李　迎（華北電力大學(xué),河北　保定　071000）

計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)在高等教育中的應(yīng)用

李迎
（華北電力大學(xué),河北保定071000）

摘要：計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)對(duì)高等教育的發(fā)展的作用越來(lái)越大。計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)可以應(yīng)用到高等教育的實(shí)驗(yàn)，教學(xué)等各個(gè)方面，使學(xué)生對(duì)于課程的理解更加容易，對(duì)所學(xué)科目有更直觀的理解，和感受，并且能夠有效的降低教學(xué)成本，節(jié)省教育資金，最大效用的發(fā)揮現(xiàn)有資源的價(jià)值愛(ài)。本文通過(guò)介紹計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)在交通流和排隊(duì)論中的具體應(yīng)用，具體的闡述了交通流和排隊(duì)論在現(xiàn)代高等教育領(lǐng)域中的作用和地位，并且可以直觀的了解到，計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)對(duì)推動(dòng)高等教育的發(fā)展發(fā)揮著不可替代的作用。

關(guān)鍵詞：計(jì)算機(jī)仿真技術(shù);高等教育;交通流;排隊(duì)論

如今，高等教育的發(fā)展也越來(lái)越得到重視。隨著科技的發(fā)展，計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)的應(yīng)用范也越來(lái)越廣。然而在高等教育的教學(xué)中，由于教育資金的限制，不可能所有高校都配備一流的真實(shí)的實(shí)驗(yàn)設(shè)備，而計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)成本低廉，把計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)應(yīng)用在高等教育中，能夠有效的推進(jìn)高等教育的發(fā)展，降低教育教學(xué)成本，使學(xué)生能夠?qū)τ诳茖W(xué)的理解更加深刻。

計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)是涉及現(xiàn)代學(xué)科最多的一門新型技術(shù)之一。它涉及到數(shù)學(xué)(包括數(shù)值分析)、統(tǒng)計(jì)學(xué)、運(yùn)籌學(xué)、系統(tǒng)論與系統(tǒng)工程學(xué)、管理學(xué)等。同時(shí)，計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)已經(jīng)滲透到了社會(huì)的各個(gè)領(lǐng)域，包括交通領(lǐng)域，制造領(lǐng)域等。把計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)應(yīng)用到高等教育中，能夠使學(xué)生對(duì)于所學(xué)專業(yè)知識(shí)產(chǎn)生更加深刻的理解，并且可以有效的降低成本，節(jié)省教育經(jīng)費(fèi)。下面將以交通流問(wèn)題和排隊(duì)論問(wèn)題為例，具體解釋計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)的特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)。

1　計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)應(yīng)用實(shí)例

交通流問(wèn)題和排隊(duì)論問(wèn)題是生活中常見(jiàn)的問(wèn)題。首先，如今交通已經(jīng)成為世界性的難題，交通堵塞帶來(lái)了巨大的社會(huì)壓力和經(jīng)濟(jì)損失。作為交通工程學(xué)的基礎(chǔ)理論，多年來(lái)交通流理論廣泛應(yīng)用于交通運(yùn)輸工程的許多研究領(lǐng)域:如交通規(guī)劃、交通控制道路與交通工程設(shè)施設(shè)計(jì)等方面。利用計(jì)算機(jī)仿真的方法，可以使學(xué)生更加深刻的認(rèn)識(shí)交通流的本質(zhì)，加深對(duì)交通理論的理解。第二，排隊(duì)論(QueuingTheory)，是研究系統(tǒng)隨機(jī)聚散現(xiàn)象和隨機(jī)服務(wù)系統(tǒng)工作過(guò)程的數(shù)學(xué)理論和方法，又稱隨機(jī)服務(wù)系統(tǒng)理論，為運(yùn)籌學(xué)的一個(gè)分支。排隊(duì)論的數(shù)學(xué)公式很復(fù)雜，但是通過(guò)計(jì)算機(jī)仿真的方式，學(xué)生可以直觀的看出排隊(duì)理論的本質(zhì)。

2　交通流問(wèn)題

交通流理論主要有四個(gè)方面的應(yīng)用。

2.1概率論的應(yīng)用

通常是利用概率論的方法探究車流分布情況。車流統(tǒng)計(jì)情況的分布是利用概率論的方法探究交通情況，并且也會(huì)應(yīng)用在彎道長(zhǎng)度設(shè)計(jì)、人行橫道信號(hào)燈設(shè)計(jì)、道路通行能力及道路限速方面的確定等方面。

2.2排隊(duì)論的應(yīng)用

排隊(duì)論是研究分析某一對(duì)象出現(xiàn)排隊(duì)并產(chǎn)生擁擠現(xiàn)象的一種數(shù)學(xué)分析理論。同時(shí)也是運(yùn)籌學(xué)研究方向的一個(gè)重要分支。排隊(duì)論研究的主要問(wèn)題是對(duì)象排隊(duì)時(shí)間，排隊(duì)長(zhǎng)度計(jì)算，以使得能夠合理協(xié)調(diào)、分析“被服務(wù)的對(duì)象”與“提供服務(wù)的系統(tǒng)”之間的聯(lián)系，使得能夠盡量滿足被服務(wù)對(duì)象的要求，并且能夠降低經(jīng)費(fèi)支出。

2.3車流波理論

首先將交通流比作為一種流體，把道路車流的密度比作為車流波。車流波的理論就是假設(shè)車流情況因道路情況或者交通情況的突變從而導(dǎo)致道路車流密度突變時(shí)，在道路中產(chǎn)生傳播的交通波，然后分析車流的密度及車流的速度等參數(shù)變化。

2.4跟車?yán)碚?/p>

運(yùn)用動(dòng)力學(xué)方法研究車輛行駛時(shí)，后車行駛狀態(tài)受到前車的影響，此理論就是用數(shù)學(xué)方法分析這種影響。因?yàn)榉治龅膶?duì)象是一輛車輛在道路行駛過(guò)程中的相互影響，因此是一種微觀分析。在車流連續(xù)的時(shí)候，后車通常要與前車保持一定的行車距離所以要經(jīng)常跟隨變化車速。交通流的問(wèn)題可以用計(jì)算機(jī)仿真的方法進(jìn)行分析。其中，元胞自動(dòng)機(jī)是非常常用的方法。散布在規(guī)則格網(wǎng)(LаtticeGrid)中的每一元胞(Cell)取有限的離散狀態(tài)，遵循同樣的作用規(guī)則，依據(jù)確定的局部規(guī)則作同步更新。大量元胞通過(guò)簡(jiǎn)單的相互作用而構(gòu)成動(dòng)態(tài)系統(tǒng)的演化。

在建立模型時(shí)，以每一個(gè)元胞為一個(gè)車輛，設(shè)定每一個(gè)車輛的速度及其他的參數(shù)，設(shè)置車輛的行駛行為和隨機(jī)變化規(guī)則。這樣就可以模擬復(fù)雜的交通現(xiàn)象。并且經(jīng)過(guò)分析，人們不僅可以得到每個(gè)車輛的參數(shù)，并且可以得到整體交通狀況的宏觀參數(shù)。通過(guò)這種方法，可以簡(jiǎn)化交通流問(wèn)題，使學(xué)生更加容易的理解交通流理論，并可以通過(guò)這種方式，驗(yàn)證新的解決交通擁堵問(wèn)題的方法。

3　排隊(duì)論

排隊(duì)論(queuingtheory),或稱隨機(jī)服務(wù)系統(tǒng)理論，排隊(duì)論研究的內(nèi)容有3個(gè)方面：統(tǒng)計(jì)推斷，根據(jù)資料建立模型；系統(tǒng)的性態(tài)，即和排隊(duì)有關(guān)的數(shù)量指標(biāo)的概率規(guī)律性；系統(tǒng)的優(yōu)化問(wèn)題。其目的是正確設(shè)計(jì)和有效運(yùn)行各個(gè)服務(wù)系統(tǒng)，提高服務(wù)效率。分析排隊(duì)論的數(shù)學(xué)方法很復(fù)雜，但是通過(guò)計(jì)算機(jī)仿真的方法，可以很直觀的看出排隊(duì)狀態(tài)。

在建立模型時(shí)，首先設(shè)置顧客到達(dá)服務(wù)系統(tǒng)的規(guī)律，一般用兩個(gè)顧客到達(dá)的時(shí)間間隔描述。然后確定排隊(duì)規(guī)則，一般有三種：等待制，損失制，混合制。最后設(shè)置服務(wù)機(jī)構(gòu)。通過(guò)仿真的方法，可以計(jì)算服務(wù)系統(tǒng)的各項(xiàng)指標(biāo)，為改進(jìn)服務(wù)系統(tǒng)提供依據(jù)。

4　結(jié)語(yǔ)

通過(guò)以上兩個(gè)例子，可以看出，計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)在高等教育中的地位是十分重要的，并且會(huì)使得高等教育的發(fā)展更加迅速。

參考文獻(xiàn)：

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[3]歐忠輝.關(guān)于交通流模型中的若干問(wèn)題[D].復(fù)旦大學(xué),2004.

作者簡(jiǎn)介：李迎(1994-),男，河北河間人，本科，研究方向：自動(dòng)化。