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出版者:McGraw-Hill Higher Education

作者:John Grainger

出品人:

页数:787

译者:

出版时间:1994-06-01

价格:GBP 44.99

装帧:Paperback

isbn号码:9780071133388

丛书系列:

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复杂系统建模与仿真：从理论到实践的深度解析 本书聚焦于复杂系统科学的核心理论、先进的建模方法以及前沿的仿真技术，旨在为研究人员、工程师和决策者提供一套全面、深入且高度实用的分析工具箱。本书的叙事结构围绕着“理解结构、预测行为、优化设计”这一主线展开，避免了对任何特定工程领域（如电力系统）的深入剖析，而是致力于构建一个跨领域的、普适性的复杂系统分析框架。 第一部分：复杂系统理论基础与数学表征 本部分奠定了分析复杂系统的理论基石，重点关注如何将现实世界中相互关联的现象抽象化为可计算的数学模型。 第一章：复杂性的内涵与系统思维的重塑 本章首先界定了“复杂性”的科学定义，区分了“繁多性”（Complicated）与“复杂性”（Complex）的本质区别。讨论了涌现性（Emergence）、非线性和反馈环路在复杂系统中扮演的关键角色。系统思维被重新审视，强调从整体而非孤立组件的角度审视系统动态。引入了关于自组织临界性（Self-Organized Criticality, SOC）的初步讨论，探讨系统如何在没有外部干预下达到临界状态。 第二章：网络科学与拓扑结构分析 网络理论是理解复杂系统结构的核心工具。本章深入探讨了图论在系统建模中的应用。详细介绍了不同类型的网络拓扑结构，包括随机网络（如Erdős–Rényi模型）、无标度网络（Scale-Free Networks，如Barabási–Albert模型）以及小世界网络（Small-World Networks，如Watts-Strogatz模型）。重点分析了关键指标，如度分布、聚类系数、平均路径长度以及中心性度量（介数中心性、接近中心性），用以识别系统中的核心节点与薄弱环节。 第三章：动力系统理论与非线性分析 为了描述系统随时间的变化，本章引入了连续时间与离散时间动力学模型。详细阐述了常微分方程（ODE）和偏微分方程（PDE）在描述系统演化中的应用。着重于非线性现象的分析，包括极限环、分岔理论（Bifurcation Theory）——特别是鞍结点分岔和霍普夫分岔——以及混沌行为的识别与量化（如Lyapunov指数的计算）。本章为理解复杂系统对初始条件的敏感性提供了数学工具。 第四章：随机过程与不确定性量化 现实世界的复杂系统充满了不确定性。本章侧重于概率论在系统分析中的应用。深入探讨了马尔可夫链（Markov Chains）在状态转移建模中的地位，并介绍了隐马尔可夫模型（HMM）在序列数据分析中的应用。针对连续时间系统，讲解了随机微分方程（SDE）的构建，特别是伊藤积分在处理白噪声驱动下的系统时的重要性。不确定性量化（Uncertainty Quantification, UQ）的技术，如蒙特卡洛模拟（Monte Carlo Simulation）和基于谱方法的求解技术，被系统地介绍。 第二部分：高级建模范式与方法论 本部分将理论知识转化为可操作的建模方法，涵盖了从微观个体行为到宏观集体现象的多种建模范式。 第五章：基于主体的建模（Agent-Based Modeling, ABM） ABM是捕捉异质性个体交互和涌现行为的有力工具。本章详细介绍了ABM的构建流程，包括个体规则的设定、环境的定义以及交互机制的设计。通过具体的案例（如社会群体流动、资源竞争），演示如何通过模拟个体行为预测宏观模式的出现，强调了ABM在研究社会经济、生物生态等领域中的独特价值。 第六章：系统动力学（System Dynamics, SD）的深化应用 本章超越了基础的存量-流量图（Stock-and-Flow Diagrams），深入探讨了反馈结构对系统长期行为的决定性影响。重点分析了高阶反馈回路、时间延迟效应以及参数敏感性分析在SD模型中的重要性。通过因果回路图（Causal Loop Diagrams）的精细化构建，指导读者如何识别和诊断系统中的“结构性问题”而非仅仅是“参数性问题”。 第七章：混合系统建模与多尺度耦合 许多复杂系统同时包含连续动态和离散事件（混合系统）。本章讨论了如何将微分方程模型与事件驱动模型（如Petri Nets或状态机）有效地结合起来。此外，多尺度建模是现代复杂系统分析的难点，本章专门论述了如何处理不同时间尺度和空间尺度上模型之间的信息传递和耦合策略，例如，如何用宏观方程来近似微观粒子的平均效应。 第三部分：仿真、求解与系统优化 本部分关注如何高效地求解复杂的系统模型，并利用仿真结果进行有效的系统设计和控制。 第八章：大规模系统的数值求解挑战与高效算法 对于高维、非线性和大规模的系统模型，标准数值积分方法往往效率低下或不稳定。本章探讨了针对特定系统结构优化求解器的技术，例如，针对刚性系统的隐式/半隐式积分方案、自适应时间步长的选择策略。针对大型稀疏矩阵系统的求解，介绍了Krylov子空间方法（如Arnoldi和Lanczos迭代）在特征值和系统响应计算中的优势。 第九章：仿真驱动的参数辨识与模型验证 一个准确的复杂系统模型必须经过严格的验证与校准。本章详细介绍了参数辨识（Parameter Estimation）的技术，包括基于梯度下降的最小二乘法以及更鲁棒的全局优化方法（如遗传算法、粒子群优化）。模型验证部分侧重于“历史数据拟合”与“前瞻性预测能力”的平衡，讨论了模型简化（Model Order Reduction）对辨识稳定性的影响。 第十：复杂系统控制与鲁棒性设计 在充分理解系统动态后，本章转向如何干预和控制系统。重点介绍了鲁棒控制理论在不确定系统中的应用，如$H_{infty}$控制和滑模控制，确保控制策略在模型误差和外部扰动下仍能维持所需性能。此外，还讨论了基于预测控制（Model Predictive Control, MPC）的先进控制策略，它能利用系统的未来状态预测信息来优化当前的控制动作，是实现复杂系统最优运行的关键技术。 第十一章：高维模型的可视化与可解释性 最终，复杂系统的分析结果必须以直观的方式呈现给决策者。本章探讨了处理高维仿真数据的方法，包括降维技术（如主成分分析PCA和流形学习LLE）在系统状态可视化中的应用。着重讨论了如何建立“可解释性框架”，将复杂的数学输出转化为业务或工程领域的洞察力，确保模型分析的实际价值。 本书特色： 本书的叙事重点在于方法的通用性与严谨的数学推导，确保所介绍的技术栈能够无缝迁移到能源、交通、生物医学、环境工程或社会科学等任何领域中涉及大规模相互作用的系统分析中。全书配有大量的数学推导和伪代码示例，但避免了特定工程领域的具体数值或案例，保证了内容的纯粹理论和方法论导向。

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这本书吸引我的另一个重要原因是它所蕴含的工程实践意义。虽然我并非直接从事电力系统运行和维护工作，但我深知扎实的理论知识是理解实际工程问题的基石。我希望这本书能够提供一些贴近实际工程的案例分析，让我能够看到书本上的理论是如何在实际系统中得到应用的。例如，在进行线路设计时，如何利用潮流计算和稳定性分析来确定线路的容量和运行方式；在发生故障时，如何通过短路电流计算来选择合适的保护装置。我也希望能看到书中对一些实际运行中可能遇到的问题进行讨论，比如电压稳定性问题、频率偏差问题，以及如何通过分析来解决这些问题。如果书中能够提供一些与实际设备参数相近的计算示例，那将更有助于我理解理论与实践之间的联系。我希望这本书能够成为我学习电力系统知识的“指南针”，指引我理解工程中的“为什么”和“怎么样”。

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我对这本书的期待，更多是源于我对技术细节的探求欲。我一直在寻找一本能够深入探讨电力系统分析方法的书籍，特别是那些能够提供详实数学模型和计算流程的著作。在学习过程中，我深切体会到，仅仅停留在概念层面是远远不够的，真正的理解需要通过扎实的数学推导和算法实现来支撑。我希望这本书能够详细介绍潮流计算的各种算法，比如高斯-赛德尔法、牛顿-拉夫逊法，以及它们在不同情况下的适用性和优缺点。同时，我也非常关注短路电流的计算，这对于电力系统的保护设计至关重要。我希望书中能有关于对称分量法、不对称分量法的详细讲解，以及如何根据系统参数计算不同类型短路下的电流。此外，对于系统稳定性分析，我希望能看到关于暂态稳定性、稳态稳定性的深入探讨，以及相关的分析工具和方法。我期望这本书能够提供大量的例题和习题，通过实际练习来巩固所学知识，并能帮助我逐步提升解决复杂电力系统问题的能力。

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这本书的封面设计就给我一种沉甸甸的、充满知识的厚重感。我一直对电力系统这门学科抱有浓厚的兴趣，尤其是在接触了一些基础理论后，我渴望深入了解电力系统是如何运转的，以及在面临各种复杂工况时，它们是如何被分析和优化的。我曾翻阅过一些介绍性的书籍，但总觉得它们在技术深度上有所欠缺，无法真正满足我对于“分析”二字背后所蕴含的严谨和系统性的需求。我希望找到一本能够带领我穿梭于发电、输电、配电以及用户端的各个环节，让我能从宏观到微观，理解能量流动的路径、电压和电流的平衡，以及系统中各种动态变化对整体稳定性的影响。我期待这本书能够提供清晰的理论框架，丰富的案例分析，以及实用的计算方法，能够帮助我构建起对电力系统完整的认知图谱。想象一下，能够洞悉电力系统中的负荷预测、潮流计算、短路分析，甚至还能理解如何应对暂态稳定性问题，这将是多么令人兴奋的事情。我更希望这本书能够将这些复杂的概念以一种易于理解的方式呈现出来，即便我不是这个领域的专业人士，也能从中获得启发和提升。

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作为一名正在准备参加相关专业资格考试的学生，我对于能够系统性地梳理知识体系并提供考试指导的书籍有着强烈的需求。我知道电力系统分析是考试中的一个重要组成部分，需要掌握大量的理论知识和计算技巧。我希望这本书能够覆盖考试大纲中的所有关键知识点，并且以一种清晰、有条理的方式呈现。比如，对于发电机、变压器、线路等主要电气设备的模型和参数，我需要有准确的理解；对于各种潮流计算、短路计算、稳定分析方法，我需要掌握其基本原理、计算步骤和应用场景。更重要的是，我希望这本书能够提供一些经典的例题解析，帮助我理解解题思路和技巧，并且能够有针对性地解答我在学习过程中遇到的难点和疑点。我还会关注书中是否有相关的图表、流程图和表格，这些都能够有效地帮助我记忆和理解复杂的概念。如果书中还能提供一些备考建议，或者指出一些容易出错的地方，那对我来说就更加有价值了。

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我一直对电力系统的自动化和智能化发展趋势非常感兴趣，而这离不开强大的分析基础。我希望这本书能够不仅仅停留在传统的稳态分析，而是能够触及到一些更前沿的领域。比如，我期待书中能够介绍一些关于实时监测、故障诊断和自适应控制的分析方法，以及如何利用这些分析技术来提升电力系统的运行效率和可靠性。我希望能看到关于状态估计的原理和应用，以及它在实时数据处理和系统优化中的作用。我也对智能电网的发展很感兴趣，希望书中能够探讨如何将现代信息技术与电力系统分析相结合，例如大数据分析、人工智能在电力系统中的应用，以及这些技术如何赋能更灵活、更具韧性的电网。我希望这本书能够在我现有的知识基础上，为我打开新的视野，让我看到电力系统分析的未来发展方向，并为我从事相关领域的研究或工作提供理论指导。

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