电力电子半实物仿真 半实物仿真


系统仿真(半实物仿真)
方法
提到研究方法,根据你所在学科的不同,一定能想到不同的名词 。

电力电子半实物仿真 半实物仿真

文章插图
学理工科的,可能会想到实验法 。
学社会科学的,可能会想到问卷调查、访谈等 。
这里,我给你介绍一种稍稍另类的研究方法 —— 复杂系统仿真 。
1948 年,美国数学家,信息论的创始人之一 Warren Weaver 提出了 3 类科学问题划分 。
这三类问题分别是: 简单问题
无组织复杂问题
有组织复杂问题
所谓简单问题,就是研究少数变量之间的关系 。例如你中学物理课学到过的,描述电阻、电压和电流关联的欧姆定律 。这一类问题,到了 19 世纪末,就已经能够被解决了 。
所谓无组织复杂问题,是指研究对象变量非常多,但是这些变量之间没有强联系,因此可以被近似当做一个整体来简单化处理 。
例如气压,它源自于数千亿无组织空气分子的运动 。温度和气压之间,是存在关联的 。
但是,我们要理解气压和温度之间的关系,是不需要一一考察那无数分子的个体情况,只需要把气压当成一个总体来处理就好 。这类的问题,到了 20 世纪中叶,也都获得了解决 。
聪明的你,一定已经想到了这最后一类 "有组织复杂问题" 的定义了 。
没错,如果我们的研究对象包括许多变量,而这些变量之间的关系不是微弱的,而恰恰是一种研究者不喜欢看到的 "强非线性" 关联,那么这类问题,就叫做有组织复杂问题 。
例如,小麦的价格如何确定?货币如何有效、明智与稳定地投放?
这些问题,历史上有无数的聪明人,希望通过明确的数学公式来一劳永逸地解决它们 。但是尝试过后,效果很不理想 。
更要命的是,我们生活的社会里,越是与真实情况相近的问题,就越是具备有组织复杂问题的特性 。不信你可以问问企业的管理者 。
那么,面对这样的问题,我们该怎么办呢?
社会实验肯定是解决的有效方法之一 。就如同历史上那些伟大的社会实验,例如: 六度分割实验
权威服从实验
问题是,不是什么时候,我们都可以选择社会实验法的 。这里就会涉及到科研伦理问题 。
例如说,我们要研究灾难发生时候逃生通道的情况,以便更好地设计安全的场馆;我们要研究病毒的传播路径,以便更好地防控疫情 。
这种灾难,显然不能在真实场景中进行实验,否则后果不堪设想 。
这就需要复杂系统仿真方法出场了 。
仿真
什么叫做仿真呢?
就是用一个模型,来模拟真实世界的情况,给出一个近似结果 。
仿真方法不稀奇 。就连数学上概率问题的抛硬币,你都可以用 R 语言来轻易实现一个仿真 。
以上抛硬币仿真代码来自这个地址 。
但是问题在于,对于复杂系统的仿真,和它是有区别的 。
前面提到了,复杂系统的特性,是变量多,而且具有强非线性关联 。
因此,这种仿真,对工具是有要求的 。即 能够描摹个体的特性与行为
能够刻画个体之间随时间步发生的交互作用
当然,如果你是高手,完全可以随便找来一种高级语言,从头开发自己的仿真工具 。就如同有些高手,一言不合,就喜欢拿起汇编语言自己编程玩儿 。
但是,这显然不适合普通人 。
作为普通人来说,我们最好还是使用别人搭建好的仿真框架,在上面运行求解自己感兴趣的问题 。
我做硕士毕业论文的时候,曾经使用过 Sante Fe 研究所开发的 Swarm 仿真工具,模拟无线局域网络中,通过作弊方式获得高带宽的用户行为 。


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