計算機仿真技術(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）

計算機仿真技術(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：計算機仿真技術(shù)對高等教育的發(fā)展的作用越來越大。計算機仿真技術(shù)可以應(yīng)用到高等教育的實驗，教學(xué)等各個方面，使學(xué)生對于課程的理解更加容易，對所學(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)有資源的價值愛。本文通過介紹計算機仿真技術(shù)在交通流和排隊論中的具體應(yīng)用，具體的闡述了交通流和排隊論在現(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，計算機仿真技術(shù)對推動高等教育的發(fā)展發(fā)揮著不可替代的作用。

關(guān)鍵詞：計算機仿真技術(shù);高等教育;交通流;排隊論

如今，高等教育的發(fā)展也越來越得到重視。隨著科技的發(fā)展，計算機仿真技術(shù)的應(yīng)用范也越來越廣。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的實驗設(shè)備，而計算機仿真技術(shù)成本低廉，把計算機仿真技術(shù)應(yīng)用在高等教育中，能夠有效的推進高等教育的發(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。

計算機仿真技術(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)計學(xué)、運籌學(xué)、系統(tǒng)論與系統(tǒng)工程學(xué)、管理學(xué)等。同時，計算機仿真技術(shù)已經(jīng)滲透到了社會的各個領(lǐng)域，包括交通領(lǐng)域，制造領(lǐng)域等。把計算機仿真技術(shù)應(yīng)用到高等教育中，能夠使學(xué)生對于所學(xué)專業(yè)知識產(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。下面將以交通流問題和排隊論問題為例，具體解釋計算機仿真技術(shù)的特點和優(yōu)勢。

1　計算機仿真技術(shù)應(yīng)用實例

交通流問題和排隊論問題是生活中常見的問題。首先，如今交通已經(jīng)成為世界性的難題，交通堵塞帶來了巨大的社會壓力和經(jīng)濟損失。作為交通工程學(xué)的基礎(chǔ)理論，多年來交通流理論廣泛應(yīng)用于交通運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)計等方面。利用計算機仿真的方法，可以使學(xué)生更加深刻的認(rèn)識交通流的本質(zhì)，加深對交通理論的理解。第二，排隊論(QueuingTheory)，是研究系統(tǒng)隨機聚散現(xiàn)象和隨機服務(wù)系統(tǒng)工作過程的數(shù)學(xué)理論和方法，又稱隨機服務(wù)系統(tǒng)理論，為運籌學(xué)的一個分支。排隊論的數(shù)學(xué)公式很復(fù)雜，但是通過計算機仿真的方式，學(xué)生可以直觀的看出排隊理論的本質(zhì)。

2　交通流問題

交通流理論主要有四個方面的應(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)計情況的分布是利用概率論的方法探究交通情況，并且也會應(yīng)用在彎道長度設(shè)計、人行橫道信號燈設(shè)計、道路通行能力及道路限速方面的確定等方面。

2.2排隊論的應(yīng)用

排隊論是研究分析某一對象出現(xiàn)排隊并產(chǎn)生擁擠現(xiàn)象的一種數(shù)學(xué)分析理論。同時也是運籌學(xué)研究方向的一個重要分支。排隊論研究的主要問題是對象排隊時間，排隊長度計算，以使得能夠合理協(xié)調(diào)、分析“被服務(wù)的對象”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)對象的要求，并且能夠降低經(jīng)費支出。

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，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>

運用動力學(xué)方法研究車輛行駛時，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。因為分析的對象是一輛車輛在道路行駛過程中的相互影響，因此是一種微觀分析。在車流連續(xù)的時候，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。交通流的問題可以用計算機仿真的方法進行分析。其中，元胞自動機是非常常用的方法。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。大量元胞通過簡單的相互作用而構(gòu)成動態(tài)系統(tǒng)的演化。

在建立模型時，以每一個元胞為一個車輛，設(shè)定每一個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)過分析，人們不僅可以得到每個車輛的參數(shù)，并且可以得到整體交通狀況的宏觀參數(shù)。通過這種方法，可以簡化交通流問題，使學(xué)生更加容易的理解交通流理論，并可以通過這種方式，驗證新的解決交通擁堵問題的方法。

3　排隊論

排隊論(queuingtheory),或稱隨機服務(wù)系統(tǒng)理論，排隊論研究的內(nèi)容有3個方面：統(tǒng)計推斷，根據(jù)資料建立模型；系統(tǒng)的性態(tài)，即和排隊有關(guān)的數(shù)量指標(biāo)的概率規(guī)律性；系統(tǒng)的優(yōu)化問題。其目的是正確設(shè)計和有效運行各個服務(wù)系統(tǒng)，提高服務(wù)效率。分析排隊論的數(shù)學(xué)方法很復(fù)雜，但是通過計算機仿真的方法，可以很直觀的看出排隊狀態(tài)。

在建立模型時，首先設(shè)置顧客到達服務(wù)系統(tǒng)的規(guī)律，一般用兩個顧客到達的時間間隔描述。然后確定排隊規(guī)則，一般有三種：等待制，損失制，混合制。最后設(shè)置服務(wù)機構(gòu)。通過仿真的方法，可以計算服務(wù)系統(tǒng)的各項指標(biāo)，為改進服務(wù)系統(tǒng)提供依據(jù)。

4　結(jié)語

通過以上兩個例子，可以看出，計算機仿真技術(shù)在高等教育中的地位是十分重要的，并且會使得高等教育的發(fā)展更加迅速。

參考文獻：

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

作者簡介：李迎(1994-),男，河北河間人，本科，研究方向：自動化。