[Pyhton] SimPy 离散事件模拟框架详解 —— 以一个简单的汽车充电排队模拟为例 _生活百科

一、背景知识
二、SimPy 讲解
- 2.1 SimPy 概述
- 2.2 基本概念
- 2.3 一个汽车开开停停的例子
- 2.4 在走走停停过程中增加充电过程（过程交互）
- 2.5 共享资源
三、后续
参考链接
附录二

一、背景知识人们在生产活动和社会活动中，经常遇到一类复杂的系统，这类系统中有许多事件时而出现，时而消失，时而动作，时而停止，而启动和停止都发生在一些离散的时刻，并带有一定的随机性。例如，港口中船舶的停靠码头、生产线上机床的启停、电话的接通和断开、计算机系统中某项作业的进行和退出，凡此种种，都带有上述特点，这类系统叫做离散事件动态系统(DEDS) 。随着生产和科技的日益发展，以及人类社会交往的日趋频繁，这类系统的数量和种类也越来越多。
设计此类系统时，往往需要仿真来评估算法或方案的性能，常见的软件有：
商业软件：
名字简介图示AnyLogic通用多方法建模工具。结合了基于代理、系统动力学和离散事件建模。Arena一种离散事件模拟程序，也允许对连续过程进行建模。Care pathway simulator专门为服务行业（如医疗保?。┥杓频睦肷⑹录Ｄ獬绦?。Enterprise Dynamics一个模拟软件平台，用于模拟和分析几乎任何制造、材料处理和物流挑战。ExtendSim通用仿真软件包DELMIA3DEXPERIENCE 平台的一部分FlexSim拖拖拉拉做离散事件模拟， 3DGoldSim将动态离散事件模拟嵌入到 Monte Carlo 框架GPSS离散事件模拟语言。供应商可以提供不同的实现Micro Saint Sharp通用离散事件建模工具，使用拖放界面和C#编程语言MS4 Modeling Environment基于离散事件和混合模型的通用DEVS方法的软件环境Plant Simulation能够模拟和优化生产系统和流程的软件ProModel AutoCAD Edition在数字孪生Autodesk工具集（AutoCAD和Inventor）中快速构建空间精确的布局和过程仿真模型。Simcad Pro实时变化，零代码有界面，支持 VRSimEvents向MATLAB / Simulink环境添加离散事件仿真。SIMUL8基于对象的仿真软件VisualSim基于时序、功耗和功能的电子、嵌入式软件和半导体的基于模型的系统架构探索WITNESS可在桌面和云端使用 VR 进行离散事件模拟开源软件：
名字语言类型License简介JaamSimJavaAppApasche 2.0JaamSim是一款自由开源的离散事件模拟软件，包括拖放式用户界面、交互式3D图形、输入和输出处理以及模型开发工具和编辑器。CPN ToolsBETAAppGPLv2用于分析所有类型应用中的物流/排队模型的工具。DESMO-JJavaLibApasche 2.0Java离散事件模拟框架，支持混合事件/过程模型，并提供2D和3D动画。FacsimileScalaLibLGPLv3离散事件模拟/仿真库。PowerDEVSC++AppAFL, GPLv2基于DEVS形式的混合系统建模和仿真集成工具。Ptolemy IIJavaLibBSD支持面向角色设计实验的软件框架。SIM.JSJavaScriptLibLGPLJS是一个完全用JavaScript编写的通用离散事件模拟库。在浏览器中运行，支持基于GUI的建模工具。SimPyPythonLibMITSimPy是基于标准Python的基于过程的离散事件模拟框架。SimulaSimulaLanguage一种专门为模拟而设计的编程语言。SystemCC++LibApache 2.0提供事件驱动模拟内核。注：软件示意图见《附录二》
二、SimPy 讲解2.1 SimPy 概述1）SimPy 是 python 的离散事件模拟框架。2）SimPy 中的流程由 Python 生成器函数定义。例如，可以用于为客户、车辆或代理等活动组件建模。SimPy 还提供各种类型的共享资源来模拟容量有限的拥塞点（如服务器、结账柜台和隧道）。3）模拟可以要多快有多快、实时、或者手动步进三种方式进行。3）尽管理论上 SimPy 可以用于连续模拟，但它没有任何功能来帮助您实现这一点。另一方面，SimPy 对于具有固定步长的模拟来说是过火的，在这种情况下，您的流程不会相互交互或共享资源。
模拟两个时钟在不同时间间隔滴答作响的简短示例如下：

>>> import simpy>>>>>> def clock(env, name, tick):...while True:...print(name, env.now)...yield env.timeout(tick)...>>> env = simpy.Environment()>>> env.process(clock(env, 'fast', 0.5))<Process(clock) object at 0x...>>>> env.process(clock(env, 'slow', 1))<Process(clock) object at 0x...>>>> env.run(until=2)fast 0slow 0fast 0.5slow 1fast 1.0fast 1.5

2.2 基本概念1）SimPy 是一个离散事件仿真库。活动组件（如车辆、客户或消息）的行为是用流程建模的。所有进程都存在于一个环境中。它们通过事件与环境和彼此交互。2）流程由简单的 Python generator 描述。你可以将他们称为过程函数或过程方法，取决于它是函数还是类的方法。在其整个生命周期内，他们产生事件等待被触发。3）当一个过程产生一个事件时，该进程就会被挂起。当事件发生时（我们说事件被触发），SimPy 恢复该过程。多个进程可以等待同一个事件。SimPy 以它们产生该事件的相同顺序恢复它们。4）一个最重要的事件类型就是 Timeout 类事件。它允许在进程给定的时间内休眠（或保持其他状态）。