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出版者:

作者:Jensen, Kurt/ Kristensen, Lars M.

出品人:

页数:398

译者:

出版时间:

价格:695.00 元

装帧:

isbn号码:9783642002830

丛书系列:

图书标签:

• Petri Nets
• Coloured Petri Nets
• Formal Methods
• Concurrency
• Modelling
• Verification
• Distributed Systems
• Computer Science
• Automata Theory
• Software Engineering

《彩色Petri网：一种精细化建模与分析的范式》 本书并非探讨颜色、油漆或艺术创作领域中的彩色Petri网，而是聚焦于一种强大的形式化建模和分析工具，以其在复杂系统建模中的卓越表现而闻名。彩色Petri网（Colored Petri Nets，CPN）作为Petri网家族的一个重要分支，通过引入“颜色集”的概念，极大地增强了Petri网表示和处理信息的能力，使其能够更有效地描述和分析具有多种属性、状态或实体的系统。 核心概念与理论基石 本书将深入剖析彩色Petri网的核心理论框架。我们将从标准的Petri网概念出发，逐步引入并阐述“标记”（tokens）的“颜色”属性。这些颜色并非物理意义上的色彩，而是代表了与标记相关的抽象数据类型、属性或标识符。颜色集（color sets）的引入，使得每个标记能够携带额外的信息，从而实现对系统状态的更细致、更丰富的刻画。 本书将详细介绍构成彩色Petri网的关键要素： 地点（Places）：表示系统中的状态或资源。在彩色Petri网中，每个地点可以容纳具有不同颜色的标记。 迁移（Transitions）：表示系统中的事件或活动。迁移的激发（firing）会消耗输入地点中的标记，并在输出地点中产生新的标记。 弧（Arcs）：连接地点和迁移，定义了标记的流动方向和数量。在彩色Petri网中，弧上可以附加表达式，这些表达式根据迁移激发的具体颜色组合来决定消耗和产生的标记的颜色和数量。 颜色集（Color Sets）：这是彩色Petri网的核心创新。颜色集定义了地点中标记可以拥有的属性集合。本书将介绍各种类型的颜色集，包括： 基本颜色集：如布尔值、整数、实数、字符串等。 枚举颜色集：预定义的离散值集合。 记录颜色集：由多个字段组成的复合数据类型，每个字段拥有自己的颜色集。 元组颜色集：由多个颜色集组成的有序集合。 数组颜色集：具有索引访问能力的集合。 函数颜色集：将一个颜色集映射到另一个颜色集。 标记（Tokens）：在彩色Petri网中，每个标记都具有一个或多个颜色值，这些值共同构成了标记的“颜色”。 库所标记（Place Markings）：表示每个地点中存在的标记的集合，每个标记都有其特定的颜色。 库所函数（Place Functions）：将地点中的标记映射到其颜色。 迁移触发条件（Transition Guard Conditions）：在彩色Petri网中，迁移的触发不仅需要有足够的标记，还需要满足一个“守卫条件”（guard condition）。这个守卫条件是一个基于当前标记颜色和变量的布尔表达式，只有当守卫条件为真时，迁移才可能被激发。 迁移配给（Transition Arc Expressions）：定义了当迁移激发时，从输入地点消耗的标记以及在输出地点生成的标记的颜色和数量。这些表达式通常是复杂的函数，取决于迁移激发时所使用的标记颜色。 建模应用与实践 本书将详细阐述如何运用彩色Petri网来建模各种复杂的现实世界系统。我们将涵盖以下关键领域： 并发与分布式系统建模：彩色Petri网能够清晰地表示多个进程之间的交互、资源共享和通信。通过为进程、消息或资源分配不同的颜色，可以有效地管理和分析系统的并发行为。 工作流与业务流程建模：在业务流程管理中，彩色Petri网可以用来精确描述不同任务、角色、文档或产品的流动。颜色的引入使得能够区分不同类型的任务实例、不同版本的文档或不同客户的订单，从而实现更精细化的流程分析和优化。 通信协议建模：复杂通信协议中的消息传递、状态转换和同步机制，都可以通过彩色Petri网进行建模。不同的消息类型、发送方/接收方标识、数据负载等都可以用颜色来表示。 资源管理与调度建模：在需要管理多种类型资源或存在复杂调度策略的系统中，彩色Petri网提供了强大的建模能力。例如，可以为不同类型的机器、不同规格的零件、不同优先级的任务分配颜色，并精确模拟其分配和使用过程。 故障检测与容错系统建模：通过为正常状态、故障状态、恢复机制等分配不同的颜色，可以对系统的容错能力进行建模和分析，识别潜在的故障点并评估恢复策略的有效性。 软件与硬件系统建模：从并发软件模块的交互到硬件系统中数据流的传输，彩色Petri网都能提供一种抽象且严谨的建模方法。 分析技术与工具 除了建模能力，本书还将深入探讨彩色Petri网的分析技术。我们将介绍如何利用彩色Petri网的特性来验证系统的属性，发现潜在的设计缺陷，并进行性能评估。 状态空间分析：虽然彩色Petri网的状态空间可能比普通Petri网更大，但通过颜色集的有效利用，可以在一定程度上管理和分析状态空间。我们将介绍一些规约（reduction）技术和状态空间探索策略。 不变性分析（Invariants Analysis）：分析系统的“不变”属性，例如资源总量守恒、某些状态组合的不可达等。 可达性分析（Reachability Analysis）：确定系统是否能达到某个特定的状态，或者某个危险状态是否可达。 死锁检测（Deadlock Detection）：识别系统中可能出现的死锁情况。 性能评估：在模型中引入时间的概念（例如，带时间延迟的迁移），可以进行性能指标的分析，如平均响应时间、吞吐量等。 模型检查（Model Checking）：利用专门的工具和算法，自动验证模型是否满足预定义的规范。 本书还将介绍常用的彩色Petri网建模和分析工具，如CPN Tools等，并展示如何使用这些工具来构建和分析实际的彩色Petri网模型。我们将提供详细的操作指南和示例，帮助读者掌握这些强大工具的使用技巧。 本书的特色与价值 理论严谨与实践相结合：本书在介绍彩色Petri网理论的同时，辅以大量的实例分析，使读者能够更好地理解抽象概念并将其应用于实际问题。 系统性与全面性：本书从基础概念到高级分析技术，再到实际应用，对彩色Petri网进行了全面的阐述。 面向广泛的应用领域：本书旨在服务于计算机科学、软件工程、系统工程、通信工程、自动化等多个领域的专业人士和研究者。 为复杂系统建模提供一种强大范式：通过彩色Petri网，可以更精确、更高效地建模和分析那些具有复杂属性和行为的系统，从而更好地理解、设计和优化这些系统。 总而言之，本书将引导读者深入了解彩色Petri网这一强大的形式化工具，掌握其核心理论，熟悉建模与分析的方法，并能在实际工程问题中有效地应用它，从而提升对复杂系统的理解和控制能力。

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这本书的书名直击人心，让人对其中蕴含的色彩与逻辑交织的魅力充满期待。初翻开，我便被其装帧设计所吸引，那种低调而又不失深邃的配色方案，仿佛预示着内容将是一场严谨而又富有想象力的探索之旅。我原本以为这会是一本晦涩难懂的纯理论著作，但阅读下去才发现，作者在抽象概念的阐述上展现了非凡的功力。他们似乎有一种魔力，能将那些原本令人望而生畏的数学模型和离散事件系统，用一种近乎诗意的方式娓娓道来。特别是关于如何用“颜色”来区分和管理网络状态的章节，作者没有停留在简单的符号替代，而是深入挖掘了这种抽象概念在复杂系统建模中的实际效用和美学价值。这种对细节的关注和对读者体验的用心，使得即便是初次接触此领域的读者，也能感受到一种被温和引导的愉悦感，而非被生硬的术语轰炸。那种阅读过程中的豁然开朗，比单纯的知识灌输更令人满足。

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我是一个视觉思考者，传统基于文本的描述常常让我感到枯燥乏味，因此我对任何涉及“颜色”概念的书籍都抱有天然的好奇心。这本书远远超出了我对于“添加颜色标签”这种简单理解的预期。这里的“颜色”不仅仅是一种区分标识，它更是一种信息载体，一种内嵌于流程逻辑中的数据结构。作者的叙事风格非常具有引导性，他们没有直接抛出复杂的数学公式，而是通过一系列精心设计的、层层递进的例子，比如物流调度、软件并发处理等，来展示“着色”如何使模型本身变得更具表达力、更易于理解。在阅读那些关于“守卫”（Guards）和“动作”（Actions）如何与颜色集深度耦合的段落时，我感到了一种智力上的兴奋，仿佛所有的复杂性都被梳理成了一幅清晰、优美的流程图。这本书成功地将抽象的数学结构“视觉化”了，这对于提高模型的直观理解度具有不可估量的价值。

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作为一个长期在工程领域摸爬滚打的人士，我对于系统建模和性能分析的要求是极其苛刻的。我最看重的是理论工具的普适性和可操作性，而《Coloured Petri Nets》在这两点上给我的震撼是巨大的。这本书并没有止步于对标准 Petri 网局限性的修补，而是提供了一套系统性的、可以应用于大规模工业流程的分析框架。我特别留意了关于“着色集（Color Sets）”的章节，作者详尽地阐述了如何通过定义高度结构化的域来实现状态空间的有效压缩，这对于处理具有大量并发和数据流的真实世界场景至关重要。读到后面关于模型验证和性能评估的部分时，我简直停不下来，它提供了一套近乎完美的、从抽象建模到具体性能指标提取的完整闭环。它不是那种只停留在学术象牙塔里的理论，而是可以直接拿到车间或数据中心进行验证和优化的“工具箱”。这本书的严谨程度，足以让最挑剔的工程师也心服口服。

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坦白说，我最初对这本书的期望值是“中等偏上”，毕竟这个领域的研究已经相对成熟，很难有令人眼前一亮的创新。然而，这本书的深度和广度完全超出了我的预判。它不仅系统地梳理了 CP-Nets 的理论基础，更难能可贵的是，它对模型分析的现代方法论进行了深入探讨。我尤其欣赏作者在讨论不同分析工具和技术时的那种公正和审慎的态度，他们没有盲目推崇某一种算法，而是清晰地指出了每种方法在处理不同复杂性问题时的适用边界。这种批判性思维的体现，使得整本书的论述极具说服力，绝非简单的工具介绍手册。它促使我重新审视过去工作中使用的那些简化模型，并开始思考如何利用 CP-Nets 的完整框架来弥补现有分析方法中的盲点。这本书的价值，在于它不仅教会了你“如何做”，更教会了你“为什么这么做”以及“在什么情况下不应该这么做”。

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从文学评论的角度来看待这本技术专著，可能会显得有些不合时宜，但我必须承认，这本书的“节奏感”处理得极为巧妙。全书的结构安排就像一部精心编排的交响乐，开篇是沉稳的主题引入（基础理论），中间部分是技巧的炫技与变奏（高级建模与分析技术），而结尾则回归于对未来研究方向的展望，充满了前瞻性的回响。不同章节之间的过渡流畅自然，几乎没有生硬的跳跃感。阅读过程中，我注意到作者在保持技术严谨性的同时，始终维持着一种面向读者的“同理心”，比如在引入复杂推理规则时，总是先提供一个极简的、类比现实生活的例子来铺垫。这种叙事策略极大地降低了学习曲线的陡峭程度，使得即便是跨学科的读者，也能感受到知识体系的完整性与内在逻辑的和谐统一。读完后，我感觉收获的不仅仅是技术知识，更是一种构建复杂系统思维的优雅范式。

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