Modeling and Control of Discrete-event Dynamic Systems

Modeling and Control of Discrete-event Dynamic Systems pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

出版者:Springer
作者:B. Hrúz
出品人:
页数:341
译者:
出版时间:2007-09-06
价格:USD 79.95
装帧:Paperback
isbn号码:9781846288722
丛书系列:
图书标签:
  • 离散事件系统
  • 建模与控制
  • 动态系统
  • 排队论
  • Petri网
  • 仿真
  • 性能分析
  • 控制理论
  • 系统工程
  • 随机过程
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具体描述

复杂系统建模与控制:从理论基石到前沿应用 本书全面深入地探讨了复杂系统建模与控制的理论基础、关键技术及其在实际工程中的应用,旨在为研究人员、工程师以及高年级本科生和研究生提供一本既具理论深度又富实践指导性的参考著作。 在当代工程与科学领域,我们面临的系统日益复杂化、动态化与网络化。从大规模制造流程、通信网络、交通流量管理到生物医学系统的调控,如何准确描述这些系统的行为、预测其未来演化,并设计出鲁棒有效的控制策略,是亟待解决的核心挑战。本书聚焦于那些其演化过程由离散事件驱动的动态系统——即离散事件系统(DES)及其更广义的范畴,但其叙述和覆盖范围超越了单一的离散事件模型范畴,系统性地融入了连续动力学、随机性与人机交互等元素,构建了一个更贴近现实世界复杂性的综合控制框架。 第一部分:复杂系统的建模范式与数学基础 本书开篇奠定了描述复杂系统行为所需的数学与逻辑工具。我们首先审视了系统建模的哲学:如何选择最恰当的抽象层次来捕捉系统的本质特征,同时忽略不必要的细节。 1. 广义系统描述与状态空间重构: 详细介绍了不同建模范式之间的桥梁。这包括对传统连续时间系统的回顾,重点在于如何将其状态空间表示与离散事件的发生点对齐。我们深入探讨了混合系统(Hybrid Systems)的数学基础,即连续动力学与离散状态转移的耦合机制,阐明了如何利用微分代数方程(DAEs)结合状态机来描述具备精确时间依赖性的物理过程。 2. 概率论与随机过程在建模中的应用: 现实世界的复杂系统充满不确定性。本书投入了大量篇幅阐述如何利用随机过程来描述参数的波动、传感器噪声以及不可预测的外部干扰。重点分析了马尔可夫过程(包括有限状态马尔可夫链和连续时间马尔可夫链)在系统可靠性评估和性能度量中的作用。此外,本书也介绍了半马尔可夫过程(Semi-Markov Processes)如何更精确地捕捉状态驻留时间的随机性。 3. 网络化与互联系统的拓扑建模: 随着系统集成度的提高,网络结构对系统整体行为的影响愈发显著。本书引入了图论(Graph Theory)作为建模互联系统的基础语言。通过分析网络的连通性、中心性和鲁棒性,我们讨论了如何利用网络拓扑结构来推断整体系统的涌现行为,特别是针对分布式控制和资源共享场景下的建模挑战。 第二部分:基于预测与优化的控制理论 在系统模型建立之后,本书的核心转移到设计能够优化系统性能的控制律。我们强调从开环分析转向闭环反馈控制,特别是那些以优化特定性能指标为目标的现代控制方法。 4. 性能度量与优化目标函数构建: 在复杂系统中,性能的定义往往是多维度的(如吞吐量、延迟、能耗、公平性)。本书详细解析了如何将这些定性目标转化为可量化的数学优化目标函数,包括平均成本、最大化折扣累积奖励等。引入了变分法在最优控制问题中的应用,为后续的动态规划奠定基础。 5. 动态规划与价值迭代方法: 针对随机或确定性优化问题,本书深入探讨了基于动态规划的解耦思想。详细阐述了贝尔曼方程(Bellman Equation)的推导过程及其在解决有限视野和无限视野控制问题中的应用。针对状态空间连续或维度过高的情况,本书也介绍了函数逼近方法(Function Approximation)与动态规划的结合,为求解大规模优化问题提供了实用的计算框架。 6. 模型预测控制(MPC)的扩展应用: MPC作为一种强大的前馈-反馈混合控制策略,在处理约束和多目标优化方面表现卓越。本书超越了传统线性MPC的范畴,重点讨论了如何将MPC技术扩展到具有非线性动力学和复杂逻辑转换的系统中。讨论了如何有效求解在线二次规划(QP)或非线性规划(NLP)问题,并探讨了在模型不确定性下MPC的鲁棒性保证(Robust MPC)。 第三部分:面向实际挑战的控制设计与实施 本书的后半部分聚焦于如何将抽象的控制理论应用于解决具体的工程难题,尤其关注那些需要决策制定和资源协调的场景。 7. 基于策略的反馈控制与强化学习的连接: 在模型获取困难或系统动力学极其复杂的领域,我们转向基于数据的控制方法。本书详细介绍了强化学习(RL)的核心算法,如Q-Learning和策略梯度方法,但更重要的是,它将这些方法置于传统控制理论的背景下进行评估。我们讨论了如何利用系统知识来设计奖励函数、剪枝搜索空间,从而加速学习过程并确保控制策略满足基本的安全约束。 8. 资源分配与调度控制: 在制造系统、数据中心和交通网络中,控制的核心在于动态地分配有限的资源(如带宽、机床时间、道路空间)。本书利用排队论(Queueing Theory)的分析工具,结合优化控制,设计了先进的调度算法,用于最小化延迟或最大化系统利用率。重点讨论了带有通信延迟和丢包情况下的分布式调度策略。 9. 安全验证与故障容忍设计: 复杂系统的可靠性至关重要。本书探讨了如何利用形式化方法(Formal Methods)来验证控制策略的安全性属性(如不会进入死锁状态、关键变量不会越限)。随后,本书介绍了故障检测与隔离(FDI)技术,以及如何将系统故障视为一种特殊的外部扰动,并设计出能够快速恢复的容错控制(Fault-Tolerant Control)方案,确保系统在部分组件失效后仍能维持关键功能。 10. 案例研究与未来方向: 本书以详尽的案例研究收尾,涵盖了智能电网中的动态负荷管理、大规模并行计算任务的负载均衡,以及复杂的供应链协调。这些案例不仅展示了所学理论的实际威力,也指明了该领域未来的研究方向,例如,如何将可解释性(Explainability)融入到高度依赖数据的控制决策中。 本书的特色在于其跨学科的综合性,它不局限于任何单一的数学工具箱,而是有机地融合了随机过程、优化理论、网络科学和系统工程的精髓,为读者提供了一套强大的、可应用于解决21世纪复杂工程挑战的分析与设计工具集。

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用户评价

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我对本书的第一印象是其内容结构的逻辑性。从目录的浏览开始,我便能清晰地感受到作者在组织材料时所下的苦心。每一个章节都像是精心搭建的阶梯,引导读者一步步深入到离散事件动态系统的建模与控制这一复杂领域。开篇的部分似乎并没有直接抛出晦涩难懂的理论,而是从更基础的概念入手,循序渐进地介绍了离散事件系统的基本构成要素和数学描述方法。这种由浅入深的处理方式,对于我这样可能在某些方面基础稍显薄弱的读者来说,无疑是一种巨大的帮助,它避免了初学者可能遇到的“一眼看去全是公式,不知从何下手”的窘境。随着章节的推进,我预见到会逐渐引入更为复杂的建模技术,例如状态机、Petri网,以及它们在不同场景下的应用。尤其令我感到期待的是,书中是否会详细阐述如何将这些抽象的数学模型转化为可操作的控制策略。离散事件系统的控制往往涉及到实时决策和对系统状态的动态响应,这其中的挑战性不言而喻。我希望这本书不仅能教我如何“看懂”一个系统,更能指导我如何“管理”和“优化”它。从目录的设置来看,作者似乎还考虑到了系统的分析和性能评估,这一点对于理解控制效果至关重要。

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从书本的装帧和初步翻阅来看,我感受到这本书的出版质量相当高。封面设计简洁大方,给人一种专业、权威的感觉。纸张的质感很好,印刷清晰,墨迹饱满,长时间阅读也不会感到眼睛疲劳。我尤其喜欢它内页的排版,字体大小、行距以及段落的划分都恰到好处,使得信息呈现更加直观,方便查找和阅读。在页眉和页脚的设计上,也体现了作者和出版社的用心,例如,清晰的章节标题和页码,都使得我在阅读过程中能够快速定位到所需内容。书的装订也非常牢固,即使经常翻阅,也不容易出现散页的情况,这对于一本经常需要参考的学术书籍来说,是非常重要的。我甚至注意到,在一些关键的图示和表格旁边,作者都做了详细的注释,这极大地增加了图表的可读性和信息量。总而言之,这本书在物理形态上就散发出一种高质量学术著作应有的严谨和精致,让人在未开始阅读其内容之前,就对其内在的知识价值充满期待。

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从我翻阅的章节来看,本书在数学工具的使用上,显得非常得体且具有前瞻性。作者并没有仅仅停留在基本的集合论和逻辑推理,而是深入地运用了一些更为现代和强大的数学概念来描述和分析离散事件动态系统。我猜想,书中可能会涉及到概率论和随机过程的知识,因为许多实际的离散事件系统都包含随机的到达、服务时间或者故障等因素。如何用数学模型来准确地捕捉这些随机性,并在此基础上进行性能分析和控制设计,是这一领域的核心挑战。此外,我注意到作者在引入Petri网等建模工具时,似乎将其与形式化验证相结合。这种结合能够提供一种严谨的方式来证明系统的某些性质,例如死锁检测、资源可达性等,这对于确保系统的可靠性和安全性至关重要。我也对书中是否会讨论一些基于图论的分析方法感到好奇,因为许多离散事件系统本质上可以被建模为有向图或状态图。例如,如何利用图的遍历、匹配或流算法来分析系统的性能指标,如吞吐量、延迟等。

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尽管我尚未深入研读这本书的全部内容,但仅凭其在引言和目录中透露出的研究方向,我就能感受到其理论深度和前沿性。作者显然对离散事件动态系统的建模与控制领域有着深刻的理解,并且试图将最新的研究成果融入其中。我特别关注书中对于“控制”部分的论述。不同于传统的连续系统控制,离散事件系统的控制往往需要处理突发事件、随机性和不确定性。我希望这本书能够提供一些行之有效的控制策略,例如基于事件的调度算法、基于状态的反馈控制,甚至是更具适应性的智能控制方法。理解如何设计能够保证系统稳定运行、优化资源利用、同时又能够应对不可预测干扰的控制策略,是我非常期待的部分。书中可能还会涉及到模型预测控制(MPC)在离散事件系统中的应用,这是一种非常有潜力的技术,能够同时考虑系统的动态行为和未来的预测信息。如果书中能够对这类高级控制技术有深入的探讨,那将是一大亮点。此外,我预想本书可能会讨论如何从实际数据中学习和构建离散事件系统模型,这对于处理那些难以显式建模的复杂系统至关重要。

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这本书的语言风格给我留下了一个非常清晰的印象。作者在写作过程中,显然是力求在严谨性与易读性之间找到一个微妙的平衡点。虽然这是一本学术专著,涉及到复杂的数学理论和工程概念,但其行文却并不显得枯燥乏味。取而代之的是,我感受到了作者在遣词造句上的精炼和清晰。公式的推导过程被分解得十分细致,中间步骤的解释也十分到位,这使得我能够跟上作者的思路,理解每一个数学转换背后的逻辑。而且,书中对于一些关键术语的定义也十分明确,并且在首次出现时给出了详尽的解释,避免了读者产生歧义。我尤其欣赏作者在引用文献时所展现出的严谨态度,这为我进一步深入研究提供了宝贵的线索。有时,作者在解释一个复杂的概念时,会穿插一些简短的、富有启发性的评论,这些评论虽然篇幅不长,但往往能够帮助读者从更宏观的角度去理解该概念的重要性及其在整个理论体系中的位置。这种叙述方式,在我看来,是一种非常高效的学习方式,它不仅传授知识,更传递了一种科学研究的方法论。

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这本书给我的一个强烈感受是其内容的实用性。虽然离散事件动态系统是一个偏向理论的研究领域,但作者似乎并没有将本书局限于纯粹的数学推导,而是着力于将理论知识与实际应用相结合。我希望看到书中能够包含一些具体的工程案例,例如在交通流量控制、计算机网络调度、生产制造过程管理、甚至是生物系统的动态模拟等方面的应用。了解这些案例如何利用离散事件系统理论来解决现实世界的问题,对我来说非常有启发性。特别地,我期待书中能够提供一些关于如何从实际数据中提取模型参数,以及如何根据实时数据调整控制策略的指导。在许多工业场景中,系统模型可能并不完全已知,或者会随着时间的推移而发生变化,因此,具备自适应和在线学习能力的控制系统显得尤为重要。如果本书能够深入探讨这些方面,提供一些算法和实现上的建议,那将非常有价值。

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我最近开始阅读这本书,虽然才读了前面几个章节,但其中的一些核心概念已经给我留下了深刻的印象。作者在引入“事件”这个基本概念时,非常注重其在系统演化中的作用,并且清晰地阐述了离散事件系统与连续时间系统在本质上的区别。我尤其欣赏作者通过一些生动的例子来解释抽象的理论,比如在描述状态转移时,他似乎用到了工厂生产线上的某个环节,这样的比喻让我更容易将理论与实际场景联系起来,也更容易理解状态空间和事件触发机制的意义。我注意到书中在介绍建模工具时,可能涉及到了不止一种方法,比如信号流图或者状态转移图,而不仅仅是局限于单一的视角。这种多角度的讲解方式,我觉得对于培养读者全面的建模思维非常有益。我很好奇作者在后续章节中会如何深入探讨这些模型的鲁棒性和可扩展性,毕竟实际的离散事件系统往往非常庞大且动态多变。此外,作者在引言部分似乎强调了建模在实际工程应用中的重要性,这让我对书中可能包含的案例分析充满了期待,希望能够看到一些真实的工业场景是如何通过离散事件系统理论来解决问题的。

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我对本书在理论深度和广度上的期待非常高。作者在离散事件动态系统领域深耕多年,必然能够将一些前沿的研究成果和深邃的理论洞察体现在书中。我希望这本书能够提供对各种先进建模技术的详尽介绍,而不仅仅是停留在基本的Petri网和状态机。例如,如何运用更复杂的概率模型来描述系统的随机行为,如何利用分层建模或者混合建模来处理大规模、多尺度的离散事件系统。在控制方面,我期待能够看到一些针对非线性、不确定性以及实时约束下的控制策略。诸如自适应控制、强化学习在离散事件系统中的应用,以及如何设计能够保证系统满足特定性能指标(如最小化延迟、最大化吞吐量)的优化控制器。此外,我热切希望书中能够探讨系统分析和性能评估方面的一些高级技术,比如如何通过仿真、形式化方法或者统计分析来准确预测系统的行为,并对控制器的有效性进行科学的验证。

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这本书的装帧设计给我留下了深刻的第一印象。封面采用了一种沉静的深蓝色调,上面印着书名,字体是一种略带科技感的银色,没有过于花哨的图案,显得专业且有分量。纸张的质感也相当不错,拿在手里有沉甸甸的感觉,翻阅时纸页的沙沙声透露着一种经典学术书籍的韵味。我尤其喜欢它内页的排版,字体大小适中,行距舒适,即使长时间阅读也不会感到疲劳。章节标题清晰醒目,重要的公式和定义都经过了特别的标记,这对于我这种需要反复查阅细节的读者来说,简直是福音。每次翻开这本书,都能感受到作者和出版社在细节上的用心,这本身就是一种无声的邀请,让我更加期待其中蕴含的知识。书的尺寸也比较标准,方便携带和放在书架上,不会占据过多的空间,但又足够厚重,显示其内容的丰富程度。封底的简介虽然简短,但却成功地勾勒出了本书的研究领域,让我对它所探讨的主题产生了浓厚的兴趣。我甚至注意到,在书页的边缘,作者还留有一些空白区域,这为我日后进行笔记和思考留下了空间,这种设计非常人性化,也很符合学术研究的实际需求。总而言之,从外在的包装到内在的排版,这本书都散发着一种严谨而专业的学术气息,让人在未开始阅读正文之前,就已经被它所吸引。

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我注意到本书在学术研究的严谨性上做得相当到位,这对于任何希望深入理解离散事件动态系统领域的读者来说,都是一个非常重要的品质。作者在阐述理论时,始终保持着清晰的逻辑链条,从基本概念出发,逐步构建起复杂的理论框架。每一个定理的证明都力求详尽,并且引用了相关的数学基础,这使得读者能够追溯其理论来源,并对其可靠性有充分的信心。我尤其欣赏书中对于证明过程中关键步骤的强调,以及对一些潜在的假设条件的明确说明。这有助于读者理解理论的适用范围和局限性,避免将其误用于不恰当的场景。此外,我预料书中可能会包含一些关于系统建模的“最佳实践”的讨论,以及在不同应用场景下选择合适建模方法的指导。例如,如何根据系统的复杂程度、数据可用性以及所需的分析精度来权衡使用Petri网、状态机还是其他建模技术。这种实践性的指导,对于工程师和研究人员来说,将是非常宝贵的财富。

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