1.2 计算机仿真的概念及其过程
计算机出现之前，只有物理仿真，系统仿真附属在其他有关学科中。计算机的问世和发展，促进了计算机仿真技术的产生和发展。
1.2.1 计算机仿真的概念
数学仿真使用的模型是数学模型，其模型运行工具为计算机及其支撑软件，因此数学仿真也称计算机仿真。
1.2.1.1 计算机仿真的类型
按照所使用计算机的不同，计算机仿真又可以分为模拟计算机仿真、数字计算机仿真和混合计算机仿真。
1.模拟计算机仿真
模拟计算机仿真，以模拟计算机作为仿真工具，简称模拟仿真。
2.数字计算机仿真
数字计算机仿真，以数字计算机及其仿真支撑软件作为仿真工具，简称数字仿真。
3.混合计算机仿真
混合计算机仿真，既使用模拟计算机，也使用数字计算机的计算机仿真，简称混合仿真。
目前，计算机仿真通常是指在数字计算机上进行的数字仿真。
1.2.1.2 计算机仿真的研究对象
计算机仿真的研究对象可以是实际的系统，也可以是设想中的系统。在没有计算机以前，仿真都是利用实物或者它的物理模型来进行研究的，即物理仿真。物理仿真的优点是直接、形象、可信，但模型受限、易破坏、难以重用。而计算机仿真是将研究对象进行数学描述，建模编程，且在计算机中运行实现，它易修改、可重用。
根据数学模型的性质，计算机仿真的研究对象可以分为两类。
1.确定性的广义连续系统
确定性的广义连续系统包括连续时间系统和离散时间系统，这类系统的输出由输入决定（可用确定的函数关系来描述），其仿真思想和基本方法是相同的。因此，该类系统的仿真统称为连续系统仿真。
2.随机性的离散系统
随机性的离散系统的状态变化（称为“事件”）只在离散的时刻发生，并且具有随机性，通常用概率模型进行数学描述。因此，该类系统的仿真称为离散事件系统仿真。
1.2.2 计算机仿真的一般过程
计算机仿真有三个基本要素：系统、模型、计算机。系统是仿真研究的对象，模型是系统的抽象，计算机是对模型进行实验研究的工具。联系着三要素的是三项基本活动：数学建模、仿真建模、仿真实验，如图1.1所示。
图1.1 计算机仿真的三要素及其三项基本活动
计算机仿真的一般过程，如图1.2所示。
图1.2 计算机仿真的一般过程
（1）问题提出：描述仿真问题，明确仿真目的。
（2）系统定义与仿真规划：根据仿真目的，确定仿真对象（系统的实体、属性、活动）及环境（系统的边界条件与约束条件），规划相应的仿真系统结构（实时仿真还是非实时仿真，纯数学仿真还是半实物仿真等）。
（3）数学建模：根据系统的先验知识、实验数据及其机理研究，按照物理原理或者采取系统辨识的方法，确定模型的类型、结构及参数，对模型进行形式化处理，得到系统的数学模型，并对模型进行可信性检验。
（4）仿真建模：根据数学模型的形式、计算机类型和仿真的要求，选择合适的算法，采用高级语言或其他仿真工具，将数学模型转换成能在计算机上运行的程序或其他模型，即获得系统的仿真模型。
（5）仿真实验：根据仿真的目的，确定仿真实验的要求，如仿真运行参数、控制参数、输出要求等，对仿真模型进行多方面的运行实验，相应地得到模型的输出。
（6）仿真结果分析：根据仿真目的和实验要求，对仿真实验的结果进行分析处理（整理及文档化）。根据分析结果修正数学模型、仿真模型或仿真程序，以进行新的实验。模型是否能够准确地表示实际系统，是需要不断地修正和验证的，它不是一次完成的，而是比较模型和实际系统间的差异，不断地修正和验证。
1.2.3 计算机仿真的作用
计算机仿真技术在许多复杂工程系统的分析和设计研究中越来越成为不可或缺的工具。系统的复杂性主要体现在复杂的环境、复杂的对象和复杂的任务等方面。然而只要能够正确地建立系统的模型，就能够对该系统进行充分的分析和研究。另外，仿真系统一旦建立就可重复利用，特别是计算机仿真系统的修改非常方便。经过不断地仿真修正，逐渐深化对系统的认识，以采用相应的控制和决策，使系统处于科学的控制和管理之下。归纳起来，仿真技术的主要作用如下所述。
（1）优化系统设计。在实际系统建立以前，通过改变仿真模型结构和调整系统参数来优化系统设计，如控制系统、数字信号处理系统的设计经常要靠仿真来优化系统性能。
（2）系统故障重现，发现故障原因。实际系统故障的再现必然带来某种危害性，是不安全和不经济的，利用仿真来再现系统故障则是安全的和经济的。
（3）验证系统设计的正确性。
（4）对系统或其子系统进行性能评价和分析。
（5）训练系统操作员，如飞行模拟器，坦克模拟器等。
（6）为管理决策和技术决策提供支持。