鲁棒性是什么意思(鲁棒性是什么专业术语)

在观察现实的过程中，我们发现许多自然系统或社会系统都表现出一种卓越的能力:即使它们的某些组成部分发生故障，它们仍能维持其基本功能。

事实上，我们的细胞中存在着无数的蛋白质异常折叠、化学反应丧失等错误，但我们很少注意到这些错误的后果。同样，大机构在很多员工不在的情况下，依然可以运转。所以引入了鲁棒性这个词。

Robust是robust的音译，意思是健壮，强壮。也是系统在异常和危险情况下的生存能力。比如计算机软件的健壮性，就是在输入错误、磁盘故障、网络过载或故意攻击的情况下，能不能不死机或崩溃。所谓“鲁棒性”也是指控制系统在某种(结构、大小)参数摄动下保持某些其他性能的特性。根据对性能的不同定义，可以分为稳定性鲁棒性和性能鲁棒性。以闭环系统鲁棒性为目标设计的固定控制器称为鲁棒控制器。

理解这种稳健性的来源对于许多学科来说非常重要:

●鲁棒性是生物学和药学的核心问题。可以帮助我们理解为什么有些基因突变会致病，而有些不会；以及如何从某些突变中恢复。

●对于经济学来说，网络稳健性原理有助于理解银行体系的稳定性和风险。社会科学家和经济学家关心的是稳健性，因为这关系到人类社会和组织在经历饥荒、战争和社会经济秩序变化时的稳定性。

●在生态学中，鲁棒性是生态系统的重要属性，可以使人们深刻理解对物种灭绝等干扰因素的响应。这是强健的生态学家和环境科学家面临的核心问题。基于此，他们希望预测人类活动对生态系统的破坏何时会导致系统失灵。

●鲁棒性是工程的终极目标。网络健壮性有助于评估基础设施网络(如互联网或电网)的弹性。工程师期望设计的通信系统、汽车或飞机即使组件偶尔出现故障，仍能实现其基本功能。

它对网络生物系统、社会系统和技术系统的健壮性起着关键作用。(渗流理论和反渗流理论在鲁棒性研究中占有重要地位。渗流理论主要关注节点度相同的规则网格或节点度相近的随机网络。)

随机移除节点造成的网络破坏不是一个渐进的过程。相反，移除少量节点对网络完整性的影响非常有限。然而，一旦移除节点的比例达到临界阈值，网络将迅速分解为不连通的连通分支。换句话说，随机节点移除导致网络从连通到碎片化的相变。

在规则网络和随机网络中，我们都可以用渗流理论的工具来描述这种相变。然而，对于无标度网络，上述现象的核心部分发生了变化。

无标度网络的鲁棒性

互联网的底层网络结构对随机节点移除异常鲁棒:必须移除所有节点以破坏巨大的连接分支。

数值模拟表明，即使去掉很多节点，互联网也没有分解。连通分支的大小随着节点的去除而逐渐减小，最终在连通节点为1时消失。

其实造成这种现象的原因是:枢纽节点的存在；

在无标度网络中，小节点远远多于中心节点。因此，随机删除节点往往会删除许多小节点中的一个，因为随机选择几个hub节点中的一个的概率几乎可以忽略不计。这些小节点对网络的完整性几乎没有贡献，所以移除这些节点不会造成很大的破坏。

这也导致了一个问题。如果我们故意攻击hub节点，系统很容易出错。

但是，有利也有弊。这个原因可能会让我们发现，有些网络并不像表面看起来那么稳定(比如互联网和微博用户网)，但它也带来了其他优势(比如细菌在医学上对枢纽蛋白的清除的脆弱性)。

级联故障

特点:连锁故障的规模分布可以用幂律很好地近似。

实际上，网络中每个节点的活动都与相邻节点的活动相关。因此，一个节点的故障会导致相邻节点的故障。

什么是网络的健壮性？

这里的稳健也指稳健。所谓鲁棒系统，是指在规范要求之外的输入可以被判断为不符合规范要求，并能以合理的方式对输入进行处理。

此外，健壮性有时与容错性、可移植性和正确性相交叉。

举个例子，一个软件可以从错误的输入中推断出正确合理的输入，这是容错的一种度量，但也可以认为是健壮的。

如果一个软件能够在不同的环境下正确运行，则认为该软件具有很高的可移植性，或者可以称之为该软件在不同的平台下具有健壮性。

一个软件可以检测出自己内部的设计或编码错误，并得到正确的执行结果。这是软件的正确性标准，但也可以说软件有内部保护机制，在模块层面是健壮的。

软件健壮性是一个模糊的概念，但却是软件非常重要的外部度量。软件设计是否健壮直接反映了分析人员、设计人员和编码人员的水平。也就是所谓大师写的程序不容易死。

构筑鲁棒性

为了提高复杂系统的鲁棒性，我们必须更好地理解网络的拓扑结构。我们可以设计网络拓扑来增强鲁棒性，使网络对随机故障和攻击具有鲁棒性，也可以通过干预措施来限制级联故障的传播，增强鲁棒性。

阿基里斯之踵

“9·11事件”的主谋不是随意选择目标的。DC的世贸中心、五角大楼和白宫(预定目标)分别是美国经济、军事和政治的中心节点。

然而，尽管这场人类悲剧远远超过了美国自越战以来经历的任何其他事件，但这次袭击并没有摧毁整个网络。的确，袭击者为美国发动新的战争提供了借口，如伊拉克战争和阿富汗战争，并引发了一系列连锁事件，其影响远大于“9·11”事件本身造成的伤害。

然而，所有网络，无论是经济、军事还是政治网络，都在继续发挥作用。因此，我们可以把“9.11”看作是一个鲁棒性和网络韧性的故事。

真实网络的枢纽节点有一套完整的结构，拿出其中任何一个都不足以摧毁整个网络。

坚固性、韧性和冗余性

冗余和韧性是与鲁棒性密切相关的两个概念，搞清楚两者的区别有利于我们。

稳健性

如果一个系统在发生内部和外部错误时仍能保持其基本功能，那么这个系统就是鲁棒的。在网络中，鲁棒性是指系统即使在失去一些节点和链路后仍能执行其基本功能的能力。

韧性

如果一个系统能够改变其操作模式以适应内部和外部错误，并且仍然执行其功能，那么该系统是有弹性的。因此，弹性是一个动态属性，需要系统改变其核心活动。

冗余

系统中存在并行的组件和功能，它们可以在需要时替换丢失的组件和功能，这就是所谓的冗余。网络中大部分节点对之间有很多独立的路径，因此网络在信息导航上有相当大的冗余。

网络拓扑、健壮性和脆弱性是不可分的。然而，每一个复杂的系统都有自己的“阿喀琉斯之踵”:系统背后的网络对随机故障具有鲁棒性，但同时也容易受到攻击。

参考书目:巴拉巴斯网络科学

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