复杂适应系统协同理论、方法与应用研究

发布时间：2020-10-19 08:31

　　 复杂适应系统（Complex Adaptive System, CAS）理论为复杂系统研究提供了 一个新思路与一种新方法，是当前复杂性科学研究的一个热点。本文作为对CAS 理论方法与应用的研究，探讨了其协同理论、方法及在能源系统战略研究中的应 用，主要包括以下几方面的内容。 首先，系统地回顾了CAS理论基础与方法，包括CAS的概念，适应性主体 的概念，以刺激-反映模型描述的主体模型，以回声模型（Echo）描述的CAS的 模型，还有CAS研究的模拟工具——Swarm，介绍了Swarm的基本原理、对具 体领域问题的建模与模拟过程，概括了CAS应用研究的进展，概括了其研究方 法，最后指出了CAS及其理论表述的不足与改进方向。 在第三章借鉴生物系统中的协同进化（Co-evolution）的概念及其启示研究系 统的协同进化。首先概述了生物系统协同进化的现象及协同进化的概念。然后借 鉴生物系统个体之间关系的描述，阐述了系统协同进化的机理，在此基础上提出 系统协同进化的定义及分类，提出了个体-群体-系统的协同进化层次模型。 在第四章对复杂适应系统建模进行了探讨。适宜的建模方法是问题分析的基 础。在分析CAS及Echo模型的基础上，借鉴Multi-Agent System（MAS）的理 论与方法来探讨CAS的建模，并对基于数学模型建模与基于Agent建模进行了 比较分析，提出了基于MAS 的开放、动态、演化建模思路与方法。明确了本文 的研究是从研究组成系统的主体的角度进行，研究系统中主体之间、群体之间的 相互协同进化的方式与方法。 在第五章作为对系统协同进化研究的深入，探讨了几种协同进化的方法/算 法，它们是合作型协同进化、竞争型协同进化。首先回顾了生物系统的适应性及 对复杂性研究的启示，然后介绍了协同进化的算法基础——遗传算法，分别给出 了合作型协同进化、竞争型协同进化的概念，给出了其具体算法过程，并以实例 说明了其应用。最后基于进化博弈理论（Evolutionary Game Theory, EGT）研究 了协同进化系统中个体的进化行为。 在前述理论与方法论述的基础上，第六章以我国能源系统为例进行应用分 析。首先对我国能源形势进行了概括，指出能源形势及能源安全问题的严峻性， 然后分析了能源系统的研究方法，提出采用CAS理论与方法及协同进化方法来 研究能源系统。在此基础上，对我国能源系统进行了系统分析，构造了系统模型， 分析了系统演化机制及协同特性，建立了系统演化模型，构造了Swarm模拟模 型，以我国能源系统现状为基础进行了模拟分析，得到未来我国能源结构变化趋 势及相应的CO 2 排放量情况。同时，应用研究验证了理论方法研究的实用性。
【学位单位】：天津大学
【学位级别】：博士
【学位年份】：2003
【中图分类】：N94
【文章目录】：
第一章 绪论
    1.1 复杂性科学研究概述
    1.2 复杂适应系统理论的提出
    1.3 系统协同现象及启示
    1.4 本文的研究背景
    1.5 本文内容结构与创新点
第二章 复杂适应系统原理
    2.1 适应性主体概念及描述
    2.2 复杂适应系统
    2.3 复杂适应系统的模型体系回声模型
    2.4 复杂适应系统的模拟工具Swarm
    2.5 复杂适应系统理论与方法的应用研究现状
    2.6 复杂适应系统研究方法
    2.7 对复杂适应系统理论与方法的几点认识
    2.8 本章小结
第三章 复杂适应系统的协同
    3.1 协同进化概述
    3.2 复杂适应系统协同进化机理
    3.3 复杂适应系统的协同进化
    3.4 复杂适应系统协同进化与协同学
    3.5 本章小结
第四章 复杂适应系统建模
    4.1 复杂适应系统适应性的描述
    4.2 复杂系统建模概述
    4.3 基于多Agent的复杂适应系统建模
    4.4 复杂适应系统建模的一种方法
    4.5 本章小结
第五章 复杂适应系统的协同进化研究
    5.1 概述
    5.2 协同进化算法的基础遗传算法
    5.3 合作型协同进化
    5.4 竞争型协同进化
    5.5 基于进化博弈理论的协同进化
    5.6 本章小结
第六章 能源复杂系统的协同分析
    6.1 能源系统概述
    6.2 能源系统研究方法
    6.3 能源系统特征分析
    6.4 能源系统协同分析
    6.5 本章小结
第七章 总结及展望
    7.1 回顾与总结
    7.2 展望与结束语
参考文献
攻读博士学位期间发表论文与科研工作情况
致谢

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本文编号：2846975