計算機仿真技術在高等教育中的應用

李　迎（華北電力大學,河北　保定　071000）

計算機仿真技術在高等教育中的應用

李迎
（華北電力大學,河北保定071000）

摘要：計算機仿真技術對高等教育的發展的作用越來越大。計算機仿真技術可以應用到高等教育的實驗，教學等各個方面，使學生對于課程的理解更加容易，對所學科目有更直觀的理解，和感受，并且能夠有效的降低教學成本，節省教育資金，最大效用的發揮現有資源的價值愛。本文通過介紹計算機仿真技術在交通流和排隊論中的具體應用，具體的闡述了交通流和排隊論在現代高等教育領域中的作用和地位，并且可以直觀的了解到，計算機仿真技術對推動高等教育的發展發揮著不可替代的作用。

關鍵詞：計算機仿真技術;高等教育;交通流;排隊論

如今，高等教育的發展也越來越得到重視。隨著科技的發展，計算機仿真技術的應用范也越來越廣。然而在高等教育的教學中，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備，而計算機仿真技術成本低廉，把計算機仿真技術應用在高等教育中，能夠有效的推進高等教育的發展，降低教育教學成本，使學生能夠對于科學的理解更加深刻。

計算機仿真技術是涉及現代學科最多的一門新型技術之一。它涉及到數學(包括數值分析)、統計學、運籌學、系統論與系統工程學、管理學等。同時，計算機仿真技術已經滲透到了社會的各個領域，包括交通領域，制造領域等。把計算機仿真技術應用到高等教育中，能夠使學生對于所學專業知識產生更加深刻的理解，并且可以有效的降低成本，節省教育經費。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的特點和優勢。

1　計算機仿真技術應用實例

交通流問題和排隊論問題是生活中常見的問題。首先，如今交通已經成為世界性的難題，交通堵塞帶來了巨大的社會壓力和經濟損失。作為交通工程學的基礎理論，多年來交通流理論廣泛應用于交通運輸工程的許多研究領域:如交通規劃、交通控制道路與交通工程設施設計等方面。利用計算機仿真的方法，可以使學生更加深刻的認識交通流的本質，加深對交通理論的理解。第二，排隊論(QueuingTheory)，是研究系統隨機聚散現象和隨機服務系統工作過程的數學理論和方法，又稱隨機服務系統理論，為運籌學的一個分支。排隊論的數學公式很復雜，但是通過計算機仿真的方式，學生可以直觀的看出排隊理論的本質。

2　交通流問題

交通流理論主要有四個方面的應用。

2.1概率論的應用

通常是利用概率論的方法探究車流分布情況。車流統計情況的分布是利用概率論的方法探究交通情況，并且也會應用在彎道長度設計、人行橫道信號燈設計、道路通行能力及道路限速方面的確定等方面。

2.2排隊論的應用

排隊論是研究分析某一對象出現排隊并產生擁擠現象的一種數學分析理論。同時也是運籌學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，以使得能夠合理協調、分析“被服務的對象”與“提供服務的系統”之間的聯系，使得能夠盡量滿足被服務對象的要求，并且能夠降低經費支出。

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車流情況因道路情況或者交通情況的突變從而導致道路車流密度突變時，在道路中產生傳播的交通波，然后分析車流的密度及車流的速度等參數變化。

2.4跟車理論

運用動力學方法研究車輛行駛時，后車行駛狀態受到前車的影響，此理論就是用數學方法分析這種影響。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。在車流連續的時候，后車通常要與前車保持一定的行車距離所以要經常跟隨變化車速。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。散布在規則格網(LаtticeGrid)中的每一元胞(Cell)取有限的離散狀態，遵循同樣的作用規則，依據確定的局部規則作同步更新。大量元胞通過簡單的相互作用而構成動態系統的演化。

在建立模型時，以每一個元胞為一個車輛，設定每一個車輛的速度及其他的參數，設置車輛的行駛行為和隨機變化規則。這樣就可以模擬復雜的交通現象。并且經過分析，人們不僅可以得到每個車輛的參數，并且可以得到整體交通狀況的宏觀參數。通過這種方法，可以簡化交通流問題，使學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),或稱隨機服務系統理論，排隊論研究的內容有3個方面：統計推斷，根據資料建立模型；系統的性態，即和排隊有關的數量指標的概率規律性；系統的優化問題。其目的是正確設計和有效運行各個服務系統，提高服務效率。分析排隊論的數學方法很復雜，但是通過計算機仿真的方法，可以很直觀的看出排隊狀態。

在建立模型時，首先設置顧客到達服務系統的規律，一般用兩個顧客到達的時間間隔描述。然后確定排隊規則，一般有三種：等待制，損失制，混合制。最后設置服務機構。通過仿真的方法，可以計算服務系統的各項指標，為改進服務系統提供依據。

4　結語

通過以上兩個例子，可以看出，計算機仿真技術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展更加迅速。

參考文獻：

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[3]歐忠輝.關于交通流模型中的若干問題[D].復旦大學,2004.

作者簡介：李迎(1994-),男，河北河間人，本科，研究方向：自動化。