模式模擬與兵棋
Modeling, Simulation, and Wargame
學期
114-2
學分
3
學分
當期課號
910355
永久課號
SESE00071
開課單位
系統工程與科技學士學位學程
授課教師
莊曜嘉
類別
選修
上課時間表
| 節 | 週三 | 週五 |
|---|---|---|
1 08:00–08:50 | 模式模擬與兵棋 | |
3 10:10–11:00 | 模式模擬與兵棋 2 節連堂 | |
4 11:10–12:00 |
* 根據陽明交大上課時間表所列
概述
本課程旨在引導學生深入理解「模式模擬」的核心原理，並將其轉化為「兵棋推演」與軍事系統分析的實質能力。課程前半段依循指定教科書，建立系統動力學、隨機模擬 (Stochastic Modeling) 的數學基礎與程式實作技巧。 課程目標: 掌握模擬理論： 理解連續時間模型、數值積分方法（如 Runge-Kutta）與蒙地卡羅機率模擬的基礎運作原理。 熟悉兵棋演算邏輯： 能夠將真實世界的物理限制（如彈道軌跡、雷達截面積）與戰鬥耗損法則轉化為可計算的數學模型。 代理人與複雜系統實作： 運用代理人基模型 (ABM) 實作多單位協同作戰邏輯，如無人機群飛與防空火網資源分配。 戰區與網路架構認知： 理解大型戰區級兵棋的數據流動方式，並能評估指管通情 (C4ISR) 模擬中的影響。
先修科目
無
教學方式
教學方法： 以教師課堂講授為主，搭配投影片、影片及實際案例分析。部分單元將進行線上工具或軟體操作示範。 課程網站： 所有課程公告、講義、作業繳交及補充資料均會發布於學校的數位學習平台。 助教資訊： 週四晚上1900-2000
評分方式
小考15% 作業15% 期中考30% 期末考30% 平時成績10%
課程大綱
- 模式模擬與兵棋導論
- 系統動力學與連續時間模型
- 拋射體與彈道軌跡模擬
- 數值模擬程式實作
- 隨機模型與蒙地卡羅方法
- 代理人基模型 (ABM) 基礎
- 數據驅動建模與參數擬合
- 戰鬥模型與蘭徹斯特方程式
- 戰區級兵棋架構概念
- 綜合測驗
- 書本閱讀報告
週次計畫
| 週次 | 主題 |
|---|---|
| 第 1 週 | 計算科學簡介、模型分類（連續/離散/隨機）、兵棋推演在系統分析上的角色。 |
| 第 2 週 | 變化率概念、一階微分方程式建模、無阻力環境下的基本動態預測。 |
| 第 2 週 | 變化率概念、一階微分方程式建模、無阻力環境下的基本動態預測。 |
| 第 3 週 | 二維運動方程式、空氣阻力與終端速度考量、防空系統（如飛彈）攔截軌跡基礎。 |
| 第 3 週 | 二維運動方程式、空氣阻力與終端速度考量、防空系統（如飛彈）攔截軌跡基礎。 |
| 第 4 週 | 尤拉方法 (Euler's method) 與龍格-庫塔法 (Runge-Kutta) 的程式實作與誤差分析。 |
| 第 4 週 | 尤拉方法 (Euler's method) 與龍格-庫塔法 (Runge-Kutta) 的程式實作與誤差分析。 |
| 第 5 週 | 亂數生成、機率分佈、命中率與獵殺機率 (Probability of Kill, Pk) 的隨機模擬計算。 |
| 第 5 週 | 亂數生成、機率分佈、命中率與獵殺機率 (Probability of Kill, Pk) 的隨機模擬計算。 |
| 第 6 週 | 網格環境建構、細胞自動機 (Cellular Automata)、部隊移動與地形阻礙模擬邏輯。 |
| 第 7 週 | 多代理人互動邏輯、UAV 群飛 (Swarming) 行為模擬、防空陣地之火力分配最佳化。 |
| 第 7 週 | 多代理人互動邏輯、UAV 群飛 (Swarming) 行為模擬、防空陣地之火力分配最佳化。 |
| 第 8 週 | 考試範圍：第 1 週至第 7 週內容 |
| 第 8 週 | 考試範圍：第 1 週至第 7 週內容 |
| 第 9 週 | 實驗數據處理、最小平方法、感測器誤差與雷達截面積 (RCS) 數據在模型中的應用。 |
| 第 9 週 | 實驗數據處理、最小平方法、感測器誤差與雷達截面積 (RCS) 數據在模型中的應用。 |
| 第 10 週 | 兵棋數學核心：蘭徹斯特平方與線性法則、非對稱作戰的兵力耗損推演。 |
| 第 10 週 | 兵棋數學核心：蘭徹斯特平方與線性法則、非對稱作戰的兵力耗損推演。 |
| 第 11 週 | 聯合戰區作戰研究模型 (如 STORM 模型) 系統架構探討、跨軍種協同作戰模擬機制。 |
| 第 11 週 | 聯合戰區作戰研究模型 (如 STORM 模型) 系統架構探討、跨軍種協同作戰模擬機制。 |
| 第 12 週 | 臺灣的勝算：以小制大的不對稱戰略，全臺灣人都應了解的整體防衛構想 |
| 第 12 週 | 臺灣的勝算：以小制大的不對稱戰略，全臺灣人都應了解的整體防衛構想 |
| 第 13 週 | 臺灣的勝算：以小制大的不對稱戰略，全臺灣人都應了解的整體防衛構想 |
| 第 13 週 | 臺灣的勝算：以小制大的不對稱戰略，全臺灣人都應了解的整體防衛構想 |
| 第 14 週 | 台海有事日本對策增訂版：全面兵推 |
| 第 14 週 | 台海有事日本對策增訂版：全面兵推 |
| 第 15 週 | 台海有事日本對策增訂版：全面兵推 |
| 第 15 週 | 台海有事日本對策增訂版：全面兵推 |
| 第 16 週 | 考試範圍：第 9 週至第 15 週內容 (Ch. 7 - Ch. 11, Ch. 13) |
| 第 16 週 | 考試範圍：第 9 週至第 15 週內容 (Ch. 7 - Ch. 11, Ch. 13) |
教科書
書名： Introduction to Computational Science: Modeling and Simulation for the Sciences - Second Edition 作者： Angela B. Shiflet, George W. Shiflet 出版社： Princeton University Press 出版年： 2014年 ISBN： 9780691160719