具体描述
《仿真实验设计与分析》作为仿真实验设计方法研究的入门指南，以高度凝练的方式概述了仿真实验设计与分析技术的主要内容，其最大特点是提供了内容丰富的参考文献，读者可以按图索骥，逐渐了解仿真实验设计方法的历史发展脉络和实际应用的最新趋势，便于结合工作实际开展有针对性的理论研究和应用。
《仿真实验设计与分析》可以作为仿真实验工程人员和系统仿真专业高年级本科生和研究生的指导手册和入门教材，也适合作为相关科技人员的参考资料。
复杂系统建模与优化：理论、方法与应用前沿 本书聚焦于复杂系统在工程、管理、科学研究等多个领域中的建模、分析与优化难题，深入探讨了一系列先进的理论框架、计算方法及其在实际问题中的创新应用。它旨在为读者提供一个全面而深入的视角，理解如何将抽象的系统行为转化为可量化的数学描述，并通过高效的优化算法实现系统性能的最大化或风险的最小化。 第一部分：复杂系统的基础理论与建模范式 本部分首先奠定了复杂系统研究的理论基石。我们将从系统科学的基本公理出发，探讨系统的层次性、涌现性与反馈机制。重点剖析了不同类型的复杂系统——包括自组织系统、网络化系统和动态演化系统——的内在特征。 非线性动力学与混沌理论在系统描述中的应用： 详细阐述了常微分方程（ODE）和偏微分方程（PDE）在描述连续时间系统中的作用，并引入了李雅普诺夫指数、分岔分析等工具，用以识别和理解系统的长期行为和敏感性。 基于主体的建模（Agent-Based Modeling, ABM）： 阐述了ABM作为一种自下而上的建模范式，如何捕捉个体异质性与局部交互如何导致宏观涌现现象。本书将区分ABM与传统的自上而下的均场理论的适用场景，并提供构建可验证的ABM模型的详细步骤。 网络科学与拓扑结构分析： 系统性地介绍了复杂网络的拓扑属性（如小世界性、无标度性、聚类系数），并探讨了网络结构如何影响信息传播、疾病扩散和系统鲁棒性。我们将深入讨论基于邻接矩阵和Laplacian矩阵的谱分析方法。 随机过程与不确定性量化： 面对现实世界中普遍存在的不确定性，本部分详细介绍了马尔可夫链、泊松过程和布朗运动在系统状态演化描述中的应用。重点讲解了如何利用蒙特卡洛方法对不确定性进行量化和传播分析。 第二部分：先进的系统分析与辨识技术 复杂系统的内部结构往往是未知的或难以直接观测的。本部分的核心在于提供一套科学的方法，用于从实验数据或观测信号中识别和辨识系统的内在参数与结构。 系统辨识的数学框架： 介绍参数估计的基本原理，包括最小二乘法（LS）、加权最小二乘法（WLS）及其迭代改进版本。讨论了模型结构选择准则（如AIC、BIC）在辨识过程中的重要性。 状态空间模型与卡尔曼滤波： 深入剖析了线性与扩展卡尔曼滤波（EKF）和无迹卡尔曼滤波（UKF）在实时状态估计中的应用。本书将通过实例展示如何利用这些工具处理高噪声环境下的系统状态跟踪问题。 高维数据与降维技术： 面对海量系统数据，我们介绍了主成分分析（PCA）、独立成分分析（ICA）以及非线性降维技术（如t-SNE）在提取系统关键驱动变量方面的能力。 灰色系统理论与关联分析： 针对数据量有限或信息不完整的情况，介绍了灰色系统理论，特别是关联度分析在评估系统要素间相互影响程度中的独特优势。 第三部分：复杂系统优化与控制策略 优化是复杂系统研究的终极目标之一，它旨在寻找最优的决策变量组合，以满足预定的性能指标。本部分集中讨论解决高度非线性、多约束、多目标的复杂优化问题的高效算法。 组合优化与启发式搜索： 详细讲解了遗传算法（GA）、粒子群优化（PSO）和模拟退火（SA）等进化计算方法，强调它们在处理大规模、非凸优化问题时的鲁棒性。我们将对比分析不同元启发式算法的收敛速度与全局搜索能力。 多目标优化与帕累托前沿： 探讨如何处理相互冲突的优化目标（例如，成本与性能的权衡）。介绍NSGA-II等非支配排序遗传算法，并教授如何解读和利用帕累托最优解集指导决策。 鲁棒优化与不确定性下的决策： 区别于传统的随机优化，鲁棒优化侧重于在最坏情况下的性能保证。我们将介绍区间不确定性下的鲁棒优化模型构建与求解技巧，确保系统在参数波动范围内的稳定性。 模型预测控制（MPC）在动态优化中的应用： 将MPC作为一种前馈/反馈结合的先进控制策略进行深入阐述。重点在于如何在线求解一个有限视界内的优化问题，并利用滚动时域原理实现对复杂动态系统的实时优化控制。 第四部分：前沿应用案例与交叉研究 本部分通过具体的工程与科学实例，展示上述理论与方法的实际威力。 智能电网的运行优化与稳定性分析： 如何利用网络流理论和动态规划解决大规模电力系统的潮流优化和暂态稳定问题。 供应链网络的韧性设计： 结合排队论和离散事件仿真，分析供应链中断风险，并利用鲁棒优化方法设计具有抗冲击能力的库存与物流策略。 生物医学信号处理与疾病诊断模型： 应用非线性时间序列分析和模式识别技术，从复杂的生理信号中提取关键生物标志物，辅助疾病的早期预测。 城市交通流的宏微观耦合建模： 构建结合交通流PDE与个体决策ABM的混合仿真框架，并利用MPC策略进行实时信号配时优化，以缓解城市拥堵。 本书的特色在于其深度结合了理论的严谨性与实践的可操作性。它不仅为高级本科生和研究生提供了坚实的理论基础，也为从事系统工程、运筹学、计算机科学以及相关工业研发领域的专业人员提供了解决实际复杂问题的强大工具箱。
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