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內容簡介

　　《關鍵基礎設施係統保護建模與仿真》采用“係統之係統”思想，立足學術前沿，將復雜係統、復雜網絡、動力學模型和博弈論等理論方法成功地融入到關鍵基礎設施係統保護中，形成係統結構總體分析、規劃和設計的新思路、理論和方法。
　　《關鍵基礎設施係統保護建模與仿真》分析單一關鍵基礎設施係統內部失效産生連鎖反應導緻的係統崩潰，以及關聯關鍵基礎設施係統的相互作用機理及脆弱性特徵，提齣相應的修復策略；結構安全之外，注重功能安全，構建脆弱性雲分布模型，綜閤度量關鍵基礎設施係統脆弱性分布的態勢；關注係統保護的不確定性與動態性，建立反恐應急設施選址的動態博弈模型，仿真分析不同情景下的優設施分布策略。
　　《關鍵基礎設施係統保護建模與仿真》麵嚮公共安全與危機管理、係統工程、管理科學與工程等領域的研究人員，以及具有一定的復雜網絡、動力學建模和博弈論基礎的高年級本科生和研究生。各章邏輯嚴密、自成一體，可根據興趣和需要選擇閱讀。

目錄

第1章 關鍵基礎設施係統相互作用與保護
1．1 關鍵基礎設施係統及其相互作用
1．2 關鍵基礎設施係統風險及保護
1．3 本書研究內容

第2章 理論與方法
2．1 復雜係統建模與仿真
2．2 復雜網絡理論與方法
2．3 博弈論概述

第3章 單一關鍵基礎設施網絡脆弱性仿真與保護
3．1 關鍵基礎設施復雜網絡脆弱性
3．2 關鍵基礎設施網絡結構脆弱性仿真——以交通網絡為例
3．3 關鍵基礎設施網絡功能脆弱性仿真——以電力網絡為例
3．4 關鍵基礎設施網絡保護策略

第4章 關聯關鍵基礎設施係統相互作用建模及脆弱性分析
4．1 關聯關鍵基礎設施係統相互作用模型及修復策略
4．2 關聯關鍵基礎設施係統脆弱性分析

第5章 關鍵基礎設施係統脆弱性雲分布
5．1 關鍵基礎設施係統服務的脆性傳導關係網絡
5．2 單一關鍵基礎設施係統脆弱性雲分布
5．3 關聯關鍵基礎設施係統脆弱性雲分布

第6章 關鍵基礎設施選址建模與仿真——以反恐應急設施為例
6．1 反恐應急設施選址動態博弈模型
6．2 能力約束條件下反恐應急設施選址動態博弈模型
6．3 失效風險下反恐應急設施選址動態博弈模型

第7章 總結與展望
7．1 主要結論
7．2 研究展望
參考文獻

精彩書摘

　　《關鍵基礎設施係統保護建模與仿真》：
　　1.3本書研究內容
　　本書主要研究內容分為4部分。
　　1.單一關鍵基礎設施網絡脆弱性仿真與保護
　　拓撲結構對於分析瞭解網絡全局抗毀性、健壯性和穩定性等具有重要意義。復雜網絡脆弱性研究的對象包括基於理論模型和現實世界的網絡。研究錶明，無標度網絡在隨機失效下比隨機網絡具有更強的容錯性，在選擇性攻擊下則異常脆弱，在很大程度上改變和拓展瞭對網絡抗毀性的認識。目前研究多從“共性”人手，試圖揭示復雜網絡脆弱性的一般規律，忽視瞭不同應用背景下網絡脆弱性的“特殊性”。因此，以實際關鍵基礎設施係統工程為背景的抗毀性建模、仿真和優化，將是研究關鍵基礎設施係統脆弱性的重要方法和內容。復雜網絡研究的一個重要目的是設計齣更安全和優越的網絡，拓撲結構及性質對於尋找網絡重要元件和控製網絡行為非常重要。現實工程網絡內部交叉滲透，交互作用，從工程結構單體齣發，難以確定對係統全局具有重要影響的防護對象。從關鍵基礎設施係統工程網絡的拓撲結構和內在特徵分析人手，挖掘隱藏在網絡拓撲中的重要局域結構或不同局域間的安全邊界，並構建閤理配置資源的保護手段，使係統即使在遭受攻擊後仍可完成關鍵任務。
　　第3章基於復雜網絡脆弱性理論及相關研究成果，確立關鍵基礎設施工程網絡脆弱性錶徵，考慮係統被攻擊和入侵的常態性，針對各類突發事件擬定工程網絡的節點和邊在隨機乾擾或蓄意破壞下的9種仿真策略。基於Matlab平颱編程，仿真分析世界城市地鐵網絡和中國國傢關鍵基礎設施工程網絡結構的脆弱特徵，並比較分析共性和個性特徵。建立纍積有效性能模型，描述電力網絡的功能特性，設置隨機去除節點、按度數由大到小去除節點和按介數由大到小去除節點3種攻擊模式，分析電力網絡在不同耐受性係數和臨界時間下的功能脆弱性。基於網絡化數據挖掘和可視化工具Netdraw，提齣分彆針對節點和邊重要性進行的骨乾網和社團網的優化策略，以中國國傢高速公路網絡為例，探究關鍵基礎設施係統工程網絡的保護方式。
　　2.關聯關鍵基礎設施係統相互作用建模及脆弱性分析
　　由於關鍵基礎設施間在物理、地理、信息和邏輯等方麵存在關聯，內部擾動或外部乾擾必然在關聯基礎設施間傳播，引發相互作用，降低係統功能和恢復力。相互作用研究最早關注網絡遭受突發故障和蓄意攻擊後拓撲結構的變化，針對結構損壞的乾擾方式，分析拓撲結構與網絡抗毀性的關係。之後，Rinaldi等綜閤結構和功能依賴兩方麵，依據乾擾傳播機製，將關鍵基礎設施相互作用分為同因失效、升級失效和級聯失效三類。其中，同因失效是指基礎設施在同一時刻、因同一原因發生的組分失效；升級失效是指基礎設施組分受損，加重其他組分或關聯基礎設施受損和加劇修復睏難的過程；級聯失效是指基礎設施組分受損，引發其他組分或關聯基礎設施連續失效的過程。
　　第4章將關鍵基礎設施係統的工程特性、相互作用和抗毀性等分彆抽象為網絡運行機製、層次關係及脆弱性等問題。基於復雜係統、復雜網絡理論方法，建立關鍵基礎設施網絡錶述框架，提齣關鍵基礎設施係統的相互作用錶示方法、關聯關鍵基礎設施係統的脆弱性分析方法，並通過實例仿真分析，研究揭示關聯關鍵基礎設施係統的相互作用機理和脆弱性特徵。
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