适应性Agent图及其在复杂系统脆性分析中的应用

论文摘要

本文基于复杂适应系统理论提出了适应性Agent图的概念,所谓适应性Agent图是指顶点具有适应性的智能图,其中适应性是指复杂适应系统中的适应性Agent主体,它具有适应性能力,能够与其他主体和环境进行交互作用,并且不断学习、总结经验,是复杂适应系统的复杂性根源。围绕着适应性Agent图我们建立了相关的定义,给出了适应性Agent图的动力学模型;给出了它的矩阵表示,使其更易于表示和运算;建立了适应性Agent图的分析方法,包括稳定性分析、频域分析等;这些分析为它的动态行为特性研究提供了理论方法;另外还对适应性Agent图的适应性行为进行了探讨。适应性Agent图融合了复杂适应系统理论的思想,具有适应性、智能性、并行性、涌现性、记忆性、直观清晰、逻辑性强、定性与定量相结合的特点。基于适应性Agent图的种种优点,我们将它应用到复杂系统脆性的研究中。复杂系统脆性是复杂系统的一个重要属性,是一个新的概念。脆性是指系统中某个子系统或某一部分崩溃后,经过连锁性过程,可能导致整个系统崩溃。本论文分析了系统脆性行为与熵的关系,论证了脆性的存在性。在此基础上建立了脆性的元胞自动机模型,它是复杂系统脆性的基本模型。它直观清晰,能够形象地描述系统脆性激发后的几种常见的崩溃形式。然后,建立了复杂系统的子系统脆性联系的图形表示,将其定义为脆性图。针对脆性图的研究,给出了系统崩溃路径的概念,以此描述系统崩溃的连锁性过程。改进了对解决旅行商问题具有很好效果的蚁群算法,来求解系统中最大(小)崩溃路径。崩溃路径的研究对于系统脆性源的辨识以及崩溃的分析与预测有着重要的指导作用。为了更加全面、深入地了解系统的脆性,我们将复杂系统的脆性图升级为适应性Agent图模型。设系统的每个子系统为一个适应性的Agent主体,以熵为顶点之间的交互作用的流函数,以子系统之间的脆性联系为拓扑结构,从而建立了复杂系统脆性的适应性Agent图模型。并且应用适应性Agem图模型,对复杂系统的脆性行为的动态行为特性进行了分析。最后,以舰船电力网络为例子,应用适应性Agent图对它的脆性进行了分析。随着舰船工业的发展,舰船的吨位逐渐升级,舰船电网的规模越来越大,电网结构越来越复杂,所以对它的脆性的研究是很有必要的。因此以舰船电力网络系统为研究对象,应用适应性Agent图进行脆性分析,得到脆性行为的动态演化形式。而且对某船电力网络的全局熵的进行了方差分析,论述了舰船电力网络的脆性行为与系统结构的关系。舰船电力网络有馈线、干线、混合、环形和网形五种常见的配电方式,针对这五种配电方式构成的拓扑结构,建立其适应性Agent图的脆性模型,并且将这五种拓扑结构的脆性进行了比较分析。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 复杂系统脆性研究的提出
• 1.2 研究的目的和意义
• 1.3 复杂系统脆性的主要研究任务
• 1.3.1 研究的对象
• 1.3.2 研究的方法
• 1.3.3 研究的主要任务
• 1.4 国内外相关领域的发展和研究状况
• 1.5 论文的主要研究内容
• 第2章 适应性Agent图研究
• 2.1 复杂适应系统理论
• 2.1.1 复杂适应系统理论的核心思想
• 2.1.2 复杂适应系统理论的基本概念
• 2.2 适应性Agent图
• 2.2.1 适应性Agent图的基本内容
• 2.2.2 适应性Agent图的矩阵表示
• 2.3 适应性Agent图的动态特性
• 2.3.1 适应性Agent图的动力学模型
• 2.3.2 适应性Agent图的频域分析
• 2.3.3 最大Lyapunov指数
• 2.4 适应性Agent图的适应性行为
• 2.4.1 复杂适应系统的适应性
• 2.4.2 适应性Agent图的控制器
• 2.5 本章小结
• 第3章 复杂系统脆性行为研究
• 3.1 复杂系统脆性
• 3.1.1 复杂系统脆性的定义
• 3.1.2 系统的崩溃指标
• 3.1.3 复杂系统脆性的性质
• 3.2 复杂系统的脆性行为
• 3.2.1 耗散系统与崩溃
• 3.2.2 脆性基元
• 3.3 脆性行为的元胞自动机模型
• 3.3.1 元胞自动机基本理论
• 3.3.2 一维元胞自动机脆性模型
• 3.3.3 二维元胞自动机脆性模型
• 3.3.4 恶性传染病扩散的脆性分析
• 3.4 本章小结
• 第4章 复杂系统脆性的适应性Agent图分析
• 4.1 复杂系统脆性联系的图形表示
• 4.1.1 脆性联系的赋权有向图模型
• 4.1.2 脆性图的崩溃路径
• 4.2 最大崩溃路径的蚁群算法
• 4.2.1 蚁群算法
• 4.2.2 求解最大崩溃路径
• 4.3 系统脆性的适应性Agent图模型
• 4.3.1 脆性联系的适应性Agent图
• 4.3.2 适应性Agent图的动态特性分析
• 4.3.3 适应性Agent图的负熵流
• 4.3.4 崩溃同步的充分条件
• 4.4 本章小结
• 第5章 舰船电力网络的脆性分析
• 5.1 舰船电力网络的脆性
• 5.1.1 舰船电力系统
• 5.1.2 舰船电力负载的特点
• 5.1.3 舰船电网脆性行为发生的条件
• 5.2 舰船电网脆性的适应性Agent图分析
• 5.2.1 适应性Agent图模型
• 5.2.2 适应性Agent图模型的实例分析
• 5.3 舰船电网拓扑结构的脆性分析
• 5.3.1 舰船电网的拓扑结构
• 5.3.2 拓扑结构的比较分析
• 5.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读博士学位期间发表的论文和取得的科研成果
• 致谢