Large Deviations For Performance Analysis

Large Deviations For Performance Analysis pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

出版者:Chapman & Hall/CRC
作者:Adam Shwartz
出品人:
页数:560
译者:
出版时间:1995-09-01
价格:USD 109.95
装帧:Hardcover
isbn号码:9780412063114
丛书系列:
图书标签:
  • 理论
  • 数学
  • LDT
  • Large Deviations
  • Performance Analysis
  • Queueing Theory
  • Stochastic Networks
  • Probability
  • Asymptotic Analysis
  • Applied Probability
  • Telecommunications
  • Computer Science
  • Reliability
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具体描述

This book consists of two synergistic parts. The first half develops the theory of large deviations from the beginning (iid random variables) through recent results on the theory for processes with boundaries, keeping to a very narrow path: continuous-time, discrete-state processes. By developing only what is needed for the applications, the theory is kept to a manageable level, both in terms of length and in terms of difficulty. Within its scope, the treatment is detailed, comprehensive and self-contained. As the book shows, there are sufficiently many interesting applications of jump Markov processes to warrant a special treatment. The second half is a collection of applications developed at Bell Laboratories. The applications cover large areas of the theory of communication networks: circuit-switched transmission, packet transmission, multiple access channels, and the M/M/1 queue. Aspects of parallel computation are covered as well: basics of job allocation, rollback-based parallel simulation, assorted priority queueing models that might be used in performance models of various computer architectures, and asymptotic coupling of processors. These applications are thoroughly analyzed using the tools developed in the first half of the book. Features: A transient analysis of the M/M/1 queue; a new analysis of an Aloha model using Markov modulated theory; new results for Erlang's model; new results for the AMS model; analysis of "serve the longer queue", "join the shorter queue" and other simple priority queues; and a simple analysis of the Flatto-Hahn-Wright model of processor-sharing.

性能分析中的随机过程与概率模型:深度探讨与应用实践 本书聚焦于现代性能分析领域中至关重要的随机过程理论与概率模型构建,旨在为读者提供一个全面且深入的视角,以理解和量化复杂系统的动态行为。 本书不涉及大偏差理论在性能分析中的具体应用,而是将重点放在支撑这些分析的基础数学工具和建模范式上,涵盖从基础的马尔可夫过程到更高级的排队网络理论,强调理论的严谨性与实际工程问题的契合度。 第一部分:随机过程基础与动态系统建模 本部分为理解系统随时间演化的行为奠定坚实的数学基础。我们将从概率论的基本概念出发,逐步过渡到描述系统状态随时间连续或离散演化的核心工具。 第一章:随机过程概述与基本概念重申 本章首先回顾概率论中关于随机变量、随机向量、矩、条件期望等关键概念,然后引入随机过程的正式定义,区分离散时间与连续时间过程。我们将详细讨论遍历性、平稳性、鞅的概念及其在系统稳定性和收敛性分析中的作用。重点在于建立读者对过程演化的直观理解,而不是停留在抽象的定义上。 第二章:马尔可夫过程:系统动态的核心骨架 马尔可夫性是性能分析中最常用且最基础的假设之一。本章深入探讨马尔可夫链(离散时间)和马尔可夫过程(连续时间,如连续时间马尔可夫链,CTMC)。 离散时间马尔可夫链 (DTMC): 详细阐述状态空间、转移概率矩阵、不可约性、常返性和瞬态性。通过平衡方程和稳态分布的求解,展示如何确定系统长期运行的平均状态分布。 连续时间马尔可夫链 (CTMC): 引入生成矩阵(速率矩阵)和无穷小生成元。重点分析了林德曼方程(Lindemann equations)在求解平衡分布中的应用,以及首次到达时间的概率分析。 应用示例: 运用 CTMC 模型化简单的状态空间系统,如有限容量缓冲区的到达与离开过程,计算关键性能指标如吞吐量和阻塞概率。 第三章:泊松过程与到达过程的建模 系统事件的到达是性能分析的起点。本章专注于泊松过程,这是对随机事件序列最经典且应用最广泛的模型。 单点泊松过程: 探讨其定义、独立增量、平稳增量性质,以及与指数分布之间的深层联系。 复合泊松过程: 扩展到事件发生次数和每次事件的“大小”相互独立的场景,例如,分析具有随机数据包大小的网络流量模型。 时齐与非时齐泊松过程: 讨论速率随时间变化的场景,这在描述一天中不同时段的系统负载变化时至关重要。 第二部分:排队论的核心理论与网络分析 性能分析的核心领域是排队系统。本部分将从最简单的单服务台系统出发,逐步构建复杂的多服务台、多用户网络模型。 第四章:单服务台排队系统(M/G/1与M/G/c) 本章是排队论的基石。 M/M/1 系统: 详细推导系统稳定条件、稳态分布、平均等待时间、平均系统长度。引入 Little 定理的初级应用。 M/G/1 系统: 重点分析波利那克-欣钦公式(Pollaczek-Khinchine Formula),展示平均服务时间的二阶矩(方差)对平均等待时间的显著影响,揭示服务时间分布的“记忆性”对性能的制约。 多服务台 M/M/c 系统: 求解 Erlang C 公式,计算系统繁忙时间和等待概率,并讨论服务台分配策略对整体效率的影响。 第五章:更一般的排队系统(G/G/1与G/G/c) 当到达和/或服务时间不再是指数分布时,分析的难度会显著增加。 G/G/1 系统的近似分析: 介绍 Kingman 近似法和 Fox 近似法,这些方法依赖于到达过程和服务的均值与方差,用于估计性能指标,尤其在无法解析求解时提供工程上的解决方案。 排队网络的挑战: 介绍 Jackson 网络的基本结构,包括节点间的路由和外部到达。着重分析 Jackson 网络在满足特定条件(如指数服务时间)下,各节点行为的独立性,这极大地简化了对大型网络的分析。 第六章:反馈与循环网络 实际系统中,用户请求经常会返回到先前处理的节点或在系统中循环。 带反馈的排队网络: 探讨外部到达和内部反馈(如重试机制)如何共同影响每个节点的负载。 循环网络模型: 分析请求在固定路径上循环的系统,如软件流水线或分布式事务处理。关键在于识别网络的有效负载和稳定条件,这通常需要利用流量平衡方程进行求解。 第三部分:高级主题:随机性与资源共享 本部分探讨在资源竞争和优先级服务下的系统行为,这些场景在现代计算和通信系统中极为常见。 第七章:优先级服务与抢占机制 在多用户共享资源的系统中,不同的任务往往具有不同的重要性。 非抢占式优先级排队: 分析高优先级任务和服务时间对低优先级任务等待时间的影响。推导不同优先级级别的平均等待时间公式。 抢占式优先级排队: 详细研究高优先级任务如何中断(抢占)正在进行的服务。计算在不同抢占策略下系统的吞吐量和响应时间分布。 第八章:有界输入与随机调度 本章关注资源受限环境下的系统性能,以及调度策略对性能的塑造作用。 有限缓冲系统: 分析当到达速率超过系统容量时,阻塞(丢弃)事件的发生率,这与系统溢出和丢包性能直接相关。 工作保守调度: 探讨如 Last-Come-First-Served (LCFS) 和 Processor Sharing (PS) 等调度策略的性能特性。特别是处理器共享模型,它在虚拟化和时间切片调度中扮演重要角色,其等待时间分布的解析解具有特殊意义。 通过以上八个章节的系统阐述,本书提供了一个坚实的概率论和随机过程基础,并将其直接应用于建立和分析各类性能模型,为深入理解复杂系统的动态瓶颈和性能瓶颈提供必要的数学工具箱,使读者能够独立构建和求解实际工程中的性能评估问题。

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用户评价

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这本书的行文风格非常克制且严谨,但绝不枯燥。作者似乎有一种天赋,能够将极其深奥的数学概念,用一种近乎诗意的精确性表达出来。初读时,可能会感到其密度非常大,每一个句子都承载了大量信息,需要放慢速度,细细品味。我尤其喜欢作者在引入新概念时,所采用的对比和类比手法。例如,在解释测度变换(Change of Measure)时,它不是直接给出公理化的定义,而是先回顾经典的概率框架,然后逐步展示在极端条件下,原有框架失效的原因,从而自然地引出大偏差理论的必要性。这种“提出问题—剖析问题—解决问题”的叙事结构,使得阅读过程中的探索感非常强烈。它强迫读者的大脑不断地进行深层思考和连接,而不是被动地接受既定结论。对于有一定概率论基础的读者来说,这本书就像是一部精心打磨的钟表,每一个齿轮的咬合都体现了设计者的匠心独运。

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我一直觉得,学术专著的价值,很大程度上取决于它能否有效地连接理论与实际工程问题。这本书在这方面做得非常出色,它不像某些纯粹的数学著作那样,沉溺于抽象的证明而脱离现实。它巧妙地将大偏差理论(Large Deviations Theory)的强大工具箱,无缝嵌入到通信网络延迟、金融风险建模以及复杂的排队系统稳定性分析中。比如,书中关于蒙特卡洛模拟中重要性抽样的章节,没有仅仅停留在理论介绍,而是给出了多个具体的应用案例,展示了如何通过精确计算尾部概率来指导系统资源的分配决策。我记得有一次,我在工作中遇到了一个关于数据包丢失率在极低概率下如何建模的难题,当时我尝试了多种近似方法都效果不佳。后来翻阅这本书时,关于指数加速方法(Exponential Splitting)的描述,犹如醍醐灌顶,让我找到了一个全新的、更稳健的分析角度。这种深度和广度的结合,使得这本书的价值远远超出了普通参考书的范畴,它更像是一个高级工程师和研究人员的“实战手册”。

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这本书的挑战性是毋庸置疑的,它绝不是为初学者准备的入门读物,它要求读者对随机过程、测度论以及渐进分析有一定的基础认知。坦白说,我花了比预期更长的时间才勉强跟上作者的思路,尤其是在处理那些涉及到随机场和大偏差原理在连续时间系统中的应用时,我不得不频繁地查阅一些基础知识点进行回顾。然而,正是这种挑战性,构成了它最大的魅力所在。每当我攻克下一个章节,解决掉一个困扰我许久的理论难题时,那种成就感是无与伦比的。这本书仿佛为你提供了一把钥匙,让你能够解锁那些原本隐藏在复杂数学表象之下的系统行为的“黑箱”。它不仅仅是知识的传递,更是一种思维模式的重塑,教会你如何用一种更鲁棒、更具远见的方式去审视和预测系统的长期稳定性和极端性能。对于那些立志于在高性能计算、信息论或运营研究等领域进行深入研究的人来说,这本书无疑是一块必须征服的里程碑。

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这本书的封面设计着实引人注目,那是一种深邃的蓝色调,配上简洁而有力的白色衬线字体,给人一种既专业又略带神秘的感觉。我是在一家独立书店的角落里发现它的,当时我正在寻找一些能够深化我对随机过程理解的读物。拿到手中,首先感受到的是它扎实的纸张质感,这让阅读体验本身就成了一种享受。书中对数学公式的排版极为考究,即便是那些极其复杂的指数函数和积分符号,也清晰得让人一目了然。我翻开目录时,就被其中对“稀有事件概率估计”的系统性梳理所吸引,这在许多通用的概率论教材中往往是一笔带过的内容。作者显然花费了大量心血来构建一个逻辑严密的知识体系,从基础的Chernoff界限开始,逐步深入到更前沿的Feller-Torn-Wright定理的应用场景。我特别欣赏它在理论推导过程中,穿插的那些看似无关实则至关重要的直觉性解释,这对于理解那些抽象的数学概念至关重要。它不是一本可以让你囫囵吞枣的教科书,更像是一份需要你全神贯注、反复研读的学术地图,引导你探索性能分析世界中那些不常被触及的角落。

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从装帧和出版质量来看,这本书体现了顶级学术出版物的标准。内页的布局和留白处理得当,即使长时间阅读,眼睛的疲劳感也相对较低。但更重要的是,它所涉及的参考文献列表极其详尽和前沿,几乎可以作为一份该领域核心文献的精选导览。我发现自己常常因为书中引用的某篇论文而临时跳转去查找原始资料,每一次的探索都进一步加深了我对当前章节内容的理解。书中附带的附录部分,通常是许多书籍容易忽视的地方,但这本书却将一些关键定理的证明细节放在那里,既保证了正文的流畅性,又为追求极致深度的读者提供了“彩蛋”。这表明作者和出版社对读者的需求有着深刻的洞察力——他们明白,有些人需要快速理解核心思想,而另一些人则需要对每一个数学步骤了如指掌。这种兼顾不同层次读者的设计哲学,是这本书最值得称赞的优点之一。

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