拓展非平衡系统自组织理论的研究进展

本文就物理世界中的两类组织结构描述了非平衡系统中自组织现象研究在热力学与动力学方面的研究概貌，阐述了从自组织理论到复杂系统理论、从宏观系统到量子系统、从物理系统到非物理系统的自组织理论研究进展。并针对拓展非平衡系统自组织理论两个极富挑战性的研究领域－－－化学反应－扩散－传热系统及种群生长的生态系统，在建立完整的纯粹耗散系统自组织理论与种群生长含时自组织理论的探索中提出了系列具有重要研究价值与学术意义的问题与方向。     

复杂灾害系统风险综合评价的非线性信息动力学模型

自然灾害系统是一个极其复杂的巨系统,它的发生、演化都具有相当复杂的非线性特征.为了从系统演化的角度来研究复杂灾害系统风险综合评价问题,在建模的过程中引入非线性信息动力学模型——最大流原理,以反映复杂灾害系统风险等级的各个指标所构成的系统为研究对象,基于非平衡统计力学方法建立系统随机演化方程,通过给各指标赋予合理的权值使系统趋于稳定,从而实现对复杂灾害系统风险的综合评价.新模型揭示出复杂灾害系统风险耦合的形成模式和演化动力学规律,并结合自组织特征映射网络算法实现对该模型进行数值仿真模拟.最后应用该方法进行中国大陆31个省、直辖市和自治区复杂灾害系统风险综合评价,分析结果验证了该方法的有效性.     

降雨入渗过程中土质边坡的固-液-气三相耦合分析

边坡降雨入渗过程伴随着地下水湿润锋面的推进、孔隙气体的迁移和土体的变形,涉及土体固-液-气三相耦合作用.以往对边坡在降雨入渗条件下的非饱和渗流过程及其对边坡稳定性的影响研究大多基于单相流（Richard方程）模型或水-气两相流模型,而较少从固-液-气三相耦合角度分析孔隙气体迁移和土体变形对降雨入渗过程和稳定性变化过程的影响.本文基于连续介质力学原理和混合体理论,建立了边坡土体固-液-气三相耦合数学模型和有限元数值模拟方法.采用Liakopoulos砂柱排水实验成果验证了耦合模型和计算程序的正确性,深入分析了气体边界条件对排水过程的显著影响.在此基础上,采用固-液-气三相耦合模型,研究了土质边坡在降雨入渗过程中的地下水渗流、气体迁移以及变形和稳定性演化过程,揭示了孔隙气体迁移过程和土体变形过程对边坡湿润锋面的推进以及稳定性变化的阻滞和延缓作用.研究成果对于暴雨诱发滑坡机理与防治研究具有一定参考价值.     

非光滑系统不同簇发模式之间的演化及其机理

非光滑和不同尺度耦合均具有非常广泛的工程背景,也是当前国内外研究中的热点课题.由于传统的非线性分析方法无法解决其中的诸如轨迹穿越分界面时的非光滑分岔和不同尺度之间相互作用等问题,非光滑系统中的不同尺度耦合效应一直是非线性动力学领域内的重要挑战之一.本文旨在探索由频域上不同尺度耦合导致的非光滑系统的复杂动力学特性及其演化过程,提出一般性的处理方法以揭示其复杂振荡的产生机制.以常见的直流功率变换器电路系统为例,通过引入周期变化的电流源,选择适当参数,建立了周期激励下分段光滑频域两尺度Filippov模型.指出当周期激励频率远小于系统的固有频率时,可以将整个周期激励项视为慢变参数,从而得到相应的广义自治系统.分析了两种典型参数条件下不同区域内相应子系统随慢变参数变化的平衡曲线及其分岔,进而探讨这两种情形下频域两尺度耦合系统的动力学特性,给出其相应的簇发振荡,得到不同簇发振荡之间的演化过程.通过转换相图,揭示了两种簇发振荡的产生机制,指出平衡曲线及其分岔不仅会影响簇发振荡吸引子的结构,也会改变其中的沉寂态或激发态的形式及其相互转化时的分岔机制,从而导致不同的簇发模式.同时发现,位于由非光滑分界面划分的不同区域中的稳定吸引子直接影响到簇发振荡吸引子的结构,如当多条稳定平衡曲线参与簇发时,其几何结构通常表现点-点型振荡,而随着参数的变化,不同区域中存在的稳定极限环又会导致激发态定性改变,产生点-环型簇发.     

水垫塘反拱底板静动力耦合分析及安全评价

泄水建筑物水垫塘底板稳定是实现泄洪消能防冲的关键所在，反拱底板工作条件复杂，其受力和破坏过程表现为高度非线性、耦合性．针对工程实践中所关注的水垫塘反拱底板安全问题开展了系统的研究．揭示了反拱底板在复杂工作条件下的受力机理和失稳模式；研究了水垫塘内的水动力荷载特性；基于粘结滑移、非线性接触理论，提出一种适用于反拱底板结构体系的非线性耦合静动力分析方法，该方法可反映水动力荷载-底板-锚筋-基岩（拱座）的耦合作用和底板结构失稳的动态过程．该方法充分考虑了多种非线性因素及静动力耦合效应，全面揭示了水垫塘反拱底板的工作条件、受力机理、失稳动态过程、影响稳定性的关键因素．     

α-铁和钒中级联碰撞的分子动力学模拟研究

低活化铁素体／马氏体钢（α-Fe）和钒合金都是重要的聚变堆第一壁候选结构材料．在高能中子辐照条件下，第一壁材料中缺陷的产生和微结构的演化极大地影响着其使用性能，因此相关研究具有重要意义．本文应用分子动力学方法详细模拟研究了BCC结构的α-铁和钒在辐照环境中的离位级联碰撞及其缺陷结构演化过程，发现铁和钒中的自间隙原子和空位缺陷数目有类似的变化规律，即在级联碰撞最初极短的时间内自间隙原子和空位缺陷数目就达到最大值，随后自间隙原子和缺陷发生复合并在2 ps内迅速减少，平衡后仅有少量弗兰克尔缺陷对存在．研究还发现提高温度和增大初级离位原子的能量都将延迟级联碰撞热峰的出现时间，并使热峰出现时的缺陷数目增多．两种材料的不同之处是在铁中进行的级联碰撞过程比钒中的更加剧烈，且铁中自间隙原子的稳定结构为〈110〉方向排列的哑铃状结构，在扩散迁移时旋转至〈111〉方向并以挤列子的形式沿着〈111〉方向迁移，最后又旋转至稳定的〈110〉方向；而在钒中自间隙原子的稳定结构为〈111〉方向排列的哑铃状结构，并很容易以挤列子的形式沿着〈111〉扩散．     

论可持续发展战略与水污染控制系统规划

可持续发展战略是人类发展战略的根本性转变，本文从可持续发展的角度认识了水资源，对水污染控制系统规划进行了分析，提出了面向可持续发展的水污染控制规划的一些建议。     

基于多活性代理的复杂信息系统研究

文中在系统理论指导下分析了信息系统（特别是在激烈对抗环境下，需要多种功能动态运筹发挥作用的复杂信息系统）的特点，提出了基于多活性代理的复杂信息系统研究方法．首先，给出了多活性代理方法的基本描述，初步得到了代理的“活性”表征及丧失的定性定量描述与分析，并从系统功能发挥剖面给出了多活性代理的基本动力学表征；其次，从系统自组织功能剖面给出了活性自组织机理的两集合模型；再次，给出了信息安全与对抗领域多活性代理复杂信息系统构建的功能模型，以及在此模型基础上多活性代理的3层次协商、协调模型；分析了基于Swarm群体结构的多活性代理复杂信息系统的3层次机理模型；最后，通过2个具体实例说明了如何利用多活性代理方法分析信息安全对抗领域复杂信息系统．多活性代理理论的提出将衔接应用基础层和应用层研究，对信息安全与对抗领域复杂信息系统的构建和分析提供基本的研究方法与理论支持．     

跨流域调水管理仿真的Agent结构模型

鉴于传统水资源开发配置和调度管理普遍采用系统动力学方法进行系统仿真，有一定局限性，采用复杂适应系统理论以及多Agent建模方法分析了跨流域调水管理过程的层次结构，结合南水北调东线水资源调度管理系统，设计了一种基于复杂适应系统仿真的Agent结构模型，并对Agent结构模型的形式化描述和特点进行分析，最后基于swarm仿真平台进行了仿真和验证。结果表明跨流域调水管理仿真的Agent结构模型可以协调好智能体的反应性和适应性，满足了跨流域调水管理复杂适应系统仿真中对Agent的不同要求。     

边坡失稳时间预报的协同-分岔模型及其应用

基于单状态变量摩擦定律, 把协同学和分岔理论联系起来, 建立了边坡失稳时间预报的协同-分岔非线性理论模型. 该模型体现了边坡在演化过程中各个因素之间的协同作用及分岔现象, 并可对滑坡的发生时间进行预报. 通过对新滩滑坡的预报, 证明该方法精度较高.     

复杂能源系统结构演化和评价的新模型

能源系统作为开放的有机整体，是一个无确定边界的、与环境耦合的实体。定义了描述该实体的新物理量，由此建立了能源系统演化和评价的新模型，对“参考情景”、“可选择情景”以及“高经济增长情景”三种模式下的中国能源系统结构演化进行了案例分析，得到了合理的结果。该模型也为一般的社会经济系统发展提供了比笛卡尔一牛顿式的机械模型和熵增的热寂模型更合理的图景。     

复杂软件系统的成长性构造与适应性演化

随着信息网络技术的渗透性发展,复杂软件系统正在成为一种泛在的新型软件形态.此类软件系统通常由相当数量的局部自治的软件系统相互耦合关联而成,具有"系统之系统"、"信息—物理"融合系统和"社会—技术"交融系统的特点,表现出成员异质、边界开放、行为涌现、持续演化等一系列新的性质.这些特征打破了传统基于"还原论"思想的软件工程理论和技术所基于的基本假设,使其难以适用于复杂软件系统的构建.本文分析复杂软件系统的内涵、形成特征和基本性质,深入讨论复杂软件系统在构造和演化环节所面临的挑战,借鉴互联网以及生命系统、社会系统和经济系统等复杂系统的形成和演进模式,提出复杂软件系统的"成长性构造"和"适应性演化"法则,阐述这两条法则所涉及的主要科学问题和关键支撑技术.本文试图为复杂软件系统的构建和发展提供新的方法学和架构层面的支持.     

Stable regularities without governing laws?

Can stable regularities be explained without appealing to governing laws or any other modal notion? In this paper, I consider what I will call a ‘Humean system’—a generic dynamical system without guiding laws—and assess whether it could display stable regularities. First, I present what can be interpreted as an account of the rise of stable regularities, following from Strevens (2003), which has been applied to explain the patterns of complex systems (such as those from meteorology and statistical mechanics). Second, since this account presupposes that the underlying dynamics displays deterministic chaos, I assess whether it can be adapted to cases where the underlying dynamics is not chaotic but truly random—that is, cases where there is no dynamics guiding the time evolution of the system. If this is so, the resulting stable, apparently non-accidental regularities are the fruit of what can be called statistical necessity rather than of a primitive physical necessity.     

Population genetic structure and mating system evolution in freshwater pulmonates

Freshwater gastropods (Basommatophora and Prosobranchia) harbor a variety of mating systems. In particular, apomictic parthenogenesis in prosobranchs and self-fertilization in the hermaphrodite pulmonates may be viable alternatives to outcrossing sexuality in a number of species. The coexistence of different mating systems in extant populations provides opportunities to examine the forces directing their evolution. We review the models analyzing and predicting genetic variability in subdivided populations, with an emphasis on the effects of inbreeding. Population genetic data on freshwater pulmonates are examined in the context of selfing rates and the loss of variability under selfing. Furthermore, the genetic and demographic factors thought to influence mating system evolution are considered, and we highlight the different approaches available to estimate mating system parameters, in particular the selfing rate. Recent population biological studies on polyploid species (Bulinus truncatus, Ancylus fluviatilis) indicate that selfing is the predominant mating system. These studies have contributed to a deeper understanding of conceptual issues in the evolution of selfing rates. Throughout, we emphasize the need for further carefully designed studies.     

面向网络的操作系统——现状和挑战

操作系统是计算机系统中最为关键的一层系统软件．长期以来，操作系统发展的主线是面向单机，追求更好地发挥计算机硬件的计算能力，同时为上层应用和用户提供更友好易用的接口．随着网络技术的发展，如何更好地支持网络构成了操作系统发展的一个重要辅线．近年来，由于互联网的迅速普及，面向网络的操作系统得到了广泛的关注，并逐渐成为操作系统发展的新主线．为了更好地管理互联网上的分布海量资源，同时为互联网时代的新型应用和服务提供支持，操作系统技术正在产生许多重要的变革．本文简要回顾了操作系统的发展历史，分析了在互联网时代操作系统面临的主要挑战．在总结现有面向网络的操作系统的研究进展的基础上，讨论了其主要特点和未来发展趋势．最后，也介绍了我们在此领域针对网构软件的研发尝试．     

凝聚度——描述与测度社会生态系统抗干扰能力的一种新特性

研究一个网络系统抵抗干扰的能力,系统科学里有＂鲁棒性＂的概念,社会—生态系统里用＂脆弱性＂、＂恢复性＂和＂适应性＂等概念.这些已有的概念是否已经全面地描述了系统抵抗干扰的能力呢？在综合灾害风险管理的实践中,整个社会凝心聚力,行动协调一致,往往发挥着至关重要的决定性作用.然而,现有学术研究中所用到的各种系统属性,都不能很好表述一个系统凝心聚力的能力或水平.鉴于此,本文提出一种全新的网络系统属性：网络凝聚度（consilience degree）,专门用以度量一个如社会—生态系统一样行为的网络系统凝心聚力,行动协调一致,以抵抗干扰的能力.网络凝聚度实际上是一种更具普遍意义的＂联结度＂.它可以象联结度一样,派生发展出一系列的系统新属性和网络新模型,从而形成一个研究复杂系统的新的理论体系.本文将重点阐述这个体系的雏型.理论分析和仿真研究都证明：本文所提出的网络凝聚度是现有各种系统属性所无法涵盖或替代的,是研究现实复杂系统所必需的新理论工具.     

Banach空间中时变广义分布参数系统的可解性

广义分布参数系统是比分布参数系统更常见的一类系统，二者有着本质的区别，如广义分布参数系统受到干扰时会引起脉冲行为等．广义分布参数系统的可解性问题是广义分布参数系统研究的重要问题之一．本文主要研究Banach空间中时变广义分布参数系统的可解性问题．首先，讨论Banach空间中由有界线性算子所引导的广义发展算子及其性质，定义了广义发展算子的生成元．证明了广义发展算子的存在性；然后，应用广义发展算子研究时变广义分布参数系统的可解性问题，证明了强解的存在性和唯一性，并应用广义发展算子给出了时变广义分布参数系统强解的构造性表达式．所得结果对于研究时变广义分布参数系统的稳定性问题、能控性问题及最优控制问题等都有重要的理论及应用价值．     

信息系统、信号信息处理发展基础性思考

在人类信息社会发展中，信息科技支持各类信息系统发展，同时也是服务人类不可或缺的工具，信息系统服务人类具体体现在其分功能集成的程度不断提高，并关联到众多学科，信号信息处理是其中的重要组成部分．本文由普适的系统理论为起点，多层次扼要地讨论了人发挥主动性不断掌握信息科技要点，并对信息科技及系统如何实施进化机理的进化，从而争取超越式发展进行了思考和论述．     

山地农业经济资源开发利用的优化模型及人地关系系统结构优化

山地农业经济资源的合理利用是关涉山区农业经济和山区环境可持续发展的重大问题。围绕山地农业经济资源开发利用的优化模型及人地关系系统结构优化为中心,阐述了山地农业经济优化发展的目标与最优方案,进而指出了山地农业经济系统与资源系统的开发程序,最后结论认为,自然技术不是解决社会工程的唯一工具,社会技术与自然技术的结合才是解决社会工程和自然工程的有效途径和方法。