下载掌阅APP，畅读海量书库
立即打开
本书主要探讨了面向计算系统的严密系统设计方法及其发展趋势和面临的挑战。一般而言，系统设计可以理解为一个从抽象的系统需求到具体的代码实现的转换过程，如何确保系统设计的正确性（相对于系统需求）是计算系统设计的一个重要课题。本书介绍了计算系统设计所面临的主要问题和挑战，特别是在物联网和人工智能等技术快速发展和深度融合的背景下，计算系统设计面临的各种各样的不确定性挑战和复杂性挑战。本书提出了一种严密系统设计方法，阐述了该方法的基本思想和原则，介绍了一种严密系统设计框架。本书共七章，每章讨论一个相对独立的主题，章末给出与本章内容相关的参考文献。
第1章 介绍了系统设计的基本概念和内涵，讨论了计算系统的演变过程，阐述AI技术的出现和广泛使用加快了系统演变的进程，使得从自动化系统到自主系统的转变成为可能。最后，回顾了传统的“V-模型”系统设计方法。
第2章 讨论了系统设计正确性和复杂性的相关问题，阐述了系统可信性和关键等级的概念内涵，分析了系统设计过程中面临的复杂性挑战，并讨论了克服不同类型复杂性挑战的方法。
第3章 阐述了严密系统设计方法的基本思想及原则。严密系统设计方法提倡一种模型驱动的、可迭代的系统设计流程，通过关注点分离、基于组件的设计、语义连贯以及“构造即正确”的设计等原则，确保系统设计流程的严密性以及系统的正确性，解决系统设计过程所面临的复杂性挑战，并克服传统系统设计方法在系统正确性验证方面存在的局限性。
第4章 介绍了一种系统设计框架BIP。BIP框架是严密系统设计方法的具体实现，本章介绍了用于系统建模的BIP语言的语法、语义，以及BIP工具链，并通过一个相关的自主机器人应用案例阐述了BIP系统设计框架的有效性。
第5章 讨论了系统设计的最新发展趋势，提出了一个用于集成模型驱动方法和AI方法的自主系统架构，讨论了基于测试的自主系统正确性经验验证方法。特别地，由于系统的复杂性和异质性不断提升，传统的形式化建模与验证技术面临着巨大的复杂性挑战，使得系统正确性验证手段开始从形式化验证向经验验证转变。最后，本章讨论了知识应用作为一种克服系统设计复杂性的手段，提出了由人类或机器生成的不同类型知识的分类，讨论了知识的准确性、有效性和通用性。
第6章 讨论了自主系统的智能测试问题，即如何判定一个自主系统是否具有智能。本章提出了一种新的智能测试方法，称为替换测试。该方法为自主系统的智能水平定义了一套严格的判定标准，并通过系统在完成不同类型任务等方面的行为，判定系统的智能水平。最后，本章讨论了替换测试方法与其他智能测试方法的关系，以及在不同类型自主系统中的适用性方面的差异。
第7章 总结了在AI技术不断发展和广泛应用的趋势下，传统的基于模型的系统设计方法在自主系统设计过程中仍面临的诸多挑战，讨论了系统设计方法向模型驱动和数据驱动融合的混合设计方法转变，以及系统可信性验证从严格的形式化验证向基于仿真测试的经验验证转变的发展趋势。最后，本章讨论了自主系统设计在社会维度面临的挑战，并从系统工程的视角，展望了自主系统的未来发展愿景。