Питерсон Дж. - Теория сетей Петри и моделирование систем - 1984

~СИЯ СИТИЙ йФТРИ И ММММЛИРОВАНИИ <ИСТОВ Перевод с английского ! М. В. Горбатовой, канд. техн. наук В. Л. Тархова, канд. техн. наук В. Н. Четверикова под редакцией д-ра техн. наук В. А. Горбатова ЙЮСНВА 4МИРМ9М Питерсон Дж. е33 Теория сетей Петри я моделирование систем: Пер. с англ. — М.: Мир, 1984.

— 264 с., ил. В книге американского ученого изложеньг основные понятия и результаты теории сетей Петри, касающиеся различных аспехтов вычислительной техники и особенно систем распределенной обработки янформанин. для научных работников, аспирантов и студентов ствргпнх курсов втузов. ББК 32.816 5ФОЛ 2405000000-227 163-84, и. 1 04Ц01)-84 ББК 32.816 'ГЗЗ УДК 519.95 ИРО"и ыь, г ох и не си мй Иьотм1 т с монро ~л мн жмдиах .. 51ьР'4 ОТЕ о Редакция яитератррвг ло новой технике ф РгепИсе-На11, 1пс., Еп51ечгооб С1111з, 1981 © Перевод на русский язык, чМнр», 1984 ПРЕДИСЛОВИЕ Н РУССКОМУ ИЗДАНИЮ В последние годы развитие вычислительной техники характеризуется не столько увеличением числа элементов, участвующих в обработке данных (будь то число функциональных блоков в процессоре или процессоров в вычислительной системе), сколько усложнением структуры нх взаимосвязи, управления взаимодействием, Качественно новый характер взаимодействия в современных вычислительных системах послужил причиной появления новых задач, связанных с анализом, моделированием и представлением причинно-следственных связей в сложных системах параллельно действующих объектов.

Мощным средством решения этих задач являются сети Петри — предмет данной книги. Родившись при описании взаимодействующих автоматов, моделирующих системы аппаратного обеспечения, они оказались очень удобными для анализа и моделирования программного обеспечения, что предопределило большой интерес к ним и быстрый прогресс в их исследовании.

Предлагаемая книга является первой переводной монографией, посвященной сетям Петри. В ней последовательно излагаются основные понятия теории сетей Петри, задачи, связанные с сетями Петри, методы их анализа. На протяжении всей книги внимание читателя акцентируется на прикладных аспектах теории сетей Петри. Автор определяет место сетей Петри в ряду формальных систем, направленных на моделирование параллельных процессов. Книга написана просто и доходчиво, все излагаемые понятия подробно обсуждаются.

В ней содержится большое число примеров, иллюстраций, упражнений и тем для серьезных исследований. Изложение ведется на должном уровне математической строгости. Автор монографии известен как специалист в области сетей Петри, его интересы в исследовании этой области весьма многосторонни. Ему принадлежат работы как обзорного плана, так и посвященные вопросам анализа языков сетей Петри, построения иерархии моделей описания параллельных процессов и др. Работая над переводом книги, коллектив переводчиков осознавал ответственность, которую налагает на них издание первой переводной монографии. Перевод не доставил особых трудностей. Однако над системой соответствующих русских тер- Предисзоеие н русскому изданию минов, отвечающей требованиям концептуального единства всей терминологии, пришлось немало потрудиться, Предлагаемая книга будет полезна студентам и аспирантам, специализирующимся в вычислительной технике, а также специалистам, занимающимся вопросами распределенной обработки данных.

Перевод монографии выполнен М. В. Горбатовой (гл. 1 — 3), канд. техн. наук В. Л. Торховым (предисловие, гл. 4 — 6), канд. техн. наук В. Н. Четвериковым (гл. У, 8, аннотированная библиография, предметный указатель). В. А. Горбатов ЙРедислОВие Теория сетей Петри значительно развилась со времени ее рождения в диссертации д-ра Петри в 1962 г. Однако многие из публикаций по сетям Петри труднодоступны, поскольку оформлены, как правило, в виде отчетов и диссертаций и рассеяны по многим источникам. И тем не менее, несмотря на трудность изучения сетей Петри, использование их постоянно возрастает. Мы приходим к выводу, что, по-вндимому, каждый специалист в области вычислительной техники должен знать азы теории сетей Петри. Эта книга собрала основные результаты теории сетей Петри, представив их в последовательном и согласованном виде.

Представление н организация материала удобны и для индивидуального изучения специалистом-практиком, и для организованного изучения аспирантами, специализирующимися в области вычислительной техники. Теорию сетей Петри можно применить в безмерно большом множестве областей (как показано в гл.

3), знание основ теории сетей Петри становится обязательным для специалистов по вычислительной технике, системному анализу и др. Для студентов и специалистов, желающих немедленно найти практическое применение сетям Петри, трудно переоценить гл. 1 — 4 и 7. Онн вполне приемлемы для самостоятельного изучения и обеспечивают достаточный фундамент для того, чтобы сделать возможным немедленное использование сетей Петри в самых различных областях.

Книгу можно использовать также как учебное пособие для проВедения семинаров по сетям Петри для аспирантов, и если определения н приложения нз первых четырех глав изучаются легко, то оставшиеся главы подводят обучающихся к переднему краю исследований. Каждая глава содержит упражнения, которые дают возможность как практической работы с понятиями, так и закрепления основ теории.

Наконец, «Темы для дальнейшего изучения» указывают новые направления исследований. Многие из этих тем можно легко развить в диссертационную работу. Основные понятия теории сетей Петри доступны человеку с минимальной подготовкой. Однако сети Петри даже в болыпей степени, чем множество других исследовательских тем, касаются Различных аспектов вычислительной техники н математики. Полная оценка и понимание современной теории сетей Петри требуют хорошей подготовки в области формальных языков и автоматов, операционных систем, архитектуры ЭВМ и линейной алгебры.

Студент последнего года обучения, специализирующийся в вычислительной технике, или специалист, работающий год в этой области, должны иметь квалификацию, необходимую для проведения исследований с помощью сетей Петри. Очевидно, что результатов по сетям Петри получено больше, чем мы смогли здесь представить.

Мы приветствуем дальнейшее изучение и предлагаем библиографию, для полноты которой была рассмотрена почти вся существующая литература. Сообщим, что д-р Петри продолжает свои исследования. То, что мы называем здесь теорией сетей Петри, в его терминологии называется слециильной теорией сетей, являющейся только частью его общей теории сетей [243 — 245, 247К Внагодар ности Своим появлением эта книга обязана многим людям. Тилак Агервала, Мишель Хэк, Тай-Ян Хоу, К. Маттиас Лохт, Дино Маидрноли, Джерри Нос, Гэри Натт и Вильям Риддл помогли в изложении специальных вопросов. Дж.

К. Браун, К. Мани Чэнди, Джим Дэниел, Нэнси Итмен и Р. Т. Йе, а также кафедры вычислительной техники и математики Университета в Ости не, шт. Техас, и Лаборатория вычислительной техники Массачусетского технологического института оказали техническую поддержку, позволившую мне найти время и средства для того, чтобы подготовить монографию. В период написания, редактирования и корректуры источником любви и поддержки была моя жена Жанни. Редактирование и набор с использованием ЭВМ породили при создании этой книги новые и уникальные трудности. Я признателен издательству за поддержку, терпение и разрешение всех вопросов, и особенно моему редактору, Карену Клемментсу, за мудрость и профессионализм.

,цж. Л. Питерсон Остин, Техас ВВЕДЕНИЕ Сети Петри — инструмент исследования сисгем. Теория сетей Петри делает возможным моделирование системы математическим представлением ее в виде сети Петри. Предполагается, что анализ сетей Петри поможет получить важную информацию о структуре и динамическом поведении моделируемой системы. Эта информация будет полезна для оценки моделируемой системы и выработки предложений по ее усовершенствованию и изменению. Таким образом, понятно, почему развитие сетей Петри основывалось иа применении ик к моделированию и проектированию систем. 1.1.

Махделмревание Применяются сети Петри исключительно в лсоделироазчии. Во многих областях исследований явление изучается не непосредственно, а косвенно, через модель. Модель — это представление, как правило, в математических терминах того, что считается наиболее характерным в изучаемом объекте илн системе. Ожидается, что, манипулируя представлением, можно получить новые знания о моделируемом явлении, избегая опасности, дороговизну или неудобства манипулирования самим реальным явлением. Моделирование применяется в астрономии (где модели рождения, смерти и взаимодействия звезд позволяют разрабатывать теории, имеющие дело с большими промежутками времени и огромными количествами материи и энергии), ядерной физике (где изучаемые радиоактивные атомы и элементарные частицы существуют в течение очень коротких периодов времени), социологии (где непосредственное воздействие на изучаемые группы людей связано с этическими проблемами), в биологии (где модели биологических систем требуют для развития меньшего пространства, времени и питательного вещества) и т.

д. Как правило, модели имеют математическую основу. Характеристики многих физических явлений можно описать числами, невязь этих характеристик — уравнениями или неравенствами. В частности, в естественных науках и технике уравнениями описываются такие характеристики, как масса, положение в пространстве, момент, ускорение н силы.

Однако для успешного использования подхода моделирования необходимо знание как моделируемых явлений, так и свойств метода моделирования. Поэтому математика как наука развивалась частично благодаря использованию ее в моделировании явлений, изучаемых другими науками. Так, напри- мер, дифференциальное исчисление появилось в ответ на необходимость в средствах моделирования в физике таких непрерывно изменяющихся характеристик, как положение в пространстве, скорость и ускорение. С разработкой бысгродействукицих ЭВМ использование и полезность моделирования значительно возрослн. Представление системы математической моделью, преобразование этой модели в команды для ЭВМ и выполнение программы на ЭВМ сделали возможным моделирование больших н более сложных систем, чем ранее.