建模与仿真及其医学应用

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1、建模与仿真及其医学应用建模与仿真及其医学应用建模与仿真及其医学应用建模与仿真及其医学应用 生物医学工程专业用生物医学工程专业用 概论概论 面向面向2121世纪教学的信息学与生命科学交叉课程世纪教学的信息学与生命科学交叉课程 多学科综合交叉的科学，随着信息技术、系统多学科综合交叉的科学，随着信息技术、系统 技术、计算机技术的发展，建模与仿真已成为分技术、计算机技术的发展，建模与仿真已成为分 析、研究和设计各类系统，特别是复杂系统和大析、研究和设计各类系统，特别是复杂系统和大 系统的有力工具。系统的有力工具。 生命系统是最复杂的系统，因此建模和仿真及生命系统是最复杂的系统，因此建模和仿真及 其在医

2、学中应用是本世纪生物医学工程专业需要其在医学中应用是本世纪生物医学工程专业需要 掌握的基本知识，掌握的基本知识， 学习本课程应有相应的数学基础和信号与系统学习本课程应有相应的数学基础和信号与系统 等基础知识。等基础知识。 本课程内容本课程内容 1 1 1 1基础理论部分基础理论部分基础理论部分基础理论部分 2 2 2 2建模与仿真的建模与仿真的建模与仿真的建模与仿真的MATLABMATLABMATLABMATLAB实现实现实现实现 3 3 3 3在生命系统中应用的典型范例在生命系统中应用的典型范例在生命系统中应用的典型范例在生命系统中应用的典型范例 本课程本课程本课程本课程7272学时，其中：

3、学时，其中：学时，其中：学时，其中： 理论讲授理论讲授理论讲授理论讲授5454学时学时学时学时 实验（建模与仿真的计算机实现）实验（建模与仿真的计算机实现）实验（建模与仿真的计算机实现）实验（建模与仿真的计算机实现）1818学时学时学时学时 1 1基础理论部分基础理论部分 共共共共5 5 5 5章，包括：章，包括：章，包括：章，包括： 第一章（建模与仿真概论）第一章（建模与仿真概论）第一章（建模与仿真概论）第一章（建模与仿真概论） 第二章（系统的数学模型和建模方法）第二章（系统的数学模型和建模方法）第二章（系统的数学模型和建模方法）第二章（系统的数学模型和建模方法） 第四章（连续系统的数字仿真

4、）第四章（连续系统的数字仿真）第四章（连续系统的数字仿真）第四章（连续系统的数字仿真） 第五章（基于实验数据的建模与仿真）第五章（基于实验数据的建模与仿真）第五章（基于实验数据的建模与仿真）第五章（基于实验数据的建模与仿真） 第六章（建模与仿真的校核、验证和确认）第六章（建模与仿真的校核、验证和确认）第六章（建模与仿真的校核、验证和确认）第六章（建模与仿真的校核、验证和确认） 2 2建模与仿真的建模与仿真的MATLABMATLAB实现实现 共包括两章及附录，包括：共包括两章及附录，包括：共包括两章及附录，包括：共包括两章及附录，包括： 第三章（系统建模的第三章（系统建模的第三章（系统建模的第三

5、章（系统建模的MATLABMATLABMATLABMATLAB实现）实现）实现）实现） 第七章（系统仿真的第七章（系统仿真的第七章（系统仿真的第七章（系统仿真的MATLABMATLABMATLABMATLAB实现）实现）实现）实现） 附录（附录（附录（附录（MATLABMATLABMATLABMATLAB基础）基础）基础）基础） 是建模与仿真计算机实现的实际教学环节是建模与仿真计算机实现的实际教学环节是建模与仿真计算机实现的实际教学环节是建模与仿真计算机实现的实际教学环节 在生命系统中的典型应用在生命系统中的典型应用在生命系统中的典型应用在生命系统中的典型应用 单一种群生态系统微分方程模型单一

6、种群生态系统微分方程模型单一种群生态系统微分方程模型单一种群生态系统微分方程模型 HodgkinHodgkinHodgkinHodgkin- - - -HuxleyHuxleyHuxleyHuxley方程，方程，方程，方程， 房室模型，房室模型，房室模型，房室模型， 基于观测数据的生物系统建模与仿真。基于观测数据的生物系统建模与仿真。基于观测数据的生物系统建模与仿真。基于观测数据的生物系统建模与仿真。 希望通过第三部分的教学，以点带面，希望通过第三部分的教学，以点带面，希望通过第三部分的教学，以点带面，希望通过第三部分的教学，以点带面， 启发学生应用建模与仿真的基本理论和方法，启发学生应用建模

7、与仿真的基本理论和方法，启发学生应用建模与仿真的基本理论和方法，启发学生应用建模与仿真的基本理论和方法， 去研究生命系统的思路和实施路线。去研究生命系统的思路和实施路线。去研究生命系统的思路和实施路线。去研究生命系统的思路和实施路线。 第一章第一章第一章第一章概论概论概论概论 系统模型的定义、分类系统模型的定义、分类系统模型的定义、分类系统模型的定义、分类 系统仿真的基本概念、基本步骤、分类和系统仿真的基本概念、基本步骤、分类和系统仿真的基本概念、基本步骤、分类和系统仿真的基本概念、基本步骤、分类和 计算机仿真计算机仿真计算机仿真计算机仿真 系统仿真的应用概述系统仿真的应用概述系统仿真的应用概

8、述系统仿真的应用概述 生物医学系统的建模与仿真概述与发展趋势生物医学系统的建模与仿真概述与发展趋势生物医学系统的建模与仿真概述与发展趋势生物医学系统的建模与仿真概述与发展趋势 第二章第二章第二章第二章 系统的数学模型和建模方法系统的数学模型和建模方法系统的数学模型和建模方法系统的数学模型和建模方法 数学模型的分类数学模型的分类数学模型的分类数学模型的分类 数学模型建模基本方法：数学模型建模基本方法：数学模型建模基本方法：数学模型建模基本方法： 建模过程的信息源、建模方法、过程、模型可信度建模过程的信息源、建模方法、过程、模型可信度建模过程的信息源、建模方法、过程、模型可信度建模过程的信息源、建

9、模方法、过程、模型可信度 连续系统模型：连续时间模型和离散时间模型连续系统模型：连续时间模型和离散时间模型连续系统模型：连续时间模型和离散时间模型连续系统模型：连续时间模型和离散时间模型 离散事件模型概论离散事件模型概论离散事件模型概论离散事件模型概论 数学模型之间的转换数学模型之间的转换数学模型之间的转换数学模型之间的转换 （重点为：外部模型到内部模型的转换）（重点为：外部模型到内部模型的转换）（重点为：外部模型到内部模型的转换）（重点为：外部模型到内部模型的转换） 外部模型转换为内部模型的最小实现问题简介外部模型转换为内部模型的最小实现问题简介外部模型转换为内部模型的最小实现问题简介外部模

10、型转换为内部模型的最小实现问题简介 第三章第三章第三章第三章 系统建模的系统建模的系统建模的系统建模的MATLABMATLABMATLABMATLAB实现实现实现实现 学习和掌握学习和掌握学习和掌握学习和掌握MATLABMATLABMATLABMATLAB基本知识基本知识基本知识基本知识 掌握数学模型的掌握数学模型的掌握数学模型的掌握数学模型的MATLABMATLABMATLABMATLAB基本基本基本基本实现：实现：实现：实现： 时域模型、状态空间模型和零极点模型时域模型、状态空间模型和零极点模型时域模型、状态空间模型和零极点模型时域模型、状态空间模型和零极点模型 掌握掌握掌握掌握MATLA

11、BMATLABMATLABMATLAB实现系统的转换、连接实现系统的转换、连接实现系统的转换、连接实现系统的转换、连接 了解模型降阶及其了解模型降阶及其了解模型降阶及其了解模型降阶及其MATLABMATLABMATLABMATLAB实现实现实现实现 第四章第四章第四章第四章 连续系统的数字仿真连续系统的数字仿真连续系统的数字仿真连续系统的数字仿真 数值积分法原理和数值积分法的选择原则数值积分法原理和数值积分法的选择原则数值积分法原理和数值积分法的选择原则数值积分法原理和数值积分法的选择原则 离散相似法离散相似法离散相似法离散相似法 数值积分法和数值积分法和数值积分法和数值积分法和离散相似法在仿

12、真中的应用离散相似法在仿真中的应用离散相似法在仿真中的应用离散相似法在仿真中的应用 两种方法应用范围和讨论两种方法应用范围和讨论两种方法应用范围和讨论两种方法应用范围和讨论 第五章第五章第五章第五章 基于实验数据的建模与仿真基于实验数据的建模与仿真基于实验数据的建模与仿真基于实验数据的建模与仿真 实验数据建模与仿真概念实验数据建模与仿真概念实验数据建模与仿真概念实验数据建模与仿真概念 模型参数估计模型参数估计模型参数估计模型参数估计 最小二乘法最小二乘法最小二乘法最小二乘法 线性回归数学模型线性回归数学模型线性回归数学模型线性回归数学模型 非线性回归模型非线性回归模型非线性回归模型非线性回归模

13、型 实验内容：实验内容：实验内容：实验内容： 应用实验数据应用实验数据应用实验数据应用实验数据 1 1 1 1、应用最小二乘法进行模型参数估计，、应用最小二乘法进行模型参数估计，、应用最小二乘法进行模型参数估计，、应用最小二乘法进行模型参数估计， 进行多项式拟合的进行多项式拟合的进行多项式拟合的进行多项式拟合的MatlabMatlabMatlabMatlab实现实现实现实现 2 2 2 2、建立回归模型，对所建模型进行回归分析、建立回归模型，对所建模型进行回归分析、建立回归模型，对所建模型进行回归分析、建立回归模型，对所建模型进行回归分析。 第四章第四章第四章第四章 建模与仿真的校核、验证与确

14、认建模与仿真的校核、验证与确认建模与仿真的校核、验证与确认建模与仿真的校核、验证与确认 VVAVVAVVAVVA技术的基本概念、过程技术的基本概念、过程技术的基本概念、过程技术的基本概念、过程 模型校核：系统仿真误差源校核、程序校核。模型校核：系统仿真误差源校核、程序校核。模型校核：系统仿真误差源校核、程序校核。模型校核：系统仿真误差源校核、程序校核。 模型验证：谱分析法、置信区间法、模型验证：谱分析法、置信区间法、模型验证：谱分析法、置信区间法、模型验证：谱分析法、置信区间法、 假设检验法、动态关联分析法假设检验法、动态关联分析法假设检验法、动态关联分析法假设检验法、动态关联分析法 仿真模型

15、的确认：一般观点、确认的步骤仿真模型的确认：一般观点、确认的步骤仿真模型的确认：一般观点、确认的步骤仿真模型的确认：一般观点、确认的步骤 系统仿真结果统计分析：系统仿真结果统计分析：系统仿真结果统计分析：系统仿真结果统计分析： 蒙特卡洛法、蒙特卡洛法、蒙特卡洛法、蒙特卡洛法、CADFTCADFTCADFTCADFT法思路法思路法思路法思路 第七章第七章第七章第七章 系统仿真的系统仿真的系统仿真的系统仿真的MATLABMATLABMATLABMATLAB实现实现实现实现 学习计算机仿真的步骤。学习计算机仿真的步骤。学习计算机仿真的步骤。学习计算机仿真的步骤。 数值积分法的数值积分法的数值积分法的

16、数值积分法的MATLABMATLABMATLABMATLAB实现和基于数值积分法的实现和基于数值积分法的实现和基于数值积分法的实现和基于数值积分法的 连续系统的数字仿真。连续系统的数字仿真。连续系统的数字仿真。连续系统的数字仿真。 基于离散相似法的连续系统仿真。基于离散相似法的连续系统仿真。基于离散相似法的连续系统仿真。基于离散相似法的连续系统仿真。 SIMULINKSIMULINKSIMULINKSIMULINK动态仿真：动态仿真：动态仿真：动态仿真： SIMULINKSIMULINKSIMULINKSIMULINK窗口及模型库、系统框图模型的建立、窗口及模型库、系统框图模型的建立、窗口及模型库、系统框图模型的建立、