魯棒性

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魯棒性(Robustness)

目錄

什麼是魯棒性[1]

  魯棒性亦稱健壯性穩健性強健性,是系統的健壯性,它是在異常和危險情況下系統生存的關鍵,是指系統在一定(結構、大小)的參數攝動下,維持某些性能的特性。例如,電腦軟體在輸入錯誤、磁碟故障、網路過載或有意攻擊情況下,能否不死機、不崩潰,就是該軟體的魯棒性。響應快速性所謂的響應快速性就是處於穩定狀態的系統對於外部環境改變的快速反應能力,也是系統在受到擾動後迅速進入穩態的能力。對於生物模塊來講,任何輸入信號,無論是信號分子、蛋白質,還是代射物,都會降解、排出或者轉化成其他物質。生物模塊必須要在這些輸入信號消失之前做出響應,才能確保自身功能的發揮。

魯棒性的特性[2]

  (1)標識不會引起原始文件的退化,這意味著需要建立起一個好的質量度量標準。在圖像中,質量的好壞可以用視覺模型來衡量。

  (2)檢測標識的存在與否必須擁有密鑰。

  (3)若在一個對象中存在多個標識,彼此間不會互相於擾;進一步,若一個對象以不同的標識被分發,不同用戶不能同時擁有所有備份,從而使他們不能生成一個沒有標識的新的備份。

  (4)標識必須能夠抵抗各種攻擊,包括再採樣、再量化、抖動、壓縮以及它們的聯合攻擊。

電腦的魯棒性[3]

  用戶使用電腦的目的是達到某種目標。能否成功地達到目標和能否對到達的目標進行評估就體現為交互的魯棒性。

  1.可觀察性

  可觀察性允許用戶通過觀察交互界面的表現瞭解系統的內部狀態。也就是說,允許用戶將當前觀察到的現象與要完成的任務進行比較,如果用戶認為系統沒有達到預定的目標,可能會去修正後面的交互動作。可觀察性涉及到五個方面的原則:可瀏覽性、預設值提供、可達性、持久性和操作可見性。

  可瀏覽性允許用戶通過界面提供的有限信息瞭解系統當前的內部狀態。通常由於問題的複雜性,不允許在界面上一次顯示所有相關聯的信息。事實上,系統通常將顯示信息限制在一個與用戶當前活動關聯的子集上,例如只對文檔的整體結構感興趣,可能就不會看到文檔的全部內容,而只是見到一個提綱。有了這種限制,有些信息就不能立即觀察到了,需要用戶通過進一步的瀏覽操作考察想要瞭解的信息。另外,瀏覽本身不應有副作用,即瀏覽命令不應該改變內部狀態。

  預設值的功能是可以減少輸入數值的操作、因此,提供預設值可以看作是一種錯誤防範機制。預設值分為兩種:靜態的和動態的。靜態預設值不涉及交互會話,它們在系統內定義或在系統初始化時獲得;動態預設值在會話中設置,系統根據前用戶的輸入進行設置。

  可達性是指在系統中由一種狀態到達另一種狀態的可能性:也就是說能否由一個狀態經過若幹動作轉換到另一個狀態。可達性也會影響到下麵提到的可恢復性。

  持久性是關於交互響應信息的持續以及用戶使用這些響應的問題。交互中的語言就談不上持久性,而可以看見的交互響應就可以在後續操作中持續一段時間。例如,用揚聲器發出聲音表示一封新郵件的到達,在當時能獲得這一消息,但如果沒有註意的話,可能就會忽略掉,用一個持久性好的可見的標誌(如一個小的對話框)通知這個消息,就可以長久存在。

  2.可恢復性

  可恢復性是指用戶意識到發生了錯誤併進行更正的能力。更正可以向前進行,也可以向後恢復。向前意味著接受當前狀態並向目標狀態前進,這一般用於前面交互造成的影響不可輓回的情況,比如實際刪除了一個文件就無法恢復。向後恢復是撤銷前面交互造成的影響,並回到前面一個狀態。

  恢復可由系統啟動也可以由用戶啟動。由系統啟動的恢復涉及到系統容錯性、安全性、可靠性等概念。由用戶啟動的恢復則根據用戶的意願決定恢復動作。

  可恢復性與可達性有關,如果不具備可達性,可能用戶就很難從錯誤的或不希望的狀態到達期望的狀態。

  在提供恢復能力時,恢復過程要與被恢復工作的複雜程度相適應。一般而言,容易恢復的工作實現起來簡單,因為即使出錯也可以很容易地恢復;較難恢復的做起來比較困難,可以讓用戶在操作時進行思考,更加小心,避免出錯。

  3.響應性

  響應性反映了系統——用戶之間交流的頻率。響應時間一般定義為系統對狀態改變做出反應的延遲時間。一般而言,延遲較短或立即響應最好,這意味著用戶可以立即觀察到系統的反應,即使由於延遲較長,一時還沒有響應,系統也應該通知用戶請求已經收到,正在處理中。

  4.任務規範性

  任務的規範性就是指系統為完成交互任務所提供的功能是否規範。用戶可能已經有一些交互體驗,對某些交互任務已經有一些認識,如果系統提供的功能符合規範,用戶就能大體瞭解系統對交互任務的支持,也就能夠比較容易地理解和使用系統提供的新功能。比如規範的視窗都應具有最小化、最大化和關閉按鈕,這樣用戶就能夠很容易地完成視窗操作的交互任務。

控制系統的魯棒性[4]

  一個反饋控制系統是魯棒的,或者說一個反饋控制系統具有魯棒性,就是指這個反饋控制系統在某一類特定的不確定性條件下具有使穩定性、漸近調節和動態特性保持不變的特性,即這一反饋控制系統具有承受這一類不確定性影響的能力。

  很顯然,控制系統的魯棒性貫穿著穩定性、漸近調節和動態特性這三個方面的內容,即分別有魯棒穩定性、魯棒漸近調節和魯棒動態特性,其中魯棒漸近調節和魯棒動態特性反映了控制系統的魯棒性能要求。

  (1)魯棒穩定性是指在一組不確定性的作用下仍然能夠保證反饋控制系統的穩定性。

  (2)魯棒漸近調節是指在一組不確定性的影響下仍然可以實現反饋控制系統的漸近調節功能。

  (3)魯棒動態特性通常稱為靈敏度特性,即要求動態特性不受不確定性的影響。

  從工程技術的角度看,一個反饋控制系統的設計問題就是,根據給定的控制對象模型,尋找一個控制器,以保證反饋控制系統的穩定性,使反饋控制系統達到期望的性能,並對模型不確定性和擾動不確定性具有魯棒性。

  具有魯棒性的控制系統稱為魯棒控制系統。在實際控制問題中,不確定性往往是有界的。因此,在魯棒控制系統設計中,一般是假定不確定性在一個可能的範圍內變化來進行控制器的設計,這就意味著設計出來的控制器,在這個可能的不確定性範圍內均能使控制系統的穩定性和性能保持不變。換句話說,就是確定不確定性可能變化的範圍界限,在不確定性變化的這個可能範圍內對最壞情況進行控制系統設計。根據不確定性變化的範圍界限,在這個範圍內進行最壞情況下的控制系統設計,這就是魯棒控制系統設計的基本思想。這一設計思想的出發點是,只要設計出來的控制系統在最壞情況下具有魯棒性,那麼這個控制系統在其他情況下也一定具有魯棒性。

參考文獻

  1. 宋凱編著.合成生物學導論.科學出版社,2010
  2. 王炳錫,彭天強編.信息隱藏技術.國防工業出版社,2007
  3. 孟祥旭,李學慶編著.高等學校教材·電腦科學與技術 人機交互技術:原理與應用.清華大學出版社,2004
  4. 吳敏,何勇,佘錦華編著.魯棒控制理論.高等教育出版社,2010
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