vensim_使用说明书

第 1 章 概述 1.1.系统动力学简介 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 定性数据统计分析pdf销售业绩分析模板建筑结构震害分析销售进度分析表京东商城竞争战略分析 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 编程规范下载gsp规范下载钢格栅规范下载警徽规范下载建设厅规范下载 ，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。例如股市暴涨暴跌，流 行病发生，战争爆发等等。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。例如，我们看到的 经济的缓慢增长，利率的变化，失业率的波动等。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 参考行为 模式分析 提出假设 建立模型 模型 模拟 提出 问题 z 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。 z 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。 z 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 转速和进给参数表a氧化沟运行参数高温蒸汽处理医疗废物pid参数自整定算法口腔医院集中消毒供应 。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。 z 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。 1.2 Vensim PLE 软件的特点 Vensim PLE 全名为 Ventana Simulation Enviroment Personal Learning Edition. 即 Ventana 系统动力学模拟环境个人学习版。 1.利用图示化编程建立模型。在 Vensim 中，“编程”实际上并不存在，只 有建模的概念。只要在模型建立窗口画出流图，再通过 Equations 输入方程和参 数，就可以直接进行模拟了。如果用户需要查看有关方程和参数，可使用 Mode Document 工具条。另外，Vensim 提供两种模型文件保存方式，一种是二进制文 1 件，后缀为.vmf；另一种是文本文件，后缀为.mdf，这种文件可以用于模型的建 立和修改，但这并不是 Vensim 推荐的方法。 2. 运行于 Windows 下，数据共享性强，提供丰富的输出信息和灵活的输出 方式。由于采用了多种分析方法，因此 Vensim 的输出信息是非常丰富的。其输 出兼容性较强。一般的模拟结果，除了即时显示外，还提供保存文件和 copy 到 剪切板。例如建立好的模型可以 copy 到剪贴板，再由剪贴板转到 MS Word 的编 辑文件中。 3.对模型的多种分析方法 Vensim 提供对于模型的结构分析和数据集分析。其中结构分析包括原因树分 析(逐层列举作用于指定变量的变量)、结果树分析(逐层列举该变量对于其它变 量的作用)和反馈列表。 模型运行后，可进行数据集分析。对指定变量，可以给出它随时间的变化图， 列出数据表；可以给出原因图分析，列出所有作用于该变量的其它变量随时间变 化的比较图；可以给出结果图分析，列出该变量与所有它作用的变量随时间变化 的比较图；同时可以将多次运行的结果进行比较。作为最终结果的图形分析和输 出，可使用 Graph，它不但可以列举多个变量随时间的变化图，而且可以列举变 量之间的关系图。 4.真实性检验 对于我们所研究的系统，对于模型中的一些重要变量，依据常识和一些基本 原则，我们可以预先提出对其正确性的基本要求。这些假设是真实性约束。将这 些约束加到建好的模型中，专门模拟现有模型在运行时对于这些约束的遵守情况 或违反情况，就可以判断模型的合理性与真实性，从而调整结构或参数。真实性 检验是 Ventana 公司的专利方法，是一种非常有效的建模工具。 1.3 使用 Vensim 软件处理问题的一般过程 分析系统行为模式 提出真实性检验约束 设定模型结构和参数 建模：画出流程图 填入方程和参数 模型模拟 结构分析 建立真 实性检验 数据集分析 1.4 Vensim PLE 的使用说明 Vensim PLE3.0c 可使用于 Window3.X，Windows 95, Windows NT 操作系统下。 2 硬件要求 386 以上 PC 机，2.0M 内存，1.6M 磁盘空间(安装时需 6M 硬盘空间)。 对于 Machintosh 机型，也可使用。 第 2 章 Vensim 的菜单和主窗口 Vensim 的用户界面是 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 的 Windows 应用程序界面。除支持菜单和加速键 外，还提供多个工具条。这使得用户操作非常方便。 2.1 Vensim PLE 的主菜单 Vensim PLE 提供以下菜单。对于菜单的驱动，除了逐级打开外，还可以用 相应的加速键。 z File 文件管理：提供建立新模型(New Modle)，打开模型(Open Modle)， 保存模型(Save, Save as)，打印模型(Print , Print Options)等。模型打开和 建立后，检查可通过 Check 完成。 z View 观察：对于模型的流图进行总体观察。提供按任意比例缩放。 z Model 模型检验：包括 Reality Check 即真实性检验，Time Bounds 时间 控制设置。其中 Time Bounds 是用于调控 Simulate 和 Reality Check 的时 间参数的。 z Windows 窗口：包括 Control panel 控制面板（即 Variable Selection 分析 变量选择，Time Axis 时间轴设置，Scalling 纵坐标调整，Datasets 数据 集选择， Graph 自定义作图等），以及 Pop Forward 实现由其它窗口转 换到模型建立窗口，Error History 是出错记录，Selection History 是选择 记录。 z Help 帮助：在该菜单下有 Manual 子菜单，它是 Ventana 公司提供的使 用 手册 华为质量管理手册 下载焊接手册下载团建手册下载团建手册下载ld手册下载 ，比较详细。另外一个是 About Modles 子菜单，它提供了 Vensim 对模型的基本概括，如变量数目，状态量数目等。并提供对模型设置加 密口令。 第 3 章 模型的建立 模型建立是在模型建立窗口，通过图示化的方式建立模型，或对已建立的模 型进行修改。主要过程是画出流图，然后输入参数和方程。 3.1 开始 在主菜单 File 下，选择 New Modle 或 Open Modle，就可以开始一个新模型 的建立或者已建模型的修改工作。在选择 New Modle 情况下，会出现如下窗口。 它是用来对于模型初始化的。可以选择起始时间，结束时间，时间单位，时间步 长(Time Step)和数据记录步长 SAVEPER。 3 3.2 画图工具条 其功能依次为： z Pointing 指针：用于选中、移动和改变变量和图符。有三种选择方式。按下 左键并拖动会看到一个虚线方框，松开左键则方框内所有变量和图符被选 中，选中后可以用鼠标拖动之；可直接左键用点按变量或图符选中之，按下 左键可以拖动，另外若选中图符操作柄(一个小圆圈)，可对图符进行伸缩放 大；对变量用左键连续点按两次会将它选为工作台变量。 z Variable 变量：用于定义非状态变量的变量，如辅助变量和常量。 z Box Variable 方框变量：用于创建状态变量。注意，Vensim 一般约定，状 态变量第一个字母大写，常量和表格量字母全大写，其余变量字母全小写。 但用户也可以有自己的约定。 z Arrow 箭头：用于创建表示因果关系的箭头，可以是直的或弯曲的。注意， 创建时，先选中箭头，在因变量上按下左键，然后松开，移动鼠标到空白处 点按左键，松开后移动到果变量再点按左键。在中间电按位置会有一个操作 柄。 z Rates 速率变量：用于创建速率变量。它有四部分构成，两个箭头，一个开 关，两朵表示源和漏的云，和变量本身。可通过选择移动开关，移动和改变 图符形状。速率变量一般至少有一端指向一个状态变量，在创建时可是其一 端直接指到状态变量上。 z Shadow Variable：有时模型很大，若一个变量已在一个子块中定义，在另 一子块中，只要用 Shandow Variable 再声明一次即可。 z Comment 注释：用于为流图增加注释，使容易看懂。Vensim 的注释方法很 丰富，可以是文字，图符等。它在模型流图中无实质性作用。 z Delete 删除：用于删除相关内容。 z Equations 建立方程： 用于方程建立，即建立等式，赋值，定义单位等。 3.3 对于图符和字体的调整 Vensim 提供图符和字体的丰富多彩的表示方式。对于已有的图符和字体， 有两种方法实现调整。一种是用指针选中图符和变量(注意，图符要选其操作柄)， 然后再点按底部工具条。一种是直接用鼠标右键点按图符操作柄或变量，就会出 现相应的对话框。 4 (1) 利用工具条对图符和字符作调整： 图示工具条功能依次如下： 1. 字体选择：可用来对于当前变量或注释选择任何 windows 所提供的字体。也 可选择汉字。 2. 字体的大小。 3. b：字体的加粗。 4. i：字体倾斜。 5. u：字体加下划线。 6. s：字体加中串线。 7. 设置字体颜色。 8. 设置变量边框颜色。 9. 变量边框形状选择。 10. 文本的位置选择。 11. 设置箭头的颜色。 12. 箭头的形状选择。 13. 设置箭头的极性。一般用“＋，－”，也可选择用“S，N”。 14. 将加亮的字符移到下面。 熟练使用这些工具条可以使模型外观非常漂亮。但这些工具对于模型本身无 实质影响。 (2) 利用对话框操作对图符和字符作调整： 如上所述，用鼠标右键单击要操作的图符操作柄，则会出现相应的对话框。 这些对话框主要有箭头选择对话框，开关选择对话框，注释对话框，变量选择对 话框。其中注释对话框和变量设置对话框我们在后面讨论。 z 箭头选择对话框：图示可以选择极性(可以选择字体)，箭头可以隐藏， 可以无头，可以选择颜色及线的形状和宽度。这是对于因果关系箭头和 速率量箭头操作的。 开关选择对话框：对于速率量的开关操作。用来调整速率变量相对于图符的位置， 图符的颜色等。 3.4 对流图加注释 通过选择建立模型工具条可打开如下注释对话框。注释可以是文字的或图形 的。文字的注释可以选择字体、大小、颜色、加粗等。图形的注释可以选择点位 图或者是可以是 Windows 的图元文件(均可由剪贴板获得)。可以对注释加边框， 选择边框形状等。 3.5 方程和参数的输入 方程的左边一定是某一变量，而 Vensim 是围绕这一变量来建立方程和输入 参数的。在画图工具条中，有一个 Equations 项，当模型各种变量的关系建立完 成以后，点击该项即可对任何一个变量进行建立等式和赋值等工作。点击任何一 个变量后，会先出现对话框。主要内容包括： z 方程编辑：可选择变量、函数、数字和运算符构成方程。 z Variables 输入变量：若流图正确，此变量的因变量均包含于此，并构成 输入变量。在方程编辑中只要从此选择即可，不需要再写入变量了。 z Functions 函数：此处列举了 Vensim 提供的所有函数，可选择进入方程 编辑。 5 z Type： 确定变量类型，如表函数等。 z Units 单位：方程右边必须有正确的单位。若是一个无量纲量，可不加 或输入 dmnl。 z Comment 注释：可对于方程进行注释，以增加可读性。 z Erros 错误信息：在方程书写中，会随时提示书写是否正确。 3.6 查找表的建立 表函数是 SD 一个重要特征。它用于建立两个变量之间的非线性关系。特别 是软变量之间的关系。例如员工士气对工作效率的影响程度。一般，两个变量先 归一化，或者先规整化，再根据经验给出大致的关系图来。这样设计的变量是无 量纲量。当在 Type 中选择 Lookup 项时，会有 As Graph 选项，选择此选项，就 会出现对话框。该对话框用于图形化定义一个查找表。包括自变量和函数值列举， 自变量和函数的最大值等。用鼠标左键在图形框中点按，会自动构成图形。 3.7 对于 Limits 模型重新设计以后的流图 我们对于 Vensim PLE 的 modles 子目录中的模型 Limits 进行重新编辑，得到以 下。模型文件为：limitn.vmf。 Limmits模型 AREA OF GRASSLAND GRASS REQUIRED PER RABBIT rabbit deathsrabbit births EFFECT OF CROWDING ON DEATHS LOOKUP INITIAL RABBIT POPULATIONRABBIT BIRTH RATE AVERAGE RABBIT LIFE carrying capacity rabbit crowding Rabbit Population effect of crowding on deaths + + + + ++ + + + + + 第 4 章 模型建立后的静态分析 模型建立后，在运行前和运行后均可以进行静态分析。这主要的是一种结构 分析。Vensim 是通过分析工具条操作的。其中，原因树分析、结果树分析和反 馈回路分析是对于具体的变量进行的，因此首先要选择变量到工作台。而模型文 档列举和量纲检查是对于整个模型的分析。 4.1 将分析变量选人工作台 变量选入有两种方法，一是选择模型建立工具条的指针 Pointing，然后连续 6 两次点按要选择的变量，就会在主窗口标题栏看到被选中的变量。另一种方法是， 选择 Control panel 下的变量选择(Variable)，则会出现一个对话框，列出了模型的 所有的变量，且可以分类显示，选择要分析的变量即可。 4.2 原因树分析 对于给定变量，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，直到出现给定变量本身的一级为止。这 时，就得到了给定变量的一个原因树，最末一级的所有变量(除变量本身)，实际 上是该子系统的边界。是这些变量的外部作用决定了给定变量的。图示是对于变 量 Rabbit Populationd 的原因树分析图。可以锁定窗口，打印该图，也可以拷贝 到剪贴板或以图元文件(wmf)保存。 7 4.3 结果树分析 对于给定变量，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，直到出现给定变量的一级为止。给定变量的结果 树也构成了一个子系统，其最末一级的所有变量(除给定变量本身)，构成子系统 边界，表示指定变量对于整个系统的最终作用。图示是变量 Rabbit Populationd 的结果树分析图。 4.4 模型文档 Vensim 没有“程序”，用户可以看到的是方程列举的文档。该文档详细列 举了所有等式、参数、表函数，以及用户注释及 Vensim 提供的用途分析。这一 文档和模型流图构成了 Veansim 基本的模型文档。 (01) AREA OF GRASSLAND = 20000 锁定窗口 打印 输出剪贴板 Units: square yards Uses: (03)carrying capacity - (02) AVERAGE RABBIT LIFE = 2 Units: Year Uses: (13)rabbit deaths - (03) carrying capacity = AREA OF GRASSLAND / GRASS REQUIRED PER RABBIT Units: Rabbit (01)AREA OF GRASSLAND - (07)GRASS REQUIRED PER RABBIT - Uses: (12)rabbit crowding - (04) effect of crowding on deaths = EFFECT OF CROWDING ON DEATHS LOOKUP(rabbit crowding) Units: Dmnl (12)rabbit crowding - (05)EFFECT OF CROWDING ON DEATHS LOOKUP - Uses: (13)rabbit deaths - (05) EFFECT OF CROWDING ON DEATHS LOOKUP ([(0,0)-(10,10)],(0,0.5),(1,1),(1.5,2),(2,5),(2.5,10) ) Units: Dmnl Uses: (04)effect of crowding on deaths - (06) FINAL TIME = 10 Units: Year The final time for the simulation. (07) GRASS REQUIRED PER RABBIT = 10 Units: square yards/Rabbit Uses: (03)carrying capacity - (08) INITIAL RABBIT POPULATION = 100 Units: Rabbit Uses: (14)Rabbit Population - (09) INITIAL TIME = 0 Units: Year The initial time for the simulation. Uses: (00)Time - Internally defined simulation time. (10) RABBIT BIRTH RATE = 1.1 Units: 1/Year Uses: (11)rabbit births - (11) rabbit births = Rabbit Population * RABBIT BIRTH RATE Units: Rabbit/Year (14)Rabbit Population - (10)RABBIT BIRTH RATE - Uses: (14)Rabbit Population - (12) rabbit crowding = Rabbit Population/carrying capacity Units: Dmnl (14)Rabbit Population - (03)carrying capacity - 8 Uses: (04)effect of crowding on deaths - (13) rabbit deaths = (Rabbit Population / AVERAGE RABBIT LIFE) * effect of crowding on deaths Units: Rabbit/Year (14)Rabbit Population - (02)AVERAGE RABBIT LIFE - (04)effect of crowding on deaths - Uses: (14)Rabbit Population - (14) Rabbit Population = INTEG(rabbit births-rabbit deaths,INITIAL RABBIT POPULATION) Units: Rabbit (08)INITIAL RABBIT POPULATION - (11)rabbit births - (13)rabbit deaths - Uses: (11)rabbit births - (12)rabbit crowding - (13)rabbit deaths - (15) SAVEPER = TIME STEP Units: Year The frequency with which output is stored. (16)TIME STEP - The time step for the simulation. (16) TIME STEP = 0.125 Units: Year The time step for the simulation. Uses: (15)SAVEPER - The frequency with which output is stored. 4.5 反馈回路分析 对于给定变量，列举包含该变量的所有的反馈回路。注意，尽管在建立模型 时标明了每个箭头的极性，但 Vensim 并不提供反馈性质分析。图示是包含变量 Rabbit Populationd 的反馈回路。 第 5 章 模型模拟及数据集分析 建立好了模型，就可以进行模拟和数据集分析。Vensim 的数据集分析是对 于模拟的结果—数据文件.vdf 进行比较分析。可以对于一次运行结果分析，也可 9 以对于多次运行结果(即多个 .vdf 文件)比较分析。同结构分析一样，数据集分析 一般也是对于具体的变量进行的，须先选择要分析的变量。 5.1 模型模拟 选择主菜单下面的 SET 选项，会出现下面对话框。它允许用户修改有关参数， 表函数，设定保存运行结果的文件名等。在对于同一模型反复调整参数，比较运 行结果时很重要。注意，这里对于参数和表函数的修改不会保存到模型文件中去。 另外可以利用主菜 Model 中的 Time Bounds，对于运行起始时间，步长进行 重新设定。模型运行后会产生供数据集分析用的文件.vdf。若是多次调整参数运 行同一模型，并生成不同数据文件，则图形和表格显示是多次运行结果的比较。 例如，在不同的参数条件下，运行 Limits 模型，得到数据文件：Current.vdf， Current1.vdf，Current2.vdf。下面对于变量 Rabbit Population 进行分析。首先， 在鼠标选择 Pointing 情况下，连续两次点按变量 Rabbit Population。可以看到， 该变量被选入工作台标题栏。 5.2 数据集分析的工具条 z Run Compare 运行比较：在多次运行同一模型，只是改变其参数时，显示和列举各 次运行的参数比较。在此例中，按下该工具条，则出现下面对话框。将其 Export 到剪贴板，最后得到参数比较的文本。它详细记录了三次运行模型参数的调整情 况。由于这些变化，使模型表现出不同的行为模式来。 Comparing C:\VENSIM\MODELS\CURRENT2 and C:\VENSIM\MODELS\CURRENT1 ******Constant differences between C:\VENSIM\MODELS\CURRENT2 and C:\VENSIM\MODELS\CURRENT1****** AVERAGE RABBIT LIFE - has changed in value 2 C:\VENSIM\MODELS\CURRENT2 3 C:\VENSIM\MODELS\CURRENT1 ----------------------------------------------------------- GRASS REQUIRED PER RABBIT - has changed in value 10 C:\VENSIM\MODELS\CURRENT2 12 C:\VENSIM\MODELS\CURRENT1 ----------------------------------------------------------- ******Lookup differences between C:\VENSIM\MODELS\CURRENT2 and C:\VENSIM\MODELS\CURRENT1****** EFFECT OF CROWDING ON DEATHS LOOKUP - has changed in value C:\VENSIM\MODELS\CURRENT2 C:\VENSIM\MODELS\CURRENT1 X | Y X | Y 0 | 0.5 0 | 0.5 1 | 1 1 | 1 1.778 | 1.69 1.5 | 2 2.629 | 3.063 2 | 5 3.17 | 4.613 2.5 | 10 4.098 | 7.359 4.974 | 9.894 10 z Strip 给出分析变量随时间的变化图。变量 Rabbit Population 的 Strip 图如下： z Causes Strip 结果图：给出分析变量本身及其直接作用的其它变量的 Strip 图。 C:\VENSIM\MODELS\CURRENT2 C:\VENSIM\MODELS\CURRENT1 C:\VENSIM\MODELS\CURRENT Rabbit Population 6,000 4,500 3,000 1,500 0 rabbit births 6,000 4,500 3,000 1,500 0 rabbit crowding 4 3 2 1 0 rabbit deaths 6,000 4,500 3,000 1,500 0 0 2.5 5 7.5 10 Time (Year) z Table 数据表：给出分析变量随时间变化的数据表格。 5.3 控制窗口及输出的优化 一般数据集分析是结合控制窗口的操作完成的。Vensim 提供了控制输出的 强大功能，使对于模型运行分析更方便、深入，输出结果更漂亮。 11 1. 控制窗口和控制工具条 在主菜单 Windows 中有 Control panel 选项，其中包含 Variable，Time Axis， Scalling，Datasets， Graph，与底部的控制工具条功能相同。 z Variable 变量选择：见前述。 z Time Axis 时间轴：用于选择感兴趣的时间区间。若不选择，则分析全区间。 z Scalling 纵坐标调整：有两种选择。在选择 Raw 时，曲线最高点撑满纵坐标；在 选择 Rounded 时，曲线最高点在纵坐标轴的适当的分割点，以使图形美观。 12 Rounded Raw z Datasets 数据集选择：用于选择要分析的运行结果数据文件进入数据集，见下述。 z Graph 作图：由用户选择作图，见下述。 2. 数据集选择 一般在作图前先要进行数据集选择。进入数据集选择有两种途径，一是直接 由底部工具条进入，另一是由 Control panel 选项下的 Datasets 进入。 图示，在 c:\Vensim\models 子目录下共有三个 vdf 文件，其中 CURRENT1 和 CURRENT 已列人数据集。“>>”和“<<”是用来将选择文件取出和加入数 据集的。而 Delete 选项，将会把数据文件由磁盘删除。 3. 用户自定义作图 Vensim 提供两种进入用户自定义作图的途径。一种是通过 Control panel 选项 下的 Graph，一种是通过建立方程的 Lookup 选项。通过选择显示变量，设置 X、 Y 轴划分，曲线宽度等，最后得到多个变量的比较曲线。 Variables Comparing 6,000 Rabbit 6,000 Rabbit/Year 6,000 Rabbit/Year 4 Dmnl 0 Rabbit 0 Rabbit/Year 0 Rabbit/Year 0 Dmnl 0 2 4 6 8 Time (Year) Rabbit Population - C:\VENSIM\MODELS\CURRENT2 Rabbit rabbit births - C:\VENSIM\MODELS\CURRENT2 Rabbit/Year rabbit deaths - C:\VENSIM\MODELS\CURRENT2 Rabbit/Year effect of crowding on deaths - C:\VENSIM\MODELS\CURRENT2 Dmnl 第 6 章 使用汉字变量建立模型 Vensim 中，变量的定义几乎是随意的，完全符合自然语言规范。变量名可 以直接定义成相应的单词或词组。在使用英文变量名时，一般约定状态量的第一 个字母大写，常量或表函数的字母全大写，而速率量和辅助变量的字母全部小写。 在中文 Windows 或西文 Windows 环境下，再加中文之星或其它汉字系统，我们 可以直接用变量的汉字名作为变量名用于模型。这样使模型建立、运行、分析及 模型文档的保存等非常方便易懂。下面以一个简化城市模型为例再次说明 Vensim 的模型建立、运行和分析过程。 6.1 模型建立 13 建模者：复旦大学管理学院 贾建国 1997.5 <人口迁入> 住房吸引力因子表 工作吸引力因子表 住房可得性因子表 住房土地因子表 企业土地系数表 劳动力因子表 人口初始总量 住房初始总量 企业初始总量 简化城市模型 住房占地 土地面积 企业占地 住房额定折旧率 家庭人口数 额定死亡率 额定迁出率额定迁入率 住房额定建设率 额定出生率 企业额定折旧率 企业提供平均岗位率 企业额定建设率 劳动力因子 <人口总量> 工作吸引力因子 住户数与住房比率 人口增长百分率 吸引力因子 住房吸引力因子 住房可得性因子 住房建设因子 住房土地因子 土地占用因子 企业土地系数 企业发展因子 工作岗位 企业劳动力因子 劳动力 人口死亡 劳动力与工作岗位比率 人口出生 人口迁出人口迁入 住房折旧住房建设 企业折旧企业建设 企业总量 住房总量 人口总量 • 变量的定义：先定义状态量：人口总量，住房总量，企业总量。然后再 定义速率量，并与相应的状态量连接。最后定义其它类型的变量。 • 建立因果关系：由变量之间的实际因果用箭头连接各变量。 • 输入常量数据：由 Equations 选项直接输入常量，注意定义其单位，单 位也可以是汉字。 • 输入表函数数据：先打开 Equations 选项，再选择 Lookup 下的 Graph， 有具体数据建立表函数。一般情况下，表函数的值是无单位的。 • 建立其它变量的方程式：在 Equations 选项下，直接选择有关变量运算 14 符和函数等建立，但要注意输入正确的单位。 • 注释：为了醒目，这里把状态量、速率量、常量、标函数和辅助变量区 别表示。 • 检查：可进行单位检查和模型检查。Vensim 对于模型的变量单位符合情 况可进行严格的监测，但又有较强的容错能力，即使单位有不符，也不 影响运行。 建立后的模型如上图。 6.2 静态分析 对于人口总量这一变量分析，其原因树、结果树如下图: 住房总量 住房初始总量 住房建设 (住房总量) 住房额定建设率 住房建设因子 住房折旧 (住房总量) 住房额定折旧率 住房总量 土地占用因子 企业土地系数 住房土地因子 住房建设 (住房总量) 住房折旧 (住房总量) 住户数与住房比率 住房可得性因子 住房吸引力因子 反馈列举如下：共有 6 个反馈回路经过该变量。 Loop Number 1 of length 1 住房总量 住房建设 Loop Number 2 of length 1 住房总量 住房折旧 Loop Number 3 of length 4 住房总量 住户数与住房比率 住房可得性因子 住房建设因子 住房建设 Loop Number 4 of length 4 住房总量 土地占用因子 住房土地因子 住房建设因子 住房建设 Loop Number 5 of length 15 住房总量 住户数与住房比率 15 住房吸引力因子 吸引力因子 人口迁入 人口总量 劳动力 劳动力与工作岗位比率 企业劳动力因子 企业发展因子 企业建设 企业总量 土地占用因子 住房土地因子 住房建设因子 住房建设 Loop Number 6 of length 15 住房总量 土地占用因子 企业土地系数 企业发展因子 企业建设 企业总量 工作岗位 劳动力与工作岗位比率 工作吸引力因子 吸引力因子 人口迁入 人口总量 住户数与住房比率 住房可得性因子 住房建设因子 住房建设 模型文档如下： (01) 额定出生率 =0.03 Units: 1/年 Uses: (26)人口出生 - (02) 额定迁出率 = 0.07 Units: 1/年 Uses: (27)人口迁出 - ……………………………….. ………………………………. (37)住房初始总量 - 16 (40)住房建设 - (49)住房折旧 - Uses: (34)土地占用因子 - (40)住房建设 - (49)住房折旧 - (51)住户数与住房比率 - (51) 住户数与住房比率 = 人口总量/(家庭人口数*住房总量) Units: 户/房 (31)人口总量 - (50)住房总量 - (08)家庭人口数 - Uses: (42)住房可得性因子 - (46)住房吸引力因子 - (52) SAVEPER = 1 Units: 年 The frequency with which output is stored. (53) TIME STEP = 1 Units: 年 The time step for the simulation. 6.3 模型模拟 先按原模型数据模拟一次，再改变住房土地因子表和企业土地因子表模 拟一次，得到数据文件 city.vdf 和 city1.vdf。由运行参数比较获得以下： Comparing CITY and CITY1 ******Constant differences between CITY and CITY1****** FINAL TIME - has changed in value 50 CITY 100 CITY1 ----------------------------------------------------------- ******Lookup differences between CITY and CITY1****** 企业土地系数表 - has changed in value CITY CITY1 X | Y X | Y 0 | 1 -0.005155 | 0.7254 0.1 | 1.15 0.1289 | 0.838 0.2 | 1.3 0.2294 | 0.9437 0.3 | 1.4 0.3093 | 1.049 0.4 | 1.45 0.4175 | 1.19 0.5 | 1.4 0.4948 | 1.282 0.6 | 1.3 0.567 | 1.394 0.7 | 0.9 0.6211 | 1.493 0.8 | 0.5 0.6985 | 1.585 0.9 | 0.25 0.7448 | 1.62 1 | 0 0.7938 | 1.655 17 0.8376|1.634 0.8686|1.535 0.8969|1.373 0.9046|1.169 0.9072|1.155 1|0 住房土地因子表 - has changed in value CITY CITY1 X | Y X | Y 0 | 0.4 0 | 0.4 0.1 | 0.7 0.1 | 0.7 0.2 | 1 0.2 | 1 0.3 | 1.25 0.2655 | 1.282 0.4 | 1.45 0.3247 | 1.493 0.5 | 1.5 0.3814 | 1.606 0.6 | 1.5 0.3814 | 1.599 0.7 | 1.4 0.4562 | 1.606 0.8 | 1 0.5541 | 1.415 0.9 | 0.5 0.634 | 1 1 | 0 0.7088 | 0.6549 0.8299|0.3451 1|0 6.3 数据集分析 下图分别是住房总量随时间的变化图，它的直接决定变量随时间的变化图, 及它所直接决定的变量随时间的变化图。 CITY CITY1 住房总量 200,000 100,000 0 0 25 Time (年) 50 18 CITY CITY1 住房总量 200,000 100,000 0 住房建设 4,000 2,000 0 住房折旧 2,000 1,000 0 0 12.5 25 37.5 50 Time (年) 住房初始总量 CITY: 14,000 CITY1: 14,000 CITY CITY1 住房总量 200,000 100,000 0 土地占用因子 2 1 0 住房建设 4,000 2,000 0 住房折旧 2,000 1,000 0 住户数与住房比率 1 .5 0 0 12.5 25 37.5 50 Time (年) 第 7 章 真实性检验 证实所建立的模型的合理性和有效性，有好多方法。而 Vensim 所提供的真 实性检验(Reality Check)是一种非常有效的方法和工具。它也是 Vensim 的一个主 要特征。 19 7.1 真实性检验的概念 模型是对于现实存在的系统的简化和抽象。我们可以由建立的模型方便的得 到系统的行为模式。但如何确定这些行为模式正确性？常用的一种方法是对照现 实的情况，仔细分析运行得到的各个变量时间序列数据及其相互关系。在系统复 杂、变量多情况下，这是很困难的。一种简单有效的方法是首先确定模型的正确 性。如果模型不违反基本的常识和规则，模型本身的合理性得到了检验，则系统 的行为模式的真实性就有了保证。真实性检验由这一思想出发，提供了一种简便 和有效的方法和工具。 根据要研究的系统的基本情况，我们一般可以提出模型应该遵守的一些基本 假定。这些基本假定是保证模型正确的必要条件，构成了对于模型正确性的一系 列约束。真实性检验就是在模型建立后，通过标准的约束描述语言，具体地描述 这些约束，并通过运行模型，自动的检验系统的行为模式是否违反这些约束。若 违反，说明模型尚不完善，则要调整模型的结构和参数，直到符合这些约束条件。 真实性检验的描述部分完全独立于模型本身，不会改变模型结构和行为模式。 7.2 模型真实性检验的定义 1.变量的命名 检验语句是对于假设的描述，是由实际系统出发对于模型的行为模式的断 言。它一般包含的变量是“判断句”。有别于一般的变量用名词命名，它一般用 表示判断的短语命名。例如：no worker no production, rain means flooding。 2. 输入测试变量(Test Input)