复杂系统脆性理论及其理论框架的研究

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1、复杂系统脆性及其理论框架的研究摘要随着社会的进步、科学技术的发展，我们所面对的控制对象也越来越复杂，因此对于复杂系统的研究成为了当前的研究热点。复杂系统除了普遍认为所具有的开放性、复杂性、巨量性、进化与涌现性、层次性之外，还具有脆性，而且指出脆性作为复杂系统的一个基本特性是客观存在的。本论文以复杂系统作为研究对象，在所提出的脆性是复杂系统的一个基本特性的理论基础之上，综合现有的复杂系统脆性研究成果，深入研究脆性的定义、特点和模型的基础，研究复杂系统脆性的相关概念、理论。首先，本文对复杂系统脆性的定义和特点进行研究。从材料力学领域关于

2、脆性的定义出发，将其引申到复杂系统特性的研究中。复杂系统脆性重点强调崩溃的连锁效应，即由于复杂系统中的某一子系统的崩溃，引发的连锁的崩溃效应，会使整个复杂系统崩溃。以脆性定义为基础，分析了复杂系统脆性的基本特点。脆性具有以下的特点：隐藏性、伴随性、作用结果的表现形式的多样性、作用结果危害的严重性、子系统之间的非合作博弈关系是复杂系统脆性的一个根源、连锁性、延时性、整合性。由此，本文建立复杂系统脆性研究的理论框架。其次，本文提出了具有普适性一般系统数学描述的复杂系统的定义。因为元胞自动机是模拟复杂性行为，研究复杂系统的一种有效的工具。

3、它能通过简单的基元和简单的规则产生复杂现象，从而具有模拟复杂系统的能力。应用元胞自动机建立起了复杂系统脆性的几种常见脆性模型，进一步说明了复杂系统脆性的发生过程。对脆性源、脆性接收者、脆性过程所组成的脆性表现基本单元进行分析；以恶性传染病的传播为例，应用元胞自动机对复杂系统脆性发生的演化过程进行仿真。再次，建立复杂系统脆性风险模型。建立脆性风险熵的概念并对复杂系哈尔滨工程大学博士学位论文统从内因和外因两方面进行分析。复杂系统脆性问题的最大难点在于难以定量研究，本文从传统熵理论出发，分析脆性风险熵的一系列性质，为进一步定量研究复杂系统

4、脆性问题打下基础。利用独立分量分析理论和方法，结合复杂系统脆性基元，分析复杂系统脆性影响源。独立分量分析的根本原理是通过分析多维观测数据间的高阶统计相关性，找出相互独立的隐含信息成分，完成分量间高阶冗余的去除及独立信源的提取。最后，以乡镇煤矿与国有煤矿为例，以脆性度为指标进行了仿真，仿真结果表明：在减少事故的发生时应该将重点放在对于煤矿系统的管理上，严格管理制度，制定有效的严厉的法律法规。关键词：复杂系统；脆性度；脆性风险熵：元胞自动机；独立分量分析复杂系统脆性及其理论框架的研究ABSTRACTWiththedevelopmento

5、fsocialeconomyandscienceandtechnology,theresearchonthecomplexsystemmeetmanydemandsatpresent．Inthispaper,complexsystemischosenastheresearchobject，whichischaracterizednotonlybyopenness，complexity,giant，evolutionandemergence，hierarchybutalSObybrittleness．BrittlenessiSpres

6、entedasoneofthebasiccharacteristicsofcomplexsystemforthefirsttime．Moreover,itisexistentobiecfivelyasthebasiccharacteristicofcomplexsystem．Basedonthedefinition，peculiarities，andmodelsofbrittleness，conceptsandtheoriesaboutbrittlenessofcomplexsystemhavebeenestablishedFirs

7、tly,researchhasbeencarriedoutonthedefinitionandpeculiaritiesofbrittleness．Brittlenesscomesfromtheterminthefieldofnlaterialscience，whichiSdefinedandappliedtotheresearchonthecharacteristicsofthecomplexsystem．BrittlenessemphasizesonthecollapsedchaineffectthatiStriggeredby

8、thecollapseofonesubsystemandwillresultinthebreakdownofwholecomplexsvstem．0nthebasisofitsdefinition,peculiaritiesofbri