“复杂系统建模仿真一体化理论与方法学研究”

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1、“复杂系统建模仿真一体化理论与方法学研究”摘要：复杂系统，指的是一类具有“系统组成关系复杂、系统机理复杂、系统的子系统间以及系统与其环境之间交互关系复杂和能量交换复杂、总体行为具有非线性，自组织、混沌、涌现等特点的系统”。典型的复杂系统如航空航天工程系统；国民经济社会系统；人、动物、植物等生命系统；气候、电磁等环境系统，以及C4ISR、攻防体系等军事系统等。针对这些复杂系统的研究与分析对促进国民社会经济发展、巩固加强国防建设有着十分重大的意义。复杂系统是一门新兴的前沿科学领域，其研究与分析涉及众多学科的

2、交叉与集成。实践表明，基于信息、自动化、系统科学的建模仿真系统与技术是复杂系统研究与分析必需的重要手段。但是，至今还缺乏对复杂系统建模仿真系统与技术的整体性和基础性研究，缺乏在基础理论与方法学上的关键性创新与突破，更没有形成“复杂系统建模仿真的一体化理论与方法学”。本项目将根据复杂系统建模仿真的应用需求，针对复杂系统的组成及其行为特点，创新性地吸收、融合和发展信息、建模仿真、系统科学、自动化和人工智能等相关学科的理论、方法与技术，站在共性、概括的高度，研究复杂系统建模仿真一体化理论与方法学，其中，具有创

3、新性的研究内容包括：（1）连续离散混合，定性定量结合，多粒度，动态演进的复杂系统建模理论与方法；（2）连续、离散、定性三类模型及其混合系统模型高效解算的多核/多机并行仿真理论与方法；（3）有“人”参与的定性定量结合的复杂系统仿真结果分析理论与方法；（4）“以人和任务为中心”、具有对建模仿真资源按需动态共享、协同、容错迁移能力的智能化建模仿真集成环境的构建和运行的理论与方法；（5）研制出一个复杂系统建模仿真集成运行环境雏型并给出工程及非工程复杂系统一体化建模仿真应用的二类范例。6正文：复杂系统，指的是一类

4、具有“系统组成关系复杂、系统机理复杂、系统的子系统间以及系统与其环境之间交互关系复杂和能量交换复杂、总体行为具有非线性，自组织、混沌、涌现等特点的系统”。典型的复杂系统如航空航天工程系统；国民经济社会系统；人、动物、植物等生命系统；气候、电磁等环境系统，以及C4ISR、攻防体系等军事系统等。针对这些复杂系统的研究与分析对促进国民社会经济发展、巩固加强国防建设有着十分重大的意义。复杂系统是一门新兴的前沿科学领域，其研究与分析涉及众多学科的交叉与集成。实践表明，基于信息、自动化、系统科学的建模仿真系统与技术

5、是复杂系统研究与分析必需的重要手段。如图所示。但是，至今还缺乏对复杂系统建模仿真系统与技术的整体性和基础性研究，更没有形成“复杂系统建模仿真的一体化理论与方法学”。图1典型复杂气象系统：红外气象监测6图2典型复杂工程系统：型号多学科虚拟样机系统图3典型复杂生命系统：脑部三维成像实验6图4典型复杂社会系统：国家行政网络区域规划本项目将根据复杂系统建模仿真的应用需求，针对复杂系统的组成及其行为特点，吸收、融合和发展信息、建模仿真、系统科学、自动化和人工智能等相关学科的理论、方法与技术，站在共性、概括的高度，

6、研究复杂系统建模仿真一体化理论与方法学，其中，具有创新性的研究内容包括：1）连续离散混合，定性定量结合，多粒度，动态演进的复杂系统建模理论与方法研究l基于智能化技术（如智能主体、免疫、模糊、定性等）展开复杂系统的建模与验模理论与方法研究；l针对复杂系统各种系统模型（连续、离散、定性、优化等）复杂耦合的特点，研究复杂系统定性/定量、多模式、集成建模与验模理论与方法；l研究复杂系统全生命周期多粒度、动态、演进建模与验模方法。2）连续、离散、定性三类模型及其混合系统模型高效解算的多核/多机并行仿真理论与方法研

7、究l面向多领域复杂系统仿真分析，研究连续离散混合DAE（微分代数方程）问题数值算法、实时仿真中的高效积分算法、定性仿真中的高效推理算法以及定性定量混合的模型解算方法；l面向复杂系统大规模计算问题求解环境，研究通用的多核/多机并行化的高效仿真求解算法及智能优化算法。63）有“人”参与的定性定量结合的复杂系统仿真结果分析理论与方法研究l针对决策系统、社会系统等有“人”参与的复杂系统，结合专家系统、集成研讨厅、定性仿真等智能化技术，研究解决定性定量混合的复杂系统仿真分析与优化设计的理论与方法；l融合电子学、心

8、理学、控制学、计算机图形学、数据库设计、实时分布系统和多媒体技术等多学科技术，研究军事及工业制造管理等复杂系统相关领域的虚实结合系统的理论与方法。4）“以人和任务为中心”、具有对建模仿真资源按需动态共享、协同、容错迁移能力的智能化建模仿真集成环境的构建和运行的理论与方法研究l研究具有分布、异构、协同、互操作、共享重用等性能的网络化复杂系统仿真集成运行环境体系结构；l“以任务为中心”，研究基于虚拟化及云计算技术的复杂仿真系统按需动态构建与调度