区域规划模型、网络模型、黑箱模型、

黑板模型、遗传算法模型等。

二、复杂系统理论概述

典型的复杂系统有工程技术大系统,社会经济大系统,生态环境大系统.

复杂系统则是能够被解耦或者分解成若干个互连子系统，从而进行有效计算

或者满足实际需要的系统，或传统的建模、系统分析、控制器设计及优化技术不

能处理的、具有多个互连子系统的系统。

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复杂系统的一般特点是规模庞大，结构复杂，功能综合，因素众多。

复杂系统的控制形式包括启发方法，人机方法，拟人方法，灰箱方法，集成

方法，分解方法。

研究复杂系统的意义在于如果复杂系统运行状态好,效益高,稳定,可靠,优

化,协调,将有利于国计民生,造福于人类社会;反之,复杂系统运行状态差,效益

低，失稳，故障,劣化,失调,将危害人民的生命财产,破坏社会环境,国家稳定,

乃至世界和平。

三、复杂系统数学模型

1、复杂系统数学模型的特点

（1）模型的局限性：

主动性:复杂系统多是主动系统，其中往往包含有主动环节一人

不确定性：复杂系统含有许多不确定性因素、例如模糊性和随机性。

不确知性：复杂系统通常是信息不完全、数据不精确、知识不充分的系统，

难以建立完备的、精确的数学模型。

（2）模型的适用性：兼顾“模型的精确性”与“方法的有效性”。即可对系

统进行适当精度描述，又能对系统进行有效地分析与综合。

2、复杂系统数学模型建立的方法与思路

复杂系统的建模方法包括神经网络的建模方法，灰色系统的建模方法，基于

Agent的行为建模方法，基于LPF算法的多模型、粗糙集理论、结构、常微分方

程、现象的建模方法。

要建立正确的模型，首先，必须采用整体论的观点考虑复杂系统的问题；其

次，复杂系统问题不纯在“一劳永逸”的解决方案；最后，复杂系统不存在一般