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试述计算机仿真面向对象建模方法

最后更新时间:2024-02-20 作者:用户投稿原创标记本站原创 点赞:5040 浏览:15806
论文导读:
【摘要】本文描述了计算机仿真的特点和建模策略。提出了一种新的面向对象建模策略。
【关键词】计算机仿真; 建模;面向对象
1.引言
计算机仿真是利用一个模型来模仿实际系统所发生的运动过程并进行试验的技术。工程上的一个设计方案,社会经济中的一种规划,都可以通过仿真试验来验证方案或规划能否达到预期的目标。如果达不到目标,可以及时发现理由,修改方案或规划。这样既省时又安全。例如在飞行姿态制约系统的设计过程中,从方案论证开始,到元部件选择、系统初步设计,详细设计和样机生产各个阶段,都可以应用仿真技术通过仿真试验达到以下目的。

2.计算机仿真过程

计算机仿真是在计算机上建立仿真模型,模仿实际系统的运转状态及其随时间的变化过程。通过对仿真试验过程的观察和统计,得到被仿真系统的仿真输出参数和基本特性,以此来估计和推断实际系统的真实参数和真实性能。由此看出,计算机仿真是一种有效的试验手段,它为一些复杂系统创造了一种计算机试验环境,使系统的性能和长期的动态特性能在极短的时间内由计算机得到全面的实现。
利用计算机进行数学仿真一般需要经过下列各个阶段:
(l)确定对系统进行仿真的目的和基本要求,即弄清楚仿真所要解决的间题,并给出明确的说明。
(2)建立系统的数学模型,将被仿真的系统表示成微分方程组,差分方程组,传递函数,结构图,信号流图或其它的数学表示式。这一过程称为一次建模过程,它是数学仿真的重要依据。
(3)将原始的数学模型通过一定的方式变换成能在计算机上实现和运转的数学模型,即仿真模型。通常把仿真模型称作二次化模型,它通常是离散系统方框图或差分方程(离散方程)的形式。
(4)编制仿真模型的程序并进行调试。
(5)仿真模型的校验和确认,并进行计算机仿真实验。仿真模型校验是指仿真模型与数学或物理模型的一致性检验,而仿真模型的确认是指仿真模型与实际系统一致性的检验,检验它是否真实地反映了实际系统运转过程的特性。

3.面向对象技术的特点

面向对象的设计策略基于Parnas的信息隐藏和Cuttag的抽象数据类型等思想和概念,它追求理由求解空间和理由空间的直接模拟。一个理由由一些事物组成,这些事物之间必定会有联系,为了描述不同的事物及其联系,引入如下概念。
(1)对象
在面向对象系统中,对象是基本的运转时实体,既包括数据(属性),又包括作用于数据的的操作(行为),所以一个对象把属性和行为密封成一个整体。
(2)类
一个类定义了一组大体上相似的对象。一个类所包含的策略和数据描述一组对象的共同行为和属性。
(3)消息
对象之间进行通信的一种构造叫消息。
(4)继承
不同层次类之间共享数据和操作的机制叫继承。一切事物以对象为唯一模型,对象间除了互相传送消息外,没有别的联系。开发任何面向对象系统的第一步必须决定可用来实现该系统的类的集合。构成一个系统的类,以及这些类之间的相互作用成了一个面向对象系统的体系结构的基础。面向对象的开发通常含下面几步:标识系统中的对象及对象类(即类);抽取每个对象的行为特征;确定对象之间的关系;类的实现。面向对象策略根据现实系统的表现,通过上述过程,将理由空间同态映射到解空间,获得系统的计算机实现。

4.面向对象的仿真建模过程

在确定了仿真的目的,即想通过仿真所获取的系统性能指标后,需要作的工作就是对系统状态及输入、输出进行描述,从而形成仿真模型。一般情况下,可按下面4个方面对系统进行描述:

4.1 系统的组成部分

系统的组成部分是构成系统的实体,应该首先概括说明各组成成分及其与真实系统相应部分的对应关系。

4.2 描述变量

描述变量是系统各实体的属性,包括取值范围、符号及其作用。

4.3 参数

参数也是系统属性,不过这种属性不随仿真的进行而发生变化。还应说明其取值范围、符号及其作用。

4.4 相互关系

相互关系规定各不同变量值间是如何相互关联的,用数学或逻辑语言表示出相互作用关系。由上可知,仿真建模的一般过程与面向对象思想是较为吻合的,探讨面向对象的仿真建模有其认识论依据。系统的组成成分可由类,对象描述,描述变量和参数对应数据(属性),可由操作实现成分内的变量关系,由消息传递机制实现各成分之间的关系。上面定义一个Simulation Object类作为所有有关仿真描述的基本类,由此可获得其变种,派生出子类,进而构造仿真模型框架。将面向对象程序设计(其实可从更为广泛的“面向对象技术”这个作用上进行讨论——拙按)的思维活动本身就看作一种建模活动。在被模拟的系统中,现象(它们被感知成表象这样的感性具体)和概念都是重要的,通过建模活动——映射,在模型系统里,通过建模活动——映射,在模型系统里,从被模拟的系统中,找到用来模拟表象(针对理由的)概念的元素。也就是“感性具体”建模成“对象”的活动。对面向对象的建模作了较为全面、深入的讨论。该文从3个不同的但又相关的角度(对象建模、动态建模和功能键模)讨论系统建模,这三个角度各自从不同的角度抓住了系统的实质,全面地反映了系统的要求。对象模型表示了静态的、结构化的系统的“数据”性质,动态模型表示了瞬时的、行为化的系统的“制约”性质;功能模型表示了变化的系统的“功能”性质。各模型之间的实体可相互联系。但是,尽管该文作者指出面向对象技术是一种有普遍作用的策略学,其讨论的中心仍限于软件开发的生命周期中,侧重点在软件功能范畴内。
5.结论
计算机仿真与面向对象技术均寻求理由求解空间针对理由空间的一种模拟与直接映射,它们的本质是一致的。计算机仿真直接针对现实世界的某一具体系统建模,而面向对象技术则提供了一种良好的建模方式,将它们结合起来,无疑是有益的。这种策略描述方便,结构清晰。但是面向对象策略在理由空间很复杂时,难以寻找合适的对象。要完善这种策略,尚需做很多工作,包括它们之间深层的思维科学关系,形式化描述,等等。
参考文献
[1]王惠刚.计算机仿真原理及应用,国防科技大学出版社,1994,10:6-7,256-258.
[2]蔡希尧等.面向对象技术[M].西安电子科技大学出版社,1993,10:3.
[3]江明德等.面向对象程序设计的思维科学基础[J].小型微型计算机系统,1992,13(5). 全文地址:www.7ctime.com/jsjzzlw/lw48534.html上一论文:试议计算机辅助美术教学方法的