Evolvable Systems pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:

作者:Haddow, Pauline C. 编

出品人:

页数:444

译者:

出版时间:

价格:$ 105.03

装帧:

isbn号码:9783540858560

丛书系列:

图书标签:

• Evolvable Hardware
• Evolutionary Computation
• Artificial Life
• Complex Systems
• Self-Organization
• Robotics
• Genetic Algorithms
• Machine Learning
• Adaptive Systems
• Emergent Behavior

书名：《适应性系统：理论、应用与未来展望》 作者：[此处留空，模拟真实出版信息] ISBN：[此处留空，模拟真实出版信息] --- 内容简介 《适应性系统：理论、应用与未来展望》 是一部全面深入探讨复杂系统中自我组织、持续演化与环境交互机理的专著。本书旨在为研究人员、工程师以及对系统科学感兴趣的读者提供一个坚实的理论框架，用以理解和设计那些能够在不确定和动态变化的环境中维持功能并实现优化的系统。 本书从基础的系统论和控制论视角出发，构建了适应性系统的数学和计算模型基础。我们摒弃了对静态平衡的过度依赖，转而聚焦于系统如何在持续的扰动和资源限制下，通过内部调整和结构重构来实现长期生存和性能提升。全书结构严谨，逻辑递进，力求在理论的深度与实际应用的广度之间找到完美的平衡点。 --- 第一部分：适应性系统的基础理论与哲学 本部分奠定了全书的理论基石，探讨了“适应”在不同学科中的核心含义和数学表述。 第一章：从经典控制到适应性范式 本章首先回顾了经典反馈控制理论的局限性，特别是在面对模型不确定性、时变参数和非线性动力学时的脆弱性。随后，引入了“适应性”的概念，将其定义为系统根据经验学习或环境反馈，对自身内部参数、结构或策略进行有目的调整的能力。我们详细探讨了适应性系统的基本要素：感知、评估、决策与执行。 第二章：复杂性、涌现与自组织 适应性系统往往表现出复杂的、难以预测的行为。本章深入探讨了复杂系统科学的核心概念，如自组织（Self-Organization）和涌现现象（Emergence）。通过引入非线性动力学工具，如吸引子、分岔分析，我们揭示了简单规则如何在大规模交互中产生高度有序或看似随机的适应性模式。特别关注了耗散结构理论在解释生命体和工程系统如何维持远离热力学平衡状态的“适宜”状态下的作用。 第三章：信息论与适应性度量 适应性并非一个定性概念，需要量化的指标。本章聚焦于信息论在评估系统适应程度中的应用。我们讨论了如“交互信息”、“最小描述长度”（MDL）原理以及基于熵的度量方法，用以量化系统从环境中获取、处理信息并有效降低不确定性的能力。适应性被视为一种对环境“结构”的有效编码过程。 --- 第二部分：核心适应性机制的建模与分析 本部分深入介绍构建适应性系统的关键算法和数学框架，涵盖了从底层机制到高层策略的转变。 第四章：参数自整定与鲁棒控制 这是对经典控制理论的直接延伸。本章详细介绍了多种参数自整定算法，包括基于梯度下降、雅可比矩阵估计的在线优化方法，以及具有更强鲁棒性的基于Lyapunov函数的间接和直接自适应控制方法。重点分析了这些方法在参数收敛速度与对外部扰动的鲁棒性之间的权衡。 第五章：基于模型的适应性：预测与规划 当系统具备较好的内部模型时，适应性便升级为前瞻性的规划能力。本章探讨了模型预测控制（MPC）在处理约束和时变系统中的应用，并引入了“自适应模型辨识”技术，确保预测模型能够随环境变化而实时更新。我们分析了模型的“复杂度边界”——即系统能够有效建模并利用的复杂程度的上限。 第六章：群体智能与分布式适应 许多高级的适应性表现源于大规模的个体协同。本章转向分布式系统，分析了诸如蚁群优化（ACO）、粒子群优化（PSO）以及蜂群算法（ABC）等群体智能算法如何实现全局尺度的最优适应性，而无需中央控制器。特别强调了“信息共享的局部化”如何降低通信开销并提高系统的整体容错性。 第七章：基于学习的适应：强化学习基础 本章将适应性机制与现代机器学习的前沿——强化学习（RL）相结合。我们探讨了马尔可夫决策过程（MDP）如何形式化适应性问题，以及如何利用Q学习、策略梯度等算法，使系统通过试错过程直接学习出最优的适应性策略。重点讨论了探索（Exploration）与利用（Exploitation）的平衡，这是所有学习型适应系统的核心挑战。 --- 第三部分：应用领域与工程实现 本部分将理论框架应用于实际工程领域，展示适应性系统在解决现实世界复杂问题中的强大潜力。 第八章：材料科学与形态发生 本章探索了“物质”层面的适应性。我们考察了自适应材料（如形状记忆合金、变刚度结构）的设计原理，以及这些材料如何通过其本征物理性质实现对温度、应力等环境因素的实时、被动式适应。讨论了形态发生过程在工程设计中的应用，即系统通过内部机制“生长”出最适应当前环境需求的结构。 第九章：智能电网与能源优化 在高度动态的能源系统中，适应性至关重要。本章分析了如何应用分布式适应性控制策略来管理可再生能源（风能、太阳能）的波动性，平衡供需，并实现电网的自愈合（Self-Healing）。重点在于微电网的去中心化决策机制，确保局部故障不会导致系统崩溃。 第十-：生物医学工程中的自适应假肢与药物输送 本章关注人机交互与生物系统的界面。我们探讨了如何利用肌电信号和先进控制算法，使仿生假肢能够实时学习并适应用户的运动意图和环境地形。此外，还分析了智能药物输送系统（如响应性纳米载体）如何根据生物标志物的浓度变化，动态调整药物释放速率，实现个体化的治疗方案。 第十一章：网络安全与动态防御 在网络空间，攻击者和防御者处于持续的“军备竞赛”中。本章将网络防御视为一个动态博弈过程。我们探讨了基于多智能体系统的适应性入侵检测与响应机制，系统如何通过实时监测异常流量模式并自主调整防火墙规则、隔离受感染节点，来应对未知威胁的“零日攻击”。 --- 第四部分：未来展望与伦理挑战 第十二章：强适应性与超进化系统 本章展望了适应性系统研究的未来前沿。我们探讨了“元适应”（Meta-Adaptation，即适应性调节适应性本身）的概念，以及如何设计能够在演化过程中进行演化的系统——超进化系统。这要求系统不仅能适应环境，还能在宏观尺度上优化自身的适应策略。 第十三章：伦理、透明度与系统的责任 随着适应性系统变得越来越自主和复杂，它们的决策过程往往难以解释。本章严肃讨论了高自主性适应系统的伦理边界。我们需要开发“可解释的适应性”（Explainable Adaptivity, XA）技术，确保系统行为在出现重大错误时，人类监管者能够回溯并理解其适应性决策链条。同时，探讨了在资源有限或竞争环境中，适应性系统可能产生的“零和博弈”行为及其社会影响。 --- 结语 《适应性系统：理论、应用与未来展望》超越了单一学科的界限，提供了一套统一的语言和工具箱，以应对当今世界最棘手的工程与科学挑战。本书不仅是理论的总结，更是对下一代能够自我优化、持续演进的智能系统的蓝图勾勒。阅读本书，将使您能够设计出真正能够“活下来”并不断“做得更好”的系统。

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