复杂网络控制系统动力学及其应用

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出版者:
作者:方建安
出品人:
页数:241
译者:
出版时间:2011-10
价格:65.00元
装帧:
isbn号码:9787030325785
丛书系列:
图书标签:
  • 网络控制
  • 复杂网络
  • 随机分析
  • 计算机科学
  • 计算机
  • 经济学
  • 系统论
  • 系统科学
  • 复杂网络
  • 控制系统
  • 动力学
  • 非线性系统
  • 应用数学
  • 系统工程
  • 网络科学
  • 建模与仿真
  • 自适应控制
  • 优化算法
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具体描述

方建安和唐漾等编著的《复杂网络控制系统动力学及其应用》在总结作者以及国内外学者近年来在复杂网络控制系统动力学及其应用方面研究成果的基础上,结合当今控制领域的研究热点,从自动控制和智能控制的角度出发,以网络控制系统、神经网络和复杂网络等复杂动态系统作为切人点,依托控制理论、随机分析工具和统计方法,全面系统地介绍了网络控制、神经网络稳定性和复杂网络中的基础知识,对网络控制系统的量化控制、随机网络控制系统的分析和综合、区间时滞的稳定性问题、随机神经网络的网络化同步控制问题和复杂网络的能控性等多个难点和热点问题进行了分析和证明,给出了大量简单易懂且行之有效的判据和丰富的仿真实例,并将所得到的部分理论结果推广到实际的图像加密算法设计和进化计算优化算法设计问题中,达到了理论联系实际的目的。

《复杂网络控制系统动力学及其应用》可供高等院校和研究单位控制理论和数学专业的科研工作者、工程师、研究生以及高年级本科生阅读。

《系统动力学与控制理论的交织:理论、方法与工程实践》 本书深入探讨了系统动力学与控制理论这两个领域如何相互融合,为理解和设计复杂的工程系统提供了强大的理论框架和实用的方法论。我们将系统动力学中对系统行为随时间演化的建模能力,与控制理论中用于稳定、优化和鲁棒性设计的丰富工具相结合,旨在为读者提供一个全面而深入的视角,以应对现代工程实践中遇到的诸多挑战。 核心理论基础: 本书首先建立坚实的理论基础,从系统动力学的基本概念入手,如状态变量、参数、反馈回路、非线性关系以及延迟效应等,阐述了如何构建描述复杂系统行为的仿真模型。我们将聚焦于系统动力学中诸如信息反馈、累积效应、增益/损失链等关键机制,并分析它们如何驱动系统的动态行为,可能导致振荡、饱和、延迟反应甚至失控等现象。 随后,我们将引入现代控制理论的核心要素,包括线性系统理论、稳定性判据(如Routh-Hurwitz、Nyquist、Bode图)、反馈控制设计(PID控制、状态反馈)、最优控制(LQR)、鲁棒控制(H∞控制)以及模型预测控制(MPC)等。我们将详细解析各种控制策略的设计原理、适用范围以及在不同系统中的性能表现。 理论交织与融合: 本书的关键特色在于强调系统动力学模型如何为控制理论提供准确的输入。通过将系统动力学模型嵌入到控制系统设计过程中,我们可以更精确地预测和补偿系统的非线性、时变特性以及不确定性,从而设计出更具鲁棒性和适应性的控制器。我们将详细介绍如何从系统动力学模型中提取关键参数和动态特性,用于设计性能优越的控制器。 我们还将深入探讨“基于模型的控制”(Model-Based Control, MBC)的理念,阐释系统动力学模型在其中扮演的核心角色。这包括如何利用模型进行前馈控制、补偿控制以及在线模型更新,以提高控制系统的精度和效率。 关键方法与技术: 本书将涵盖一系列先进的分析和设计方法: 模型验证与校准: 介绍如何利用实际观测数据对系统动力学模型进行验证和校准,确保模型的准确性和可靠性。 敏感性分析: 探讨如何通过敏感性分析识别系统中对动态行为影响最大的参数和反馈回路,为控制设计提供指导。 非线性控制技术: 针对系统动力学模型中普遍存在的非线性,我们将介绍如反馈线性化、滑模控制、模糊逻辑控制以及神经网络控制等先进的非线性控制方法。 多目标优化与控制: 在许多复杂系统中,需要同时满足多个性能指标。本书将介绍多目标优化技术在控制系统设计中的应用,以及如何权衡和协调不同的控制目标。 模糊逻辑与神经网络在系统辨识与控制中的应用: 探讨如何利用模糊逻辑和神经网络处理模糊信息和学习复杂非线性关系,从而实现更灵活和智能的控制。 仿真与实验验证: 强调通过先进的仿真平台(如MATLAB/Simulink, AnyLogic等)对设计出的控制系统进行严格的仿真测试,以及如何在实际工程中进行实验验证。 应用领域广泛: 本书的理论和方法论不仅适用于理论研究,更广泛应用于各个工程领域: 工业过程控制: 如化工、冶金、电力等行业的复杂生产过程,通过系统动力学建模和先进控制技术,实现生产过程的优化、能耗降低和产品质量提升。 生物医学工程: 模拟和控制生理系统(如内分泌系统、心血管系统)的动态行为,用于疾病诊断、药物递送和人工器官设计。 环境与生态系统: 建模和控制污染扩散、资源消耗以及生态平衡,为可持续发展提供决策支持。 交通与物流系统: 优化交通流量、供应链管理和物流配送,提高效率,减少拥堵。 经济与社会系统: 尽管本书侧重工程应用,但其方法论也可借鉴于理解和调控经济周期、社会群体行为等复杂系统。 本书特色: 《系统动力学与控制理论的交织:理论、方法与工程实践》以其独特的融合视角、详实的理论阐述、丰富的工程案例以及先进的技术方法,为广大学者、工程师以及对复杂系统感兴趣的读者提供了一本不可多得的参考书。我们致力于让读者不仅理解“是什么”,更能掌握“如何做”,从而在实际工程问题中做出更明智的决策,设计出更优越的控制解决方案。

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目录信息

读后感

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用户评价

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当我深入研读《复杂网络控制系统动力学及其应用》时,我始终将其视为一本探讨“涌现”现象的教科书。我一直在寻找书中对于如何从微观的节点交互行为中,理解并预测宏观的系统特性(即涌现行为)的深入阐述。例如,在一个由大量生物个体组成的种群中,个体之间简单的模仿或交互规则,如何最终导致复杂的群体行为,如集体觅食、迁徙或防御。我期待书中能提供具体的数学工具和模型,来解析这种从个体到群体的跃迁过程。书中提及了“同质性”和“异质性”对网络动力学的影响,我希望能看到更详尽的分析,比如,在特定类型的网络结构中,哪些类型的异质性会导致更具鲁棒性或更具活力的涌现行为,又或者,哪些同质性特征是实现特定涌现目标(如高效的信息同步)的关键。此外,我也对书中关于如何“控制”这些涌现行为的讨论抱有浓厚的兴趣。设想一下,如果我们可以通过调整节点的局部规则或连接方式,来引导整个系统的涌现行为朝着我们期望的方向发展,例如,在社会治理中,如何通过设计合理的激励机制来促进合作行为的涌现,或者在生态系统中,如何通过调控关键物种的数量来维持生态系统的稳定。这对于那些希望理解和塑造复杂系统行为的读者而言,是一个极具吸引力的方向。

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初翻开这本《复杂网络控制系统动力学及其应用》,我的内心是充满期待的,毕竟“复杂网络”和“控制系统”这两个词汇组合在一起,就预示着这是一个充满挑战和深度的领域。然而,在阅读过程中,我发现这本书在某些方面与我最初的设想有所偏差,这并非否定其价值,而是期望能更清晰地勾勒出其内容边界。我一直在寻找关于网络节点之间非线性耦合对整体系统涌现行为的影响,例如,在社会网络中,一个关键节点的信息扩散速度如何受到其邻近节点行为模式的制约,或者在生物网络中,基因调控网络的反馈回路如何影响细胞对外界刺激的响应。书中虽然提及了网络结构对动力学特性的影响,但对于具体耦合机制的数学建模和分析,以及如何从微观的节点交互推导出宏观的网络行为,我感觉还有进一步挖掘的空间。举个例子,在讨论分布式控制算法时,我希望能看到更多关于这些算法在不同拓扑结构下收敛速度和鲁棒性的详细对比分析,特别是针对那些具有一定比例的缺失节点或异常节点的实际场景,如何设计出能够有效抵抗噪声和扰动的控制策略。此外,关于网络中同步现象的驱动因素,例如同质性还是异质性在其中扮演更重要的角色,以及不同同步模式(如全同步、部分同步、群同步)的生成条件和控制方法,我希望能有更系统化的梳理和更详尽的案例演示,以便于我能将这些理论知识应用到实际工程问题中,比如构建更稳定高效的无人机集群协同控制系统。因此,对于那些热衷于探究复杂系统底层运行逻辑,并希望通过精确的数学工具来揭示其背后机制的读者而言,或许还需要结合其他更侧重于理论推导和数学证明的文献来补充。

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在我阅读《复杂网络控制系统动力学及其应用》的过程中,我一直在思考其在教育和学习科学领域的潜在贡献。我非常希望能看到书中能够详细阐述如何将学习过程建模为复杂网络,以及如何利用网络动力学来优化教学策略和提升学习效果。例如,在知识图谱的构建和应用中,概念之间的关联可以被视为网络边,而每个概念则是一个节点。我期待书中能提供关于如何分析知识网络的结构,识别学生在学习过程中存在的知识盲点或薄弱环节,并据此设计个性化的学习路径。书中提及的“信息传播”和“社群发现”等概念,我希望能看到它们在解释学生之间知识分享、协作学习以及形成学习社群时的具体应用。此外,我也对书中关于网络演化和适应性的讨论抱有期待。学习是一个不断积累和更新知识的过程,学生对知识的理解会随着时间推移而发生变化,学习网络也会随之演化。我希望书中能提供更深入的分析,例如,如何构建能够反映学习过程的动态知识网络模型,以及如何利用这些模型来追踪学生的学习进度,预测他们的学习表现,并设计更有效的反馈机制。这对于那些希望将复杂系统理论应用于理解和改进人类学习机制的读者,具有重要的启发意义。

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当我阅读《复杂网络控制系统动力学及其应用》时,我脑海中浮现出的场景更多是关于其在人工智能和机器学习领域的潜在贡献。我一直在思考,如何将复杂网络的拓扑结构和动力学特性融入到深度学习模型的构建中,以提升模型的解释性和泛化能力。例如,在图神经网络(GNNs)的研究中,我期望书中能够深入探讨不同网络结构(如循环网络、尺度无关网络、社群结构网络)对节点表示学习的影响,以及如何通过设计新的网络层来捕捉更复杂的依赖关系。我期待能看到具体的案例,展示如何利用复杂网络的动力学模型来理解和优化神经网络的训练过程,例如,分析信息在网络层之间的传播机制,以及如何通过控制网络节点的激活模式来加速收敛或避免过拟合。此外,在强化学习领域,我也希望书中能提供关于如何将复杂环境建模为复杂网络,并利用其动力学特性来设计更有效的学习算法。设想一个多智能体协同的强化学习场景,每个智能体可以被视为一个节点,它们之间的交互关系构成了一个动态的网络。我期望书中能详细阐述如何利用复杂网络的同步、耦合等动力学现象来协调智能体的行为,从而实现全局最优策略。关于网络中的信息传播和社群发现,我也期待书中能提供更先进的算法和理论支持,例如,如何识别网络中的关键影响者,以及如何设计有效的舆论引导或信息传播策略。对于那些对人工智能算法的底层机制及其在网络化环境中的表现感兴趣的读者,可能需要从书中获得更具象化的启发,并通过结合相关的算法论文来深入研究。

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在我翻阅《复杂网络控制系统动力学及其应用》时,我一直对书中对于“应用”部分的阐述抱有一定的期待。我尤其希望能够深入了解如何将复杂网络的理论模型转化为解决实际工程问题的具体方案。例如,在交通网络优化方面,我期待能看到书中详细阐述如何利用复杂网络中的社群检测算法来识别交通拥堵的“热点区域”,并结合控制理论设计出能够动态调整信号灯配时、诱导车流的策略。同时,我也关注书中关于大规模分布式传感器网络的数据融合与协同决策问题。设想一下,在一个复杂的工业生产线上,成千上万个传感器需要实时感知环境变化,并将采集到的数据进行高效整合,最终形成统一的决策指令以优化生产流程。我期望书中能提供关于如何构建适用于此类异构、动态变化网络的控制架构,包括如何处理数据延迟、节点故障以及网络拓扑的实时变化,并给出具体的算法实现思路和性能评估指标。再者,在智能电网的鲁棒性控制方面,我也希望能看到更具体的分析。电网作为一个典型的复杂网络,其稳定性受到众多因素的影响,例如分布式电源的接入、负载的波动以及潜在的通信故障。我期待书中能提供关于如何利用复杂网络的理论来分析电网的脆弱性,并设计出能够在面对恶意攻击或突发故障时仍能保持基本功能的控制策略。尽管书中提及了一些应用场景,但这些应用往往停留在概念层面,对于具体的建模、算法设计以及工程实现细节的探讨,我感觉仍有较大提升空间,尤其是在如何将复杂的动力学方程转化为可执行的控制律,并考虑实际工程中的硬件限制和成本效益方面。

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在阅读《复杂网络控制系统动力学及其应用》的过程中,我一直在关注书中对于“动力学”这一核心概念的阐述深度。我非常希望能够深入理解那些决定复杂网络系统行为的关键动力学方程,以及这些方程的解如何随时间演化,并最终展现出涌现的宏观模式。我尤其关注那些描述网络节点之间相互作用的非线性动力学模型,例如,在一个包含大量耦合振子的系统中,如何通过分析其耦合强度和耦合方式来预测全局同步的发生条件。书中虽然提及了不同类型的网络模型,例如Watts-Strogatz小世界模型和Barabasi-Albert无标度模型,但对于这些模型在不同动力学方程下的具体行为表现,我感觉还可以有更详尽的分析。我期待能看到更多关于网络状态转移、吸引子分析以及分岔行为的详细讨论,特别是如何将这些理论工具应用于分析实际系统中的不稳定现象,例如,在电力系统中,如何分析小扰动引起的级联故障,以及如何通过控制策略来抑制这些不稳定模式的蔓延。此外,对于网络中的鲁棒性分析,我希望书中能提供更具体的数学方法,例如,如何通过 Lyaponuv 指数、特征值分析等方法来量化网络对扰动的敏感度。在某些章节,我对作者如何从离散的节点交互推导出连续的网络动力学,以及如何处理那些在高维状态空间中难以解析的动力学方程,感到好奇。因此,对于那些更侧重于系统动力学理论和数学建模的读者,可能会觉得书中在基础理论的深入挖掘和数学推导的严谨性上,还有提升的空间。

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在阅读《复杂网络控制系统动力学及其应用》的过程中,我不断地思考其在通信网络和信息技术领域可能带来的革新。我一直关注如何利用复杂网络的理论来优化信息传输的效率、提升网络的鲁棒性,以及设计更智能化的网络管理策略。例如,在5G及未来通信网络的设计中,基站、用户设备和终端设备都可以被视为网络节点,它们之间的通信链路构成了动态的网络拓扑。我期望书中能提供关于如何分析这些通信网络中的信息传播模型,例如,如何利用复杂网络的社群检测算法来识别网络中的高密度通信区域,并据此进行资源调度和流量管理。此外,我也对书中关于网络拥塞控制和故障恢复的讨论抱有期待。在一个大规模、异构的通信网络中,如何通过分布式控制机制来预防和缓解拥塞,以及如何在节点或链路发生故障时,快速地重新路由信息,维持网络的连通性,这些都是至关重要的问题。我希望书中能提供更具体的算法和理论支持,例如,如何利用复杂网络的动力学来分析信息在网络中的传播延迟和抖动,以及如何设计能够主动适应网络拓扑变化的自适应控制策略。在信息安全领域,我也希望书中能提供关于如何利用复杂网络理论来分析恶意攻击的传播路径,以及如何设计更有效的网络防御机制。

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当我审阅《复杂网络控制系统动力学及其应用》时,我的关注点更多地集中在书中对于“系统”这一概念的理解和构建。我一直在寻找关于如何将现实世界中的各种复杂系统,从生物体内的基因调控网络到全球的金融交易网络,有效地建模为具有动态演化特性的复杂网络。我期望书中能提供一套系统的方法论,指导读者如何识别系统的关键组件(节点)、它们之间的相互作用(边),以及这些相互作用如何随着时间的推移而产生复杂的动力学行为。例如,在分析流行病传播时,我希望能看到书中详细阐述如何构建一个包含个体、家庭、社区等多层级网络的模型,并利用复杂网络的动力学来预测疾病的传播轨迹、评估不同干预措施的有效性。此外,我也对书中关于网络演化机制的讨论抱有浓厚的兴趣。一个系统的网络结构并非一成不变,它可能随着时间的推移而发生拓扑变化,节点的增删,以及连接的强化或弱化。我期待书中能提供更深入的分析,例如,如何刻画和预测这些网络演化过程,以及这些演化如何反过来影响系统的整体动力学行为。在诸如城市交通系统或互联网路由选择等应用场景中,理解和预测网络结构的变化对于设计鲁棒且高效的控制策略至关重要。因此,对于那些希望掌握如何将复杂现象转化为可分析的网络模型,并深入理解其内在动力学机制的读者,可能需要从中获得更具启发性的思维框架,并通过结合具体的案例研究来深化理解。

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我翻开《复杂网络控制系统动力学及其应用》,满怀期待地想看到它在机器人技术和自动化领域的具体实践。尤其是在多机器人协同控制方面,我非常渴望了解如何利用复杂网络的理论来设计和分析协作任务的完成机制。设想一个由数十甚至上百个机器人组成的编队,它们需要协同完成诸如目标搜索、区域覆盖或协同搬运等任务。我期待书中能够详细阐述如何将这些机器人抽象为网络节点,它们之间的通信和感知形成的网络拓扑,以及如何通过网络动力学来协调它们的运动轨迹,实现最优的资源分配和任务执行。例如,我希望看到关于如何设计能够适应动态变化的机器人网络结构的控制算法,比如在某些机器人故障或离开编队的情况下,系统仍能保持一定的鲁棒性。此外,在自动化生产线上,我希望书中能提供关于如何利用复杂网络理论来优化生产流程、提高效率和减少瓶颈的实例。设想一条复杂的装配线,每个工序节点之间的连接关系形成了一个动态的网络,如何通过分析这个网络的动力学特性来识别潜在的瓶颈,并设计相应的控制策略来优化物料流和工时分配。对于书中提及的“分布式控制”概念,我希望它能更具体地体现在分布式机器人系统的决策和协同方面,例如,如何通过局部的交互来实现全局的最优协调,而无需一个中心化的指挥系统。这对于构建更具弹性、更易于扩展的自动化系统具有重要意义。

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我翻阅《复杂网络控制系统动力学及其应用》时,脑海中描绘的更多是其在金融市场和经济学领域的应用前景。我一直在寻找书中关于如何利用复杂网络理论来分析金融市场的非理性行为、预测市场波动,以及设计更稳健的金融风险管理策略。例如,股票市场中的公司可以被视为网络节点,它们之间的交易关系、股权关系以及信息流动构成了复杂的网络。我期望书中能提供关于如何利用复杂网络的拓扑结构和动力学特性来识别市场中的“系统性风险”,即单个节点的失效如何可能引发整个市场的连锁反应。书中提及的“社群结构”和“中心性度量”,我希望能看到它们在识别市场中的关键参与者(如大型金融机构)以及分析市场蔓延效应时的具体应用。此外,我也对书中关于网络演化和适应性的讨论抱有期待。金融市场是一个高度动态和不断演化的系统,新的交易者不断加入,旧的交易者退出,交易策略也在不断变化。我希望书中能提供更深入的分析,例如,如何构建能够反映市场演化的动态网络模型,以及如何利用这些模型来预测市场的长期趋势或应对突发的金融危机。这对于那些希望在金融领域运用严谨的科学方法来理解市场行为、管理风险的读者,无疑具有重要的参考价值。

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