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DEVS是國際著名建模仿真專傢Bernard Zeigler教授提齣的一種仿真模型描述規範，是仿真領域至今影響*大的理論體係，近年來被廣泛應用於復雜係統（體係）的建模仿真。本書係統地介紹瞭基於DEVS的建模環境MS4 Me及相關技術，並采用大量生動的案例詳細介紹瞭如何在該環境下開展各類係統的建模及仿真試驗。是一本學習和使用DEVS的重要讀物。
內容簡介
本書以全新的編排方式,由淺入深,循循漸進,並吸收現代計算方法介紹信號與係統的基本內容,包括:信號與係統分析的基本概念與方法;連續時間係統與離散時間係統的時域分析;連續信號的傅裏葉變換與係統的頻域分析;連續信號的拉普拉斯變換與係統本書反應瞭齊格勒教授及其團隊在DEVS方麵*新的研究與應用成果，係統且詳細地介紹瞭如何利用DEVS和係統實體結構（SES），在MS4 Me等軟件環境支持下，開展各類復雜係統的虛擬構建及仿真試驗。
本書共分為三篇，即基本概念篇、高級概念篇和應用篇。第1篇基本概念篇（1至8章）從體係建模仿真的需求引齣虛擬構建與試驗的概念，這是全書的主題和綫索。隨後從不同角度介紹瞭一個可支持虛擬構建與試驗的基於DEVS的建模仿真環境MS4 Me，這是第*個商業化DEVS産品。之後的幾章對DEVS和SES基本原理進行瞭較為係統的介紹，對其中涉及的一些基本概念進行瞭講解，如特化和修剪，方麵和多方麵等。
第2篇高級概念篇（9至12章）進一步介紹瞭MS4 Me等建模仿真環境中所涉及的更加深入的概念和技術，包括DEVS仿真協議、智能體建模和發布/訂閱、基於興趣關注的信息交換、構建DEVS模型的語言等。
第3篇應用篇（13至18章）通過多個實例，介紹瞭前兩篇的概念和工具如何支持針對不同類型係統的虛擬構建與試驗。
目錄
目錄
第Ⅰ篇基 本 概 念
第1章體係建模與仿真
1.1虛擬構建與試驗
1.2麵嚮虛擬構建與試驗的建模和仿真內涵
1.3多範式建模實現多學科協同
1.4學術背景
1.5體係建模和仿真入門
第2章DEVS集成開發環境
2.1MS4 Me建模仿真環境
2.1.1針對建模仿真用戶的介紹
2.1.2針對建模仿真開發人員的介紹
2.2針對建模仿真專傢的介紹
2.2.1係統結構和行為
2.2.2有限確定性DEVS
2.2.3係統實體結構
2.3爵士樂隊案例
2.4本章小結
附錄DEVS的關鍵屬性
參考文獻
第3章係統實體結構基礎
3.1建模仿真的簡單流程
3.2建模仿真過程組件的分解和耦閤
3.3建模仿真過程的分層結構
3.4本章小結
第4章DEVS自然語言模型及其細化
4.1在時間序列中生成作業的FDDEVS模型
4.2處理作業的FDDEVS模型
4.3簡單的工作流耦閤模型
4.4在Java中將FDDEVS細化為具有完整能力的模型
4.5將ProcessorOfJobs細化為Java模型
4.6變換器： 測量作業完成時間和吞吐量的模型
4.7使用細化過程處理不確定性狀態轉換
4.8使用細化過程處理多路並發輸入
4.9使用細化過程生成多路並發輸齣
4.10使用時序圖加快模型開發過程
4.11本章小結
附錄變換器FDDEVS文件(Transducer.dnl)
第5章特化和修剪
5.1特化
5.2特化的修剪
5.3特化的多次齣現
5.4添加特化的規則： 沒有規則
5.4.1根實體下的特化
5.4.2方麵實體下的特化
5.4.3特化實體下的特化
5.4.4組閤特化
5.5變量和特化
5.6本章小結
第6章方麵和多方麵
6.1多方麵(分解)
6.1.1錶達同一實體的不同方麵
6.1.2修剪方麵
6.1.3方麵： 視角和抽象
6.2多方麵——實體的多個相關分解
6.2.1方麵的局限性
6.2.2多方麵重組
6.2.3多方麵修剪
6.2.4多方麵統一耦閤
6.2.5一對多和多對一的耦閤
6.2.6基於多方麵的分層構建
6.2.7統一成對耦閤
6.2.8預定義的耦閤規格說明
6.3本章小結
參考文獻
第7章管理修剪中的繼承
7.1創建帶下畫綫的實例
7.2指定繼承的基類
7.3配置基類
7.4修剪中的繼承
7.5指定來自子類的繼承
7.6本章小結
第8章自動修剪和基於規則的修剪
8.1自動修剪
8.1.1枚舉修剪
8.1.2隨機修剪
8.2上下文無關修剪及上下文相關修剪
8.2.1上下文相關選擇的修剪算法
8.2.2有條件的基於規則的修剪
8.2.3unless或if�瞡ot條件規則
8.2.4實例： 時間嚴格(time�瞔ritical)的建模與仿真
8.2.5從剩餘選項中隨機選擇
8.3本章小結
參考文獻
第Ⅱ篇高 級 概 念
第9章DEVS仿真協議
9.1DEVS仿真協議概述
9.2DEVS仿真協議在MS4 Me中的體現
9.2.1接口對象
9.2.2輸入輸齣端口
9.2.3有限確定性離散事件仿真係統(FDDEVS)規格說明
9.3實現DEVS協議的分布式仿真
9.3.1標準的DEVS協議實現
9.3.2基於點對點消息交互的DEVS協議實現
9.3.3基於實時消息交互的DEVS協議實現
9.4作為仿真互操作標準的DEVS協議
9.4.1帶事件調度仿真器的DEVS協議
9.4.2關於仿真的互操作性的經驗教訓
9.5本章小結
附錄ASimulator.dnl摘錄
附錄BCoordinator.dnl摘錄
參考文獻
第10章動態結構： 智能體建模和發布/訂閱
10.1動態結構和智能體建模
10.2基於發布/訂閱的數據分發機製
10.2.1發布者
10.2.2訂閱者
10.2.3發布/訂閱路由器
10.2.4發布/訂閱操作
10.3數據分發服務
10.3.1數據分發服務中的DEVS仿真協議
10.3.2DEVS信息
10.3.3相關端口和通信主題
10.4本章小結
附錄AExcerpts from PublishSubscribeRouter.dnl
附錄BExcerpts from Agent.dnl
參考文獻
第11章基於興趣關注的信息交換：映射與模型
11.1背景
11.1.1汽車購買中的信息框架應用實例
11.2網絡數據收集裏的應用
11.2.1網絡流量數據錶示
11.3映射方法
11.3.1多方麵映射
11.4交換XML的DEVS模型
11.4.1生成XML文件的模型
11.4.2用DEVS模型描述基於係統實體結構的
XML映射
11.4.3主係統實體結構到基於興趣關注的係統
實體結構的映射
11.4.4交換相同XML的模型
11.5本章小結
附錄係統實體結構實例
參考文獻
第12章構建DEVS模型的語言
12.1原子模型的受限自然語言規格說明
12.1.1FDDEVS模型的局限性
12.1.2FDDEVS增強設施
12.1.3增強設施的開發優勢
12.2分層耦閤模型的受限自然語言規格說明
12.3DEVS和UML
12.4本章小結
附錄FDDEVS的形式化定義
參考文獻
第Ⅲ篇應用
第13章柔性建模的支撐環境
13.1通過開發過程支持多路徑
13.2SOA(麵嚮服務架構)中作為服務的建模仿真工具
13.3實例研究： 分體式衛星係統
13.3.1建模仿真支撐環境如何適應各類利益相關方
13.3.2係統實體結構： MSE柔性的關鍵支撐
13.3.3建模仿真支撐環境的實現： 麵嚮服務架構
13.3.4建模仿真支撐環境的仿真服務
13.3.5使用Web服務的仿真
13.4建模仿真支撐環境操作： 綫程實例
13.5本章小結
附錄
參考文獻
第14章基於服務的軟件係統
14.1引言
14.2基於服務的軟件係統
14.3麵嚮服務的體係架構
14.4SOA�睤EVS仿真建模
14.4.1簡單模型
14.4.2復閤模型
14.5SOA�睤EVS 模型組件
14.5.1通用消息
14.5.2簡單服務
14.5.3復閤服務模型
14.6仿真模型範例
14.7動態結構SOAD
14.7.1代理�倉蔥心Ｐ蛻杓�
14.7.2扁平和分層模型組閤
14.8本章小結
14.9練習
參考文獻
第15章雲係統仿真建模
15.1引言
15.2軟件/硬件協同設計
15.3SOC�睤EVS SW/HW建模
15.3.1軟件服務係統模型
15.3.2硬件係統模型
15.3.3服務係統映射
15.4麵嚮服務的語音通信係統
15.4.1基本度量
15.4.2仿真參數估計
15.4.3實驗設置和執行
15.4.4實例仿真結果
15.5本章小結
參考文獻
第16章體係模型庫
16.1引言
16.2邏輯化、可視化和持久化建模的統一
16.2.1簡單的網絡病毒模型
16.2.2模闆、模闆實例和實例模型的類型
16.2.3仿真和非仿真類型的模型
16.2.4邏輯模型
16.2.5可視化模型
16.2.6持久化模型
16.2.7模型命名空間
16.3CoSMoS進程生命周期
16.4CoSMoS雲建模
16.4.1硬件模型
16.4.2軟件模型
16.4.3軟件(服務)係統映射模型
16.4.4模型約束
16.5本章小結
參考文獻
第17章基於體係的生命係統建模與仿真
17.1生命係統建模與仿真中的挑戰
17.2DEVS和VLE為何適用於生命係統建模和仿真
17.2.1係統方法： 湧現與規模轉換
17.2.2異構形式和生命係統復雜性
17.2.3VLE和試驗計劃
17.3動物流行病的監測和控製
17.3.1動機和目標
17.3.2模型描述
17.3.3仿真結果
17.4植物生長模型
17.4.1動機和目標
17.4.2Ecomeristem模型
17.4.3總體功能
17.4.4拓撲
17.4.5DEVS的實現
17.4.6驗證
17.4.7結論
17.5生命係統的模型連續性
17.6本章小結
參考文獻
第18章基於活躍度的體係實現
18.1能量與活躍度
18.2體係原型構建
18.3實驗框架和定時需求
18.4體係模型中的能量和活躍度
18.5活躍度概念綜述
18.6定時需求、能量和活躍度
18.7體係實例： 撲救森林火災
18.8體係硬件實現的有關活動
18.9實驗測試
18.10本章小結
附錄Quantizer.dnl
精彩書摘
第3章係統實體結構基礎
在這一章中，將會看到係統實體結構(SES)是如何幫助構建復雜係統模型的。實際上，SES可以讓我們更好地瞭解構建模型的過程。建模仿真(M&S;)指的是為不同的目的而開展的一係列活動，例如通過仿真建模可以從可選的方案中選齣最閤適的； 針對復雜的技術建立仿真器用於訓練； 提供對搭建虛擬環境的支持以及提供對復雜係統的測試(正如第1章所講的)。在學習基於離散事件仿真(DEVS)工具的建模仿真理論(本書的重點)之前，站在一定的高度弄明白建模仿真(M&S;)過程中的活動是很有幫助的。
將活動可視化為一個過程或者是完成一項任務的一係列步驟(在某種程度上類似於軟件開發過程)，雖然有些簡單，但的確是一個好的開始。這裏討論的M&S;任務是利用仿真模型幫助我們從可選的方案中做齣最好的決策。這一過程可以用以下步驟描述。
(1) 明確本次建模仿真任務的目標——用於決策選擇的模型開發可能隱含多種不同的目標。
(2) 收集相關數據。
(3) 構建模型。
(4) 運行模型。
(5) 解釋仿真結果。
這裏需要注意，雖然構建模型和運行模型是這一過程的核心，其他的活動，例如基礎工作(步驟1、2)和結果說明(步驟5)也是不能忽略的。作為一個建模仿真開發人員，成功很大程度上依賴於對這些次要活動的理解和與其他人的閤作能力。
3.1建模仿真的簡單流程
在這種簡單的形式中，建模仿真過程可以用“瀑布”的形式來錶示，它從開始運行一直到結束而不會中途返迴到之前的步驟(如圖3.1所示)。
接下來將使用這種建模仿真的活動形式來介紹係統實體結構(SES)和DEVS的建模支撐工具MS4 Me。在後麵的第13章，將返迴來討論MS4 Me是如何支持更真實更靈活的建模仿真過程的。
本書將會使用MS4 Me環境中的相關工具，利用係統實體結構(SES)構建圖3.1中描述的建模仿真過程。圖3.2展示瞭利用MS4 Me開展圖3.1所示建模仿真過程的架構圖。可以看齣在圖3.2中，建模仿真過程被當作是一個實體MSProcessSystem，這個實體被分解成為圖3.1中的各個步驟，這些步驟也分彆對應於圖3.2中具有相關名字的實體。
圖3.1“瀑布”形式的建模仿真過程
圖3.2建模仿真過程的係統實體結構圖
我們將以這種形式分彆介紹建模仿真的各種活動和係統實體結構的基本形式。基於上述過程，可以生成一個仿真過程的動畫，在這個仿真動畫中可以看到，代錶仿真對象一係列活動的各個模
依次被激活和這些模塊之間的消息流動。
3.2建模仿真過程組件的分解和耦閤
SES的兩個特性是分解和耦閤。分解指的是如何將一個實體分解成為多個實體，這些分解齣來的實體在後麵可以代錶一個模型中的各個組件。耦閤指的是組件之間信息如何流動。接下來看看MS4 Me環境是如何幫助我們構建SES的。第一步，指定SES的頂級實體和它的子實體，如下所示：
From the process perspective,MSProcessSystem is made ofUser,ClarifyObjectivesStep,
DataGatherStep,ConstructModelStep,ExecuteModelStep,and InterpretResultsStep!
注意，這些子實體(忽略順序)在“is made of”短語之後，它們作為組件在一個特殊的分解標簽之後，例如“From the…perspective”短語的“process”標簽。這句話的常數部分用加粗字體錶示，用戶消息部分用普通字體錶示。“process”標簽使我們能夠將組件耦閤在一起。例如下麵這句話：
From the process perspective,User sends InitialObjectives to ClarifyObjectivesStep!
這句話說明瞭User組件能夠發送名為InitialObjectives的消息給ClarifyObjectivesStep組件。一個模型在任何時間是否真正輸齣InitialObjectives依賴於模型本身。當然，在這種耦閤語句中的實體必須在“made of”語句中已經聲明。下一語句：
from the process perspective,ClarifyObjectivesStep sends ClearObjectives to DataGatherStep!
該語句說明瞭ClarifyObjectivesStep組件能夠發送名為ClearObjectives的消息給DataGatherStep組件。從這兩句耦閤語句可以看齣ClarifyObjectivesStep獲得瞭一個輸入InitialObjectives，處理這個輸入的同時産生瞭ClearObjectives輸齣。這與這個組件的名字也是一緻的。
接下來這些耦閤語句的意思是比較明顯的：
from the process perspective,DataGatherStep sends ValidData to ConstructModelStep!
from the process perspective,ConstructModelStep sends ValidModel to ExecuteModelStep!
from the process perspective,ExecuteModelStep sends ExperimentSummaries to InterpretResultsStep!
from the process perspective,InterpretResultsStep sends RankedAlternatives to user!
上述語句定義的耦閤齣現在SES的架構中： 耦閤的這種展示方法相對於原始的自然語言文本更容易閱讀理解。
下麵這句話也是一個耦閤語句，但是它把全部的過程關聯到瞭一個組件：
From the process perspective,MSProcessSystem sends StartUp to User!
該語句意思是，包含模型MSProcessSystem(encompassing model)發送一個StartUp消息給User組件。
上述語句的語義在MS4 Me仿真可視化工具中可以清晰地展示(見圖3.4)。
練習
迴顧上麵討論的語句，核對它們是否符閤錶3.1中的輸入輸齣。
錶3.1組件的輸入輸齣
組件輸入輸齣
UserStartUpInitialObjectives
UserRankedAlternatives�勃勃� no output �勃勃�
ClarifyObjectivesPhaseInitialObjectivesClearObjectives
DataGatherPhaseClearObjectivesValidData
ConstructModelPhaseValidDataValidModel
ExecuteModelPhaseValidModelExperimentSummaries
InterpretResultsPhaseExperimentSummariesRankedAlternatives
如錶3.1的輸入輸齣錶在由MS4 Me生成SES的仿真動畫中發揮著重要的作用。由分析程序可導齣各個實體之間的輸入輸齣關係，通過分析參考這些錶格的輸入輸齣行為建立各個組件的模型。如果一個模型隻有一個輸入和輸齣，那麼當這個模型接收到一個輸入，它就生成一個輸齣來響應。如果一個模型有多個輸入和輸齣，那麼當這個模型接收到一個輸入時將會産生多個輸齣，除非進行更改，這是因為SES的耦閤特性，也可以理解為信息流，但是不能準確地指齣哪些會輸齣。換句話說，隻能推斷實體模型的可能的輸入輸齣關係(任何特定的輸入可以産生任何特定的輸齣)。這種鬆耦閤的行為不會按照你的意願配對，所以你需要在模型中消除一些不希望齣現的輸入輸齣對。例如，在MSProcessSystem的SES中，User這個模塊有兩個輸入： StartUp和RankedAlternatives，一個輸齣： InitialObjectives。錶3.1列齣瞭User組件在RankedAlternatives輸入後沒有輸齣，這是因為我們並不關心User是如何處理輸入信號RankedAlternatives(産生輸齣信號或者返迴M&S;步驟)的，但是，在這個錶中，這兩個輸入都生成瞭輸齣，所以需要移除不需要的輸入輸齣對(RankedAlternatives和InitialObjectives)確保模型按照我們的意願工作。
總結一下，如果這個模型可以按照實體所在的SES的耦閤特性接收輸入同時産生輸齣，那麼我們說這個模型和這個實體是相容(Compatible)的。由於SES分析器僅能夠分析與實體相關的耦閤，因此它僅僅能夠解決與這個實體相容的模型選擇問題。
練習
針對以下描述提供一個反例，即總是有可能單獨從一個SES的分析中推斷齣開發人員打算替換哪個模型作為實體中的一個組件。提示： 編寫一個SES，包含一個實體，這個實體接收到兩個不同的輸入消息，産生兩個不同的輸齣消息，要求至少有兩個和實體的耦閤特性相容的模型，但是要有不同的輸入輸齣錶。
3.3建模仿真過程的分層結構
接下來我們更加詳細地研究建模仿真的全過程，將圖3.1和圖3.2的步驟按以下規則進行分解。
�r 把“明確目標”分解為明確需求(指明建模應支持的決策功能)、明確值(如何測量模型的輸齣)和明確加權(如何對這些測量值進行加權)。
�r 把“收集數據”分解為獲取正確的數據、核對這些數據是否能代錶被建模係統。
�r 把“構建模型”分解為定義一個模型、實現模型、校準模型以及用未使用過的或者新收集的相關數據驗證模型。
�r 把“運行模型”分解為生成可選決策、運行仿真實驗——用於對模型進行各種可選方案的評估。
�r 把“解讀仿真結果”分解為評估可選方案、對方案排序並提供給用戶參考。
建模仿真過程更詳細的描述可以在SES中錶示，所以它不僅僅是一個一級結構，而是一個分層結構。對比圖3.3中的扁平模型，一個分模型包含至少一個組件，同時它自己又是由各個子組件構成的。下麵我們以數據收集步驟為例來展示SES是如何實現這一點的。考慮DataGather階段包含兩個組件，getData和validateData(注意這裏由於轉換會導緻相同的名字齣現，我們使用“階段(Phase)”代替瞭“步驟(Step)”來避免兩種類型模型——原子模型和耦閤模型的衝突)，對於MSProcessSystem，我們用以下語句錶示它的組成：
From the dataGather perspective,DataGatherPhase is made of getData and validateData!
圖3.3建模仿真過程的係統實體耦閤結構圖
圖3.4SES生成的DEVS耦閤模型的仿真查看器
這句話的作用是將添加圖3.5中DataGatherPhase下麵的實體。
圖3.5分解DataGatherPhase的SES擴展結構圖
考慮下麵這些耦閤語句(對照圖3.5)：
From the dataGather perspective,DataGatherPhase sends ClearObjectives to getData!
From the dataGather perspective,validateData sends ValidData to DataGatherPhase!
From the dataGather perspective,getData sends Data to validateData!
前兩個語句提到父實體DataGatherPhase，而第三個語句隻提到它的子實體。第一句話是“外部輸入耦閤”的例子，它的意思是DataGatherPhase能夠發送一個ClearObjectives信號給它的子組件getData。第二句話是“外部輸齣耦閤”的例子，它的意思是子組件validateData能夠嚮它的父實體DataGatherPhase發送validData信號。第三句話是“內部耦閤”的例子，它描述瞭子實體getData和validateData的耦閤關係。
MSProcessSystem的分層耦閤模型的可視化形式如圖3.6所示，展示瞭DataGatherPhase的子結構的耦閤模型。注意這裏的耦閤包括DataGatherPhase作為MSProcessSystem子組件的耦閤和DataGatherPhase作為getData、validateData父組件的耦閤，這就允許發送給DataGatherPhase的ClearObjectives消息嚮下傳遞給它的子組件getData，類似地，validateData組件嚮上發送消息給它的父組件DataGatherPhase。
通過上麵的描述，我們得到一個分解特性中重要的耦閤原則： 當分解一個實體時，要使外部輸入和外部輸齣的耦閤與父實體的內部耦閤相一緻。
MSProcessSystem的分層模型如圖3.7所示。
練習
擴展MSProcessSystem的SES，添加DataGatherPhase以外其他組件分解後的子組件； 將下列字段添加到原始的SES中，修剪並生成仿真查看器和動畫； 將生成的各個組件仿真查看器和下麵的仿真查看器進行比較； 比較頂層模型的仿真查看器和本節最後給齣的模型； 在每個仿真例子中，觀察動畫産生的消息流，並思考消息的傳輸是如何由耦閤引發的，思考為什麼耦閤被規定為既定的方式，並且試驗其他可選的耦閤給消息流帶來的影響。
分解ClarifyObjectivesPhase：
From the clarifyObjectives perspective,ClarifyObjectivesPhase is made of clarifyRequirements,clarifyValues,and clarifyWeights!
From the clarifyObjectives perspective,ClarifyObjectivesPhase sends InitialObjectives to clarifyRequirements!
From the clarifyObjectives perspective,ClarifyObjectivesPhase sends InitialObjectives to clarifyValues!
From the clarifyObjectives perspective,ClarifyObjectivesPhase sends InitialObjectives to clarifyWeights!
From the clarifyObjectives perspective,clarifyRequirements sends ClearObjectives to ClarifyObjectivesPhase!
From the clarifyObjectives perspective,clarifyValues sends ClearObjectives to ClarifyObjectivesPhase!
From the clarifyObjectives perspective,clarifyWeights sends ClearObjectives to ClarifyObjectivesPhase!
這可以産生圖3.8的分解圖。
圖3.8ClarifyObjectivesPhase的分解圖
分解ConstructModelPhase：
From the constructModel perspective,ConstructModelPhase is made of defineModel,implementModel,calibrateModel,and validateModel!
From the constructModel perspective,ConstructModelPhase sends ValidData to defineModel!
From the constructModel perspective,defineModel sends ModelDefinition to implementModel!
From the constructModel perspective,implementModel sends ImplementedModel to calibrateModel!
From the constructModel perspective,calibrateModel sends CalibratedModel to validateModel!
From the constructModel perspective,validateModel sends ValidModel to ConstructModelPhase!
這可以産生圖3.9的分解圖。
圖3.9ContructModePhase的分解圖
分解ExecuteModelPhase：
From the executeModel perspective,ExecuteModelPhase is made of generateAlternatives and runExperiments!
From the executeModel perspective,ExecuteModelPhase sends ValidModel to generateAlternatives!
From the executeModel perspective,generateAlternatives sends Alternatives to runExperiments!
From the executeModel perspective,runExperiments sends ExperimentSummaries to ExecuteModelPhase!
這可以産生圖3.10的分解圖。
圖3.10ExecuteModelPhase的分解圖
分解InterpretResultPhase：
From the interpretResults perspective,InterpretResultsPhase is made of evaluateAlternatives and rankAlternatives!
From the interpretResults perspective,InterpretResultsPhase sends ExperimentSummaries to evaluateAlternatives!
From the interpretResults perspective,evaluateAlternatives sends EvaluatedAlternatives to rankAlternatives!
From the interpretResults perspective,rankAlternatives sends rankedAlternatives to InterpretResultsPhase!
前言/序言
序
復雜係統(Systems of Systems)又稱體係，指的是一類具有係統組成與層次關係復雜、係統機理復雜、係統的子係統間以及係統與其環境之間交互關係復雜和能量交換復雜，其總體行為呈現齣定性定量混閤、變結構、自適應、非綫性、湧現、不確定、協同、博弈、混沌等特點的係統。
復雜係統的研究與實施，對促進社會經濟發展、鞏固加強國防建設、提高人民生活質量有著十分重大的意義。實踐錶明，復雜係統建模與仿真技術是復雜係統研製與應用的重要手段，並正成為現代建模與仿真技術領域的一個研究熱點。
原書英文版作者美國B.P.Zeigler教授是國際建模仿真領域最有影響力的學者之一，他提齣的離散事件係統規範(DEVS)是仿真領域最重要的基礎理論之一，其代錶作《建模仿真理論》是迄今為止對建模仿真領域影響最大的著作。本書作為Zeigler教授在2013年的力作，凝聚瞭他在《建模仿真理論》齣版以來的最新研究工作成果。
書中介紹瞭Zeigler教授團隊最新開發的基於離散事件係統規範(DEVS)和係統實體結構(SES)的軟件包，闡述瞭如何基於該軟件以及智能體(Agent)、雲(Cloud)、服務(Service)等新興技術，對典型復雜係統進行構建、分析和仿真的方法。
此外，作為第一本講述如何在係統設計中綜閤考慮能量與信息處理需求的著作，本書提齣瞭一種針對生態係統的建模仿真方法，該方法的創新性在於綜閤考慮瞭能量/資源消耗與信息處理成本，能實現生態係統的優化分析與設計。
感謝北京航空航天大學張霖教授、宋曉副教授和北京信息科技大學吳迎年副教授的辛勤工作，他們多年來從事建模仿真領域的相關研究，具有豐富的英文寫作與翻譯經驗，相信他們的專業經驗能幫助讀者更好地學習和掌握Zeigler教授在復雜係統建模仿真領域的最新研究成果。
李伯虎
中國工程院院士
2016年12月
中文版序
本書圍繞體係(Systems of Systems，SoS)仿真的“虛擬構建與試驗”這一中心主題展開討論，書中所討論到的不同技術概念和工具都圍繞該主題並以之為綫索。
體係的虛擬構建與測試可以由離散事件係統規範(DEVS)建模和係統實體結構(SES)本體所支持。本書講述DEVS和SES的基本原理，以奠定DEVS係統工程的重要基礎。並進一步介紹如何在MS4 Me工具集中執行它們。該書分為三部分。第一部分涉及DEVS和SES基礎，從而引齣第二部分中的高級概念。本書前兩部分提齣的想法已經成功應用於許多現實生活中的項目，在本書第三部分給齣瞭這些項目的介紹。
我們與本書譯者張霖教授等有長期的學術閤作和交流，我們欣喜地發現近年來中國在復雜係統(體係)建模與仿真方麵取得瞭十分齣色的成績，具有發展體係仿真技術的廣沃土壤。感謝他們將本書譯為中文，為中國讀者閱讀此書提供瞭更方便的渠道。
Bernard P. Zeigler
2016年12月
譯者序
作為國際仿真領域最重要的學者之一，伯納德·P.齊格勒（Bernard P. Zeigler）教授的每一本著作都會引起學術界的廣泛關注。齊格勒教授於20世紀70年代提齣的離散事件係統規範（DEVS）至今仍具有強大的生命力，國際上每年都有以DEVS為主題的學術研討會以及有關DEVS的研究和應用的論文發錶。通過與雲技術、智能體、服務科學等新一代信息技術的結閤，使得DEVS在處理復雜係統的能力上有瞭進一步的提高。近年來，齊格勒教授本人花費大量精力緻力於DEVS的推廣應用，親自指導開發瞭基於DEVS的一係列重要的建模仿真工具，如MS4 Me。
本書反映瞭齊格勒教授及其團隊在DEVS方麵最新的研究與應用成果，係統且詳細地介紹瞭如何利用DEVS和係統實體結構（SES），在MS4 Me等軟件環境支持下，開展各類復雜係統的虛擬構建及仿真試驗。
本書共分為三篇，即基本概念篇、高級概念篇和應用篇。第Ⅰ篇基本概念篇（第1章至第8章）從體係建模仿真的需求引齣虛擬構建與試驗的概念，這是全書的主題和綫索。隨後從不同角度介紹瞭一個可支持虛擬構建與試驗的基於DEVS的建模仿真環境MS4 Me，這是第一個商業化DEVS産品。之後的幾章對DEVS和SES基本原理進行瞭較為係統的介紹，對其中涉及的一些基本概念進行瞭講解，如特化和修剪、方麵和多方麵等。
第Ⅱ篇高級概念篇（第9章至第12章）進一步介紹瞭MS4 Me等建模仿真環境中所涉及的更加深入的概念和技術，包括DEVS仿真協議、智能體建模和發布/訂閱、基於興趣關注的信息交換、構建DEVS模型的語言等。
第Ⅲ篇應用篇（第13章至第18章）通過多個實例，介紹瞭前兩篇的概念和工具如何支持針對不同類型係統的虛擬構建與試驗。
全書從實例齣發，深入淺齣，操作性強，既可作為大專院校研究生教材，也可作為工程開發人員的指導手冊，同時也是科研人員深入瞭解和研究DEVS的參考書。
體係建模與仿真是當今仿真領域的重大研究課題，有著極為重要的應用價值。DEVS理論和工具是支持體係建模與仿真的一種重要手段，有著廣泛的應用前景。本書譯者與齊格勒教授及其團隊有多年的閤作與交流，受其委托將此書介紹給中國讀者，希望能對我國深入開展體係建模與仿真的研究和應用提供一些參考和幫助。翻譯中若有錯誤和不妥之處，敬請指正。
張霖宋曉吳迎年
2017年1月
原書序
體係(Systems of Systems，SoS)仿真是解決21世紀全球經濟、氣候和能源等諸多係統所麵臨挑戰的基本方法。一般情況下，我們習慣於在現實世界中直接建立這類係統，然而建立現實世界所對應的物理係統越來越危險,成本越來越高，而且可能存在道德問題或者具有較大風險，因此很多時候不具備建立真實物理係統的條件。在這種情況下，唯一可行的方案是在虛擬係統中構建與測試。本書中，將采用離散事件係統規範(DEVS)和係統實體結構(SES)仿真模型本體支持體係的虛擬構建與試驗。
本書引導讀者使用基於DEVS和SES的軟件工具處理各種與體係仿真相關的問題，包括基於雲技術的人工係統以及諸如農業食品作物的生活係統。同時，本書將深入介紹商業和開源的DEVS建模仿真環境。
本書提齣在係統設計時考慮能量和信息處理的需求。本書的研究方法與基於DEVS的係統設計具有相同的理念和內在脈絡，同時允許虛擬地構建與測試係統，並具備模擬生態係統的能力，以平衡其信息處理功能及其中的能量和資源消耗情況。
緻謝： 感謝所有為本書齣版做齣貢獻的開發者和用戶。特彆感謝Doohwan Kim、Chungman Seo、Robert Coop、Ranjit Singh、Robert Flasher、Ting�睸hen Fu、Weilong Hu、Vignesh Elamvazhuthi、Phillip Hammonds、Miguel Soto、Rapha�僱 Duboz和Jean�睠hristophe Soulié，正是他們的奉獻精神、努力工作和專業知識，使DEVS概念可以在包括MS4 METM，DEVS�睸uite,CosMoS和VLE等軟件環境中得以實現。
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