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1、第五章第五章 信息产业的系统动力学模型信息产业的系统动力学模型1 系统动力学对信息产业分析的适用性 系统动力学（System Dynamics)是一门认识系统问题和解决系统问题的交叉的综合性新学科。它所要解决的，主要是如何定量地分析各类复杂系统的结构与功能的内在联系，如何定量地分析系统的各种特性等问题。1 系统动力学对信息产业分析的适用性系统动力学对信息产业分析的适用性 从系统的角度分析，信息产业具有以下特征 信息产业是一种新型产业，影响因素众多而且 复杂。信息产业系统的各个因素符合因果关系。信息产业系统的高阶数特性。信息产业系统的多回路特性。信息产业系统的非线性。2 信息产业系统动力学模型的
2、建立信息产业系统动力学模型的建立2.1 基本概念 (1)系统与边界 系统动力学是将研究对象视为一个系统来处理的。按照系统动力学的观点，系统是指由相互区别、相互 作用的各部分有机地结合一起，为同一目的而完成某 种功能的集合体。系统的边界是一个想象的轮廓，它把与所研究问题 有关的部分均划入系统，而与其他部分（即系统环境）分隔开来。按照系统动力学的观点，我们在划定系统边 界时应遵循这样一条准则，那就是把系统中的反馈回路 考虑成闭合的回路。2.1 基本概念基本概念(2)因果链及因果关联图因果链是反映系统内部变量之间因果关系的。因果链示例2.1 基本概念基本概念 反映系统内部主要变量之间因果关系的一系列
3、因果链的集合就是因果关联图。信息商品生产的发展因果关联图2.1 基本概念基本概念(3)反馈、反馈系统与反馈回路反馈是指信息的传输与回授。系统动力学认为在每一个系统（研究对象）中都存在着信息反馈机制，反馈是系统最基本的属性。包含有反馈环节及其作用的系统就是反馈系统。反馈回路是由一系列因果链组成的闭合回路（或称环）。在反馈回路中有一类特殊的回路，被称为耦合反馈回路，耦合反馈回路是指通过同一变量建立起来的两条反馈回路。2.1 基本概念基本概念(4)流 图前已所述，系统动力学把系统中物质和信息的运动都想象成流体的运动，流图就是为了描述系统的运动而专门设计的一套特殊的符号图。系统动力学常用的流图符号见下
4、图所示.图6-3系统动力学常用的流图符号2.1 基本概念基本概念上述各流图符号的含义表述如下：状态（level or state）变量：状态变量描述的是系统的积累效应。速率（rate）：速率描述的是系统积累效应的变化快慢。辅助变量（auxiliary）变量：辅助变量是介乎变量之间的中介变量，其主要功用是通过这些附加中介变量将变量之间复杂的多层次的关系简单化，以突出系统的某些关键环节或重要关系。2.1 基本概念基本概念 表函数（table function）：表函数的功能是通过输入自变量和因变量的一组对应数值来描述某些变量之间复杂的非线性关系。常数（constant）：常数是指在建模过程中，系统
5、内不随时间的变化而变化的参数或系数。、外生变量：外生变量是指由系统之外系统环境决定的变量。2.1 基本概念基本概念 物质流：即物质运动的实际通道。信息链：信息链是信息从源点抽取出来流向终点（目的地）的链路，它体现了系统动力学中系统的信息反馈功能。源（source)：它是指系统边界以外的环境向系统输入（提供）的一切物质的来源。漏（link）：它是指系统边界以内的物质向系统环境输出的去向。2.1 基本概念基本概念(5)DYNAMO模型 DYNAMO是专门为系统动力学的建模而设计的，用DYNAMO写成的系统动力学模型就是DYNAMO模型。DYNAMO方程式一般包含两项内容：第一项是方程式标志，该标志
6、写于第一列的位置上；第二项是方程式的具体内容。其书写的一般格式是：标志字符标志字符 量名表达式量名表达式 2.1 基本概念基本概念(5)DYNAMO模型 量名即为该方程待计算的量。依据量性质的不同，DYNAMO模型最常用的方程式可分为种，即状态变量方程（L）、速率方程（R）、辅助变量方程（A）、常数方程（C）、表函数方程（T）、初始值方程（N）。除常数方程和初始值方程外，其他方程中的变量均需给出时间下标，其通式为：变量名变量名.时间下标时间下标2.1 基本概念基本概念(5)DYNAMO模型 时间下标可因具体情况取J、K、JK或KL。其中J表示前一时刻，K表示现在时刻，JK表示从前一时刻到现在时
7、刻，KL表示从现在时刻到下一时刻。状态方程变量：在DYNAMO中计算状态变量的方程称状态变量方程，该方程以L为标志，其标准格式为：L LEVEL.K=LEVEL.JDT*(INFLOW.JKOUT_FLOW.JK)式中，LEVEL为状态变量，INFLOW为输入速率，OUT_FLOW为输出速率，DT为J时刻与K时刻之间的时间间隔（步长）。2.1 基本概念基本概念(5)DYNAMO模型 速率方程：计算速率的方程称速率方程，该方程以R为标志。辅助变量方程：计算辅助变量的方程称辅助变量方程，该方程以A为标志，主要功能是可以帮助建立速率方程。常数方程：该方程赋予常数一给定不变的参数值，其方程标志是C。表
8、函数方程：该方程赋予表函数一组数值，其方程标志是T。初始值方程：该方程的主要功能是为状态变量方程赋予初始值，以N作为方程的标志。2.2 信息产业系统动力学模型的建立信息产业系统动力学模型的建立 模型建立是信息产业系统动力学研究很重要的一个步骤。这里采用刘晓敏博士的方法建立信息产业的系统动力学模型。按照信息产业的主要因果关系，我们可以建立包含33个主要方程的信息产业系统动力学模型（DYNAMO）模型。该模型如下：2.2 信息产业系统动力学模型的建立信息产业系统动力学模型的建立L 人口(RK.K)=人口(RK.J)+(DT)出生人口(CSRK.JK)-死亡人口(SWRK.JK)R 出生人口(CSR
9、K.KL)=人口(RK.K)出生系数(CSS)R 死亡人口(SWRK.KL)=人口(RK.K)死亡系数(SWS)A 国民收入(GMSR.K)=国民收入(GMSR.J)国民收入指数(GMSRZS)A 居民收入(JMSR.K)=国民收入(GMSR.K)居民收入系数(JMSRS)/人口(RK.K)2.2 信息产业系统动力学模型的建立信息产业系统动力学模型的建立L 学龄人口(XLRK.K)=学龄人口(XLRK.J)+(DT)出生人口(CSRK.JK)-小学入学人口(XXRXRK.JK)R 小学入学人口(XXRXRK.KL)=学龄人口(XLRK.K)小学入学率(XXRXL)L小学在校生(XXZXS.K)
10、=小学在校生(XXZXS.J)+(DT)小学入学人口(XXRXRK.JK)-小学毕业人口(XXBYRK.JK)R 小学毕业人口(XXBYRK.KL)=小学在校生(XXZXS.K)*小学 毕业率(XXBYL)2.2 信息产业系统动力学模型的建立信息产业系统动力学模型的建立A 小学毕业就业人口(XXJYRK.K)=小学毕业人口(XXBYRK.JK)1-小学毕业生升学率(XXSXL)L 初中在校生(CZZXS.K)初中在校生(CZZXS.J)+(DT)初中入学人口（CZRXRK.JK)-初中毕业人口(CZBYRK.JK)R 初中入学人口(CZRXRK.KL)=小学毕业人口(XXBYRK.JK)小学毕
11、业生升学率(XXSXL)R 初中毕业人口(CZBYRK.KL)=初中在校生(CZZXS.K)初中毕业率(CZBYL)2.2 信息产业系统动力学模型的建立信息产业系统动力学模型的建立A 初中毕业生就业人口(CZJYRK.K)=初中毕业人口(CZBYRK.KL)1-初中毕业生升学率(CZSXL)L 高中在校生(GZZXS.K)=高中在校生(GZZXS.J)+(DT)高中入学人口(GZRXRK.JK)-高中毕业人口(GZBYRK.JK)R 高中入学人口(GZRXRK.KL)=初中毕业人口(CZBYRK.JK)初中毕业生升学率(CZSXL)R 高中毕业人口(GZBYRK.KL)=高中在校生(GZZXS
12、.K)高中毕业率(GZBYL)2.2 信息产业系统动力学模型的建立信息产业系统动力学模型的建立A 高中毕业生就业人口(GZJYRK.K)=高中毕业人口(GZBYRK.JK)1-高中毕业生升学率(GZSXL)L 大学在校生(DXZXS.K)=大学在校生(DXZXS.J)+(DT)大学入学人口(DXRXRK.JK)-大学毕业人口(DXBYRK.JK)R 大学入学人口(DXRXRK.KL)=高中毕业人口(GZBYRK.JK)高中毕业生升学率(GZSXL)R 大学毕业人口(DXBYRK.KL)=大学在校生(DXZXS.K)大学毕业率(DXBYL)2.2 信息产业系统动力学模型的建立信息产业系统动力学模
13、型的建立A 通信水平指数(TXSPZS.K)=电话普及率(DHPJL.J)/电话普及率初始值(DHPJLN)函件邮发指数(HJYZS.J)/函件邮发指数初始值(HJYZSN)L 电话普及率(DHPJL.K)=电话普及率(DHPJL.J)+(DT)电话普及率增长率(DHPZL.JK)R 电话普及率增长率(DHPZL.KL)=电话普及率增长系数(DHPZS)电话普及率(DHPJL.K)A 函件邮发指数(HJYZS.K)=TABHL函件邮发指数(HJYZST),电话普及率(DHPJL.K),电话普及率最小值,电话普及率最大值,电话普及率增量值2.2 信息产业系统动力学模型的建立信息产业系统动力学模型
14、的建立A 电报发送指数(DBFZS.K)=TABHL电报发送指数(DBFZST),电话普及率(DHPJL.K),电话普及率最小值,电话普及率最大值,电话普及率增量值L 居民人均邮电费支出(JMJYF.K)=居民人均邮电费支出(JMJYF.J)+(DT)居民人均邮电费支出增长率(JMJYFL.JK)R 居民人均邮电费支出增长率(JMJYFL.KL)=居民人均邮电费支出增长系数(JMJYFS)居民人均邮电费支出(JMJYF.K)A 传媒影响度(CMYXD.K)=电视人口覆盖率(DSGL.J)传媒影响度的广播媒介乘子(GMCZ)传媒影响度的报纸媒介乘子(BZCZ)/电视人口覆盖率初始值(DSGLN)
15、2.2 信息产业系统动力学模型的建立信息产业系统动力学模型的建立A 电视人口覆盖率(DSGL.K)=电视人口覆盖率系数(DSGLS)电视机拥有量对电视人口覆盖率影响因子(DSGLYZ)电视机拥有量(DSL.J)L 电视机拥有量(DSL.K)=电视机拥有量(DSL.J)+(DT)电视机拥有量增长速度(DSLZS.JK)R 电视机拥有量增长速度(DSLZS.KL)=电视机拥有量增长速度表函数变量(DSLZSB.K)A 电视机拥有量增长速度表函数变量(DSLZSB.K)=TABHL电视机拥有量增长速度(DSLZST),电视机拥有量(DSL.K),电视机拥有量最小值，电视机拥有量最大值，电视机拥有量增
16、长值2.2 信息产业系统动力学模型的建立信息产业系统动力学模型的建立 上述模型包含一系列参数（常数、表函数等）。如出生系数、死亡系数、国民收入指数等，其值可以通过一些常用的参数估计方法进行估计，这些方法主要有：经调查获得第一手材料确定参数值。从模型中部分变量间关系中确定参数值。分析已掌握的有关系统的知识估计参数值。根据模型的参考行为特性估计参数值。2.3 信息产业系统动力学模型的应用信息产业系统动力学模型的应用 应用信息产业系统动力学模型进行信息产业政策分析是指借助信息产业系统动力学模型分析研究信息产业政策的作用，以及信息产业政策实施结果对改善信息产业系统中待解决问题的行为的影响。应用信息产业
17、系统动力学模型进行信息产业政策分析最常用的方法就是通过调整或改变信息产业系统中的某些参数政策参数来分析比较政策方案。2.3 信息产业系统动力学模型的应用信息产业系统动力学模型的应用（1）调整常数政策参数以分析比较政策方案 下表列出了信息产业系统动力学模型中部分常数政策参数及其提高的政策涵义。（2）调整表函数政策参数以分析比较政策方案 与常数类似，在信息产业政策分析中，这些表函数 值的调整也意味着相应的信息产业政策的变动，因此，通过调整表函数的取值，可以达到分析比较政策的目的。2.3 信息产业系统动力学模型的应用信息产业系统动力学模型的应用（3）改变CLIP函数某一项取值以分析比较政策方案 除了
18、调整常数和表函数的取值外，在政策分析中，系统动力学还提供了改变CLIP函数中某一项取值以模拟 分析比较政策的极其有用的工具。CLIP函数的功能为：政策参数政策涵义小学入学率(XXRXL)通过增加教育投资和“希望工程”建设，使小学入学率极大提高，扫除文盲小学毕业率(XXBYL）普及九年义务教育，增加老少边困地区教育投资，减少小学生辍学现象，使更多的学生能接受初等教育初中毕业率 (CZBYL)普及九年义务教育，增加教育投资，减少初中生辍学现象，使多数学生能够毕业 高中毕业率(GZBYL)改善高中办学条件，发展职业高中教育，使多数学生有高中毕业文凭大学毕业率(DXBYL)发展高等教育，改善高校办学条件，使多数学生拥有大学本科、专科以上毕业文凭电话普及率增长系数(DHPZS)发展邮电通信事业，诱导城乡居民消费倾向，使电话走进千家万户电视机拥有量对 电视 人 口 覆 盖 率 影响因子(DSGLYZ)改善城乡居民业余生活条件，扩大电视机的引进和生产规模，使电视机走进寻常百姓家 部分常数政策参数及其提高的政策涵义部分常数政策参数及其提高的政策涵义