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龙源期刊网http://www.qikan.com.cnPetri网研究现状综述
作者:庞德强
来源:《现代交际》2016年第22期
[摘要]本文主要介绍Petri网的发展,讨论Petri网的数学理论基础,分析高级Petri网,总结Petri网适用领域,最后指出Petri网的发展趋势。[关键词]Petri网高级Petri网Petri网应用
[中图分类号]TP311[文献标识码]A[文章编号]1009-5349(2016)22-0144-02一、发展历程
Petri网首先由著名数学家CarlAdamPetri提出,主要用于刻画计算机系统异步通讯。此后,国内外研究学者对其研究发展做出了大量的工作,基于不同应用场景,加入不同限制条件,从层次、时间、有色等方面对丰富Petri网,形成高级Petri网理论体系。[1][2][3][4][5]高级Petri网可以处理数据、时间、形态等约束条件,能广泛应用于各种领域。
谓词Petri网系统的提出简化了Petri网;模糊Petri网理论中则融合了Petri网与模糊数学;随机Petri网通过随机过程工具可以解决包含随机过程的Petri网问题。二、Petri网理论基础
Petri网是一种图形化建模工具,有坚实的数学理论支撑,成熟的图形分析技术,强大的仿真工具。Petri网基于过程,可分析复杂系统,表达能力丰富,语义语法精确,数学过程严谨,对于随机系统可以很好地解析。
Petri网可模拟实际系统,分析实际系统的性能和效果,具有网系统的一些性质,即动态性质。可达性、有界性、安全性、活性、可逆性等为Petri网的动态性质。(一)可达性
作为Petri网最基本的行为特征,由可达性定义可以推导Petri网其余性质。可达性指出,对于一个给定的Petri网,由初始状态可以到达哪些状态,这种到达可以是通过激发一系列的迁移实现的。(二)有界性
有界性需要我们去确定Petri网中的库所或者资源的容量是否溢出,是检查系统是否存在溢出的有效方法。
龙源期刊网http://www.qikan.com.cn(三)安全性
Petri中的库所不会重复启动一项正在进行的操作。(四)活性
计算机操作系统中,由于对有限的资源基于不合理的策略进行分配,会产生死锁。死锁问题对Petri网是非常重要的,反映了Petri网的活性。(五)可逆性
能自动从差错中恢复,即自身初始化的Petri网是可逆的,系统不需要人工干预即可恢复。
三、高级Petri网系统(HLPN)
对于系统中的异步、冲突、并发等复杂情况,作为一种强有力的模型分析工具,直观地表示图形,Petri网可以很好地刻画。随着应用的发展,为了增强Petri网的描述能力,众多学者提出了高级Petri网系统(HLPN),比如着色Petri网、赋时Petri网、随机Petri网、谓词Petri网、模糊Petri网。(一)赋时Petri网
普通Petri网没有考虑时间的因素,而在实际生产过程中,时间因素不可忽视。赋时Petri网通过引入时间扩大Petri的适用范围。赋时变迁Petri网、赋时位置Petri网、赋时弧Petri网均为扩展的赋时Petri网。(二)着色Petri网
着色Petri网引入标识颜色,将库所中的标识与某种标识符号“颜色”联系,用对表示信息。着色Petri网可准确描述系统的资源情况、系统的活动和约束,能作为准确表达FMS系统动态行为的模型工具。(三)谓词Petri网
在各有向边上标注谓词,该谓词不直接规定网络的运行,通过对变量的赋值确定某个标识下,哪些变迁可以发生、该变迁对标识变化的影响,谓词Petri网提高了系统的模拟能力。目前,电力行业的系统模拟、故障诊断等领域的研究都引入了谓词Petri网。(四)随机Petri网
龙源期刊网http://www.qikan.com.cn通过引入时间,在每个变迁的可实施与实施之间联系一个延迟时间,该延迟时间为随机产生的,随机Petri网可广泛应用于过程具有随机特征的系统,取得良好的仿真效果。(五)模糊Petri网
在基本的Petri网上进行扩展,模糊Petri网的每个库所被赋予一个标识值,该标识值取[0,1]上的实数值,每个变迁获得一个确定因子,规定输入输出函数。模糊Petri网贴近人类的思维认知方式,可用于描述物理系统和社会系统。四、Petri网的应用(一)UML形式化
作为一种定义良好、表达方便、面向对象的建模语言,UML已经融入到软件工程中,从需求开发到项目开发、后期维护等全软件生命周期都可以运用UML的思想、方法和技术。UML已经垄断面向对象建模技术的市场,成为可视化建模的行业标准。目前,UML广泛应用于实时系统、指挥控制系统、WEB系统建设、分布式系统等应用领域。
然而,由于缺少严格的形式化语义,UML