第1章 绪论 1
1.1 复杂系统脆性理论研究的目的和意义 1
1.1.1 复杂系统脆性理论研究的提出 1
1.1.2 研究的目的和意义 2
1.2 国内外相关领域研究现状 3
1.2.1 国内外发展现状 3
1.2.2 本课题组所做的研究工作 4
1.2.3 本课题产生的影响 5
1.3 复杂系统脆性理论研究的内容 7
1.3.1 复杂系统脆性理论研究的对象 7
1.3.2 复杂系统脆性理论研究的内容和方法 8
1.4 复杂系统脆性理论与相关学科的关系 10
参考文献 11
第2章 复杂系统的一般理论及相关的研究内容 16
2.1 复杂系统的发展 16
2.2 复杂系统的特点及特性 17
2.2.1 复杂系统的组成特点——层次结构 17
2.2.2 复杂系统的特性 18
2.3 复杂系统的判断与描述 19
2.3.1 复杂系统的语言描述 19
2.3.2 复杂系统的定性描述 19
2.3.3 复杂系统的判断 22
2.3.4 复杂系统子系统重要度的定义 24
2.4 复杂系统的故障诊断 26
本章小结 28
参考文献 28
第3章 复杂系统脆性理论 30
3.1 复杂系统脆性的含义 30
3.1.1 复杂系统脆性的语言描述 30
3.1.2 复杂系统脆性的数学描述 31
3.2 复杂系统脆性的相关定义 31
3.2.1 系统的崩溃指标 31
3.2.2 脆性过程 35
3.2.3 脆性关联性 36
3.2.4 脆性基元 37
3.3 复杂系统脆性的特性 39
3.4 复杂系统脆性模型 40
3.4.1 多米诺骨牌模型 40
3.4.2 金字塔模型 40
3.4.3 倒金字塔模型 41
3.4.4 元胞自动机模型 42
3.5 复杂系统脆性源等级判别 42
3.5.1 复杂系统脆距 42
3.5.2 复杂系统脆性时间 45
3.5.3 子系统崩溃产生的后果 49
3.5.4 脆性源等级判别 50
3.5.5 食物链网中的脆性源等级分析 51
本章小结 52
参考文献 52
第4章 基于熵的原理对复杂系统脆性理论的研究 54
4.1 熵及信息熵原理的简介 54
4.1.1 熵概念的提出 54
4.1.2 负熵的概念 55
4.2 复杂系统脆性联系函数 56
4.3 复杂系统脆性联系熵 57
4.3.1 集对分析理论概述 57
4.3.2 集对分析理论的应用 58
4.3.3 脆性联系熵 59
4.4 脆性风险熵 60
4.4.1 脆性风险熵的概念 60
4.4.2 脆性风险熵的性质 61
4.5 子系统之间的非合作博弈 67
4.5.1 博弈论概述 67
4.5.2 博弈问题的主要概念 67
4.5.3 囚徒困境 68
4.5.4 复杂系统脆性与非合作博弈 69
4.5.5 系统演化的脆性熵变 70
4.5.6 子系统的脆性非合作博弈策略 71
4.5.7 复杂系统脆性模拟仿真 71
4.5.8 仿真结果及分析 72
本章小结 74
参考文献 74
第5章 基于元胞自动机原理对复杂系统脆性理论的研究 76
5.1 元胞自动机基础理论 76
5.2 基于元胞自动机的系统的脆性研究 79
5.2.1 基于元胞自动机的系统的脆性模型 79
5.2.2 系统脆性模型的仿真 81
5.2.3 系统激发方向的模拟 81
5.2.4 系统的脆性源 83
5.2.5 平均状态参数与脆性源总数间的关系 84
5.2.6 平均状态参数与脆性平均激发规模的关系 85
5.2.7 状态参数分布与脆性激发的关系 88
本章小结 89
参考文献 90
第6章 基于突变理论对复杂系统脆性理论的研究 91
6.1 突变理论概述 91
6.1.1 突变理论简介 91
6.1.2 突变理论的研究对象 92
6.1.3 突变理论的应用领域 92
6.2 突变理论的基本原理 93
6.2.1 齐曼突变机构 93
6.2.2 齐曼突变机构的图形分析 95
6.2.3 突变的类型 95
6.3 基于脆性势函数对复杂系统的脆性分析 96
6.3.1 建立脆性势函数 97
6.3.2 对复杂系统的脆性分析 100
6.4 突变级数评价法 101
6.4.1 突变级数评价法原理 101
6.4.2 突变级数评价法与层次分析法的区别 104
6.4.3 建立脆性评价指标 104
6.5 基于系统之间的演化关系对复杂系统的脆性分析 105
6.5.1 两个系统之间的演化关系 106
6.5.2 一个系统与两个系统之间的演化关系 109
6.5.3 脆性分析的说明 110
6.5.4 对两个典型的非线性系统的分析 111
6.5.5 复杂系统变点的确定 113
6.5.6 复杂系统变点有无的确定 115
本章小结 115
参考文献 116
第7章 基于适应性Agent图理论对复杂系统脆性理论的研究 119
7.1 复杂适应系统理论 119
7.1.1 圣塔菲研究所与CAS理论 119
7.1.2 CAS理论的核心思想 120
7.1.3 CAS理论的基本概念 120
7.1.4 CAS理论的主要特点 122
7.2 适应性Agent图 124
7.2.1 有向图的基本概念 124
7.2.2 适应性Agent图的基本定义 126
7.2.3 适应性Agent图的矩阵表示 127
7.3 适应性Agent图的行为特性 128
7.3.1 适应性Agent图的动力学模型 128
7.3.2 适应性Agent图的频域分析 130
7.3.3 最大Lyapunov指数 133
7.4 适应性Agent图的适应性行为 134
7.4.1 复杂适应系统的适应性 134
7.4.2 适应性Agent图的控制器 138
7.5 复杂系统脆性关系的图形表示 140
7.5.1 脆性行为的赋权有向图模型 140
7.5.2 脆性图的崩溃路径 143
7.6 最大崩溃路径的蚁群算法 145
7.6.1 蚁群系统算法 145
7.6.2 改进的蚁群算法 148
7.7 脆性行为的适应性Agent图模型 151
7.7.1 脆性行为的适应性Agent图 151
7.7.2 适应性Agent图的动态行为分析 157
7.7.3 适应性Agent图的负熵流 158
7.7.4 崩溃同步的充分条件 160
本章小结 161
参考文献 162
第8章 煤矿事故脆性模型的研究 164
8.1 煤矿事故现状的介绍 164
8.2 煤矿事故特点与脆性特点的比较 165
8.3 煤矿事故发生机理描述 166
8.3.1 煤矿主要事故分类 166
8.3.2 煤矿事故主要原因分析 167
8.4 矿山系统内部各因素之间的联系 167
8.4.1 安全成本系统 169
8.4.2 生产系统 177
8.4.3 经济系统与事故系统 178
8.5 矿山系统之间的联系 179
8.6 矿山系统与其他系统之间的脆性联系 180
本章小结 182
参考文献 182
第9章 系统脆性的自组织临界性分析 184
9.1 自组织临界性的提出 184
9.1.1 沙堆模型 184
9.1.2 幂律 186
9.1.3 分形 187
9.2 自组织临界性的相关理论 187
9.2.1 自组织临界性的特征 187
9.2.2 自组织临界性与其他理论之间的关系 188
9.2.3 自组织临界性应用的领域 189
9.2.4 脆性与自组织临界性的关系 190
9.2.5 系统脆性与幂律的关系 190
9.2.6 系统脆性与长程关联间的关系 192
9.2.7 系统脆性激发的判断条件 194
本章小结 195
参考文献 195
第10章 基于图论的系统脆性分析 197
10.1 系统脆性模型的建立 197
10.1.1 建立系统脆性模型的基础知识 197
10.1.2 系统脆性模型的建模步骤 199
10.1.3 电力系统的脆性建模与分析 200
10.1.4 系统脆性传播的模式 204
10.2 电力变压器的脆性源评价 205
10.2.1 系统脆性源的评价 205
10.2.2 电力变压器的脆性源评价的建立 207
本章小结 210
参考文献 210
第11章 复杂系统脆性理论在非典型性肺炎中的应用 212
11.1 动态分维数法描述SARS发展过程 212
11.1.1 动态分维数法的原理 212
11.1.2 仿真结果曲线 213
11.2 基于尖点突变模型对SARS的脆性分析 216
11.2.1 对SARS的直观分析 216
11.2.2 根据滑动t检验法确定SARS危机事件突变点的有无 217
11.2.3 新增人数的趋势变化 219
11.3 根据多项式的拟合结果对SARS的脆性分析 221
11.3.1 SARS数据的多项式拟合结果 221
11.3.2 基于多项式拟合结果对SARS的脆性分析 223
本章小结 224
参考文献 224
第12章 复杂系统脆性理论在舰船电力系统中的应用 226
12.1 舰船电力系统的脆性 226
12.1.1 舰船电力系统的脆性 226
12.1.2 舰船电力负载的特点 227
12.1.3 舰船电力系统的模型 228
12.1.4 舰船电力系统脆性行为发生的条件 232
12.2 舰船电力系统的脆性行为 233
12.2.1 故障规模与频率的幂律关系 233
12.2.2 脆性行为的动态模型 234
12.3 舰船电力系统脆性的适应性Agent图分析 238
12.3.1 网络传输模型 238
12.3.2 舰船电力系统脆性的适应性Agent图 239
12.3.3 舰船电力系统脆性分析 241
本章小结 245
参考文献 245
第13章 复杂系统脆性理论在煤矿系统中的应用 247
13.1 煤矿事故系统的内部系统 247
13.1.1 管理者的层次水平 248
13.1.2 人才结构 249
13.1.3 设备结构 251
13.1.4 技术水平 252
13.2 因素演化 252
13.3 煤矿事故系统的内部脆性模型 253
13.4 煤矿事故系统的外部系统 259
13.4.1 煤炭市场与煤矿事故系统的脆性联系 259
13.4.2 国家政策与煤矿事故系统的脆性联系 260
13.4.3 当地经济与煤矿事故系统的脆性联系 261
13.4.4 煤炭相关产业与煤矿事故系统的脆性联系 263
13.5 各个量的演化情况 263
13.6 煤矿事故系统的外部脆性模型 265
13.7 煤矿事故系统的脆性模型 267
本章小结 268
参考文献 268
第14章 复杂系统脆性理论在通信系统中的应用 270
14.1 通信系统脆性风险模型的研究 270
14.1.1 通信系统脆性风险模型 270
14.1.2 通信系统脆性风险熵 271
14.1.3 脆性风险熵的性质 273
14.2 通信系统内部的脆性关联结构模型 278
14.3 通信系统脆性关联结构的若干性质 281
14.4 通信系统的脆性底层模型 284
14.5 通信系统的模糊综合评判方法 286
14.5.1 建立模糊集合 286
14.5.2 建立隶属度矩阵 288
14.5.3 采用层次分析法建立权重集 289
14.5.4 各风险因素崩溃系数的确定 293
14.5.5 系统脆性风险评估 293
14.6 通信系统脆性风险评价实例 293
14.6.1 通信系统脆性风险层次结构 294
14.6.2 基于可用性的系统脆性风险评价 296
14.6.3 基于可靠性的系统脆性风险评价 298
本章小结 300
参考文献 300
第15章 复杂系统脆性理论在电力系统中的应用 302
15.1 概述 302
15.1.1 电力系统的脆性 302
15.1.2 电力系统脆性激发的触发条件 303
15.2 电力系统脆性的自组织临界性证明及解释 303
15.2.1 电力系统大停电规模与频率的幂律关系 304
15.2.2 电力系统大停电规模分布的分形分维特征 305
15.2.3 检测时间序列的长时间相关性 306
15.2.4 电力系统自组织临界现象的解释 307
15.3 电力系统自组织临界性形成的模拟 309
15.3.1 慢动态 309
15.3.2 连锁事故的快动态 311
15.4 电力系统自组织临界态的临界点 313
15.4.1 电力系统传输模型 314
15.4.2 电力系统临界点的分析 315
15.5 基于元胞自动机的电力系统脆性模型及仿真 319
15.5.1 基于元胞自动机的电力系统脆性模型 319
15.5.2 电力系统脆性的仿真 321
15.6 电力系统脆性源的辨识 324
15.6.1 潮流计算方法 325
15.6.2 三母线电力系统的脆性源辨识 326
本章小结 328
参考文献 328