自适应能力

从工程应用的可靠性出发，提出一种具有自适应能力的结构综合方法(简称ASSM算法)及保证其实施的一系列技术途径，通过各种典型算例的考核计算，表明ASSM算法具有很高的计算效率及良好的适应能力，即使对于较复杂的算例，也仅需5~6次结构分析即可达到或接近优化设计，显示了自适应方法的优势。

R.L.Lust和S.L.Schmit对于梁架结构最小重量设计的研究表明，用单一的近似模式或固定的求解方法难以适应各类不同形式的问题，而选择最佳的近似模式或求解算法，则需要数值计算的经验和专家知识；B.Prasad认为近似概念的有效性还不足以完全解决大型结构系统的优化设计问题，并提出近似、自适应、自动三概念，J.S.Arora等提出应用人工智能组织整个优化过程等等。

自适应结构综合流程要求算法能自我完善，即能够从所计算的数据中吸取经验、改变判定、修改设计法则，以适应各种不同的算题。程序的智能性部分上要通过反馈机制实现，它包括相互关连的三个部分：过程数据管理；吸取经验；改变判定。提出的含自适应能力的结构综和方法(简称ASSM算法) 就是根据这个原理设计的。

根据理论及技术途径，用FORTRAN77语言编制了ASSM计算程序(暂且考虑具有应力、位移、几何尺寸约束及由等轴力杆、准梯形剪切板、常应变三角元、对称腹板元构成的各种结构综合问题 )，为全面考核算法的计算效率及自适应能力，选取了平面桁架、空间桁架、薄壁结构、三角机翼等10余个典型例题进行计算分析。计算结果表明ASSM算法在各个算例中收敛迅速，具有良好的适应能力，即使对于较复杂的算例也仅需5~6次调整即可达到或接近优化设计，显示了自适应结构综合方法的优势。同时通过对歼某某型机身普通框及机身框段(含1132个设计变量、具有7000余个约束条件) 等工程结构的实例计算，表明算法对于大型结构综合问题同样具有十分满意的计算能力。

随着应用场景的变迁和自身复杂性的增长，软件需要具备主动适应环境变化的能力，能够依据环境变化动态调整其行为。软件自适应的实现技术跨越了软件监控、上下文敏感计算、决策和控制理论、软件演化和维护等多个学科分支，如何系统化地构造此类软件，是软件工程领域所面临的巨大挑战。从自适应软件构造与实现这一角度出发，以“感知-决策-执行”软件自适应基本周期为主线，对已有的研究和实践进行综述。给出软件自适应的概念内涵，概述软件自适应活动在感知、决策、执行各环节上的特征分类，阐述面向自适应软件构造、关注程度较高的一系列使能技术，进而在分析典型研究项目现状的基础上，给出自适应软件构造领域的未来主要研究趋势。

在决策环节，可以从自主程度、决策模块可扩展性、决策能力独立性、模型维护、组织方式等角度对软件自适应活动进行分类。

在自主程度方面，需要回答的问题是软件适应过程具有何种程度的自主性。提出了软件自主能力成熟度的5个分级，并且认为完全自主才是理想的，但在当前的技术条件下，这一目标显然不现实。只有在人或多或少干预软件适应过程的前提下，才能构造出具有实用价值的自适应软件。依据人参与的程度，将软件决策能力由低到高分为：

(1) 由人做出决策，此类软件通常被称为可适应软件(adaptable software)而非自适应软件(adaptivesoftware)；

(2) 人预先指定动作策略，即明确的、形如“何时干什么”的策略，软件在运行时根据策略进行决策，最常见的策略形式是If-Then和ECA(event-condition-action)形式；

(3) 人预先指定效用(utility)策略，即指定各种场景下的收益，软件据此进行实时规划，进行决策；

(4) 人在某个层面上指定目标(goal)策略，如何达到这一目标，由软件基于其知识和内建的学习、规划等算法来决定。

第(2)种和第(3)种是当前软件自适应研究和实践中采用较多的方法。

在决策能力的可扩展性方面，提出了开放/封闭适应性的概念：前者是指软件在运行时可以引入新的自适应动作，从而应对开发阶段未预期的变化；后者是指软件的自适应能力在开发阶段即已确定。在开放适应性中，自适应能力(可细分为感知、决策、执行等能力)既可以由第三方来动态扩展，也可以是软件通过某些学习算法动态获得的。例如，仅仅预期了链路故障的情况，而实际运行时，若能通过动态加载新的策略来考虑线路带宽差异，则自适应通信中间件的自适应决策能力是可扩展的。

Auxo是以体系结构为中心、支持自适应软件开发和运行的应用程序框架，其特点在于不仅能够实现自适应，也可以支持第三方(如运维人员)对“感知-决策-执行”软件自适应基本周期的灵活在线调整，从而在线扩展其自适应能力。Auxo框架由两部分组成:Auxo体系结构风格和Auxo运行基础设施。前者定义一系列用于支持Auxo软件开发的体系结构元素，包括感知构件、行为构件、策略连接子、约束等，其特点在于不仅可以封装业务逻辑，也能够将自适应周期各个环节封装为体系结构元素；后者维护了一个与实际系统因果关联的运行时体系结构模型，一方面可以基于该模型实现自适应，另一方面，由于基本周期各环节均已被封装为体系结构元素，因此第三方可以在必要时通过在线修改体系结构来扩展软件的自适应能力。

Fractal是一种支持反射的构件模型。Fractal构件由内容(content)和表层(membrane)两部分组成：前者实现业务逻辑，对外提供功能接口；后者对内容进行封装和管理，实现构件暂停、产生检查点和恢复运行等控制接口。控制接口的存在，使得构件的行为和内部结构可以在运行时自省和调整，从而允许Fractal应用的体系结构被动态访问和修改。SAFRAN(self-adaptive FRActalcompoNents)是对Fractal构件模型的扩展，它使用Fractal构件来构造业务逻辑，使用领域相关语言(domain specific language，简称DSL)来表达自适应逻辑。自适应逻辑通过动态AOP技术织入到Fractal构件中，使得基于Fractal构件的应用具备自适应能力。

Accord是以异构、动态和开放网格计算环境为背景的构件编程模型和框架，以支持自主构件和由这些构件所动态组装而成的分布式应用。应用的自适应能力主要体现于构件可以依据预定义的高层规则管理自身的行为和交互。每一个Accord自主构件内建规则Agent，可以解释和执行预定义的规则，实现构件的自主管理。自主构件同时也对外暴露控制端口，包含对构件状态进行感知的传感器、对构件状态进行修改的效应器等。外部实体可以通过该端口对构件和构件化系统进行运行时调整，例如，通过专门的组装Agent来实施的构件增删替换等。