随机Petri网

更新时间:2023-10-26 15:33

Petri网是对离散并行系统的数学表示。由于Petri网能够表达并发的事件,被认为是自动化理论的一种。研究领域趋向认为Petri网是所有流程定义语言之母。

结构

Petri网的结构

一个已标识的Petri网是一个六元组:

PN={P,T,F,K,W,M0},

其中

P={P1,P2,…Pm,},库所集,

T={T1,T2,…Tm,},变迁集,

F(P×T)∪(T×P),弧集, ⊆

K:P→N+∪{ω},库所容量函数,

K(P)=ω表示P的容量为无穷,N+={1,2,…},

W:F→N+,弧上权,

M0:P→N,初始标志,要求:P∩T=,P∪T≠ф,

M:P→N,N={0,1,2,…},网的标识,且

∀Pi⊆P,M(Pi)≤K(Pi),i=1,…m。

( P,T,F)被称为PN的基网,记为N。

Petri网的图形表示就是一种有向图,它包括两类节点:库所(用圆表示)和变迁(用短线表示)。弧用来表示流关系。Petri网的状态由标识M来表示,在某一时刻的标识决定该PN的状态。图1表示一个已标识的PN,各库所包含整数(正或零)个标记(称为token或marking),用圆点表示,初始标识M0=(1,0,0,0,0),下文称为令牌。

标识在Petri网中的变化遵循一定的规则——变迁规则:(1)一个变迁,如果它的每一个输入库所(库所到变迁存在有向弧)都包含至少一个标记,则这个变迁是使能的;(2)一个使能变迁的激发,将引起其每个输入库所中标记减少,而每个输出库所(变迁到库所存在有向弧)中增加标记。

基本特性

可达性:指系统运行过程中能达到指定的状态。状态M1从状态M可达,是指存在使能的变迁序列σ,使得M[σ]>M1。

有界性(安全性):反映系统运行过程中对资源变量的需求。在理论分析时常可假定库所容量为无穷,但在实际系统设计中,必须使网络中的每个库所在任何状态下的标志数小于库所的容量,这样才能保证系统的正常运行,不至于产生溢出现象。

活性:表明系统能正常运行,即无死锁。此特性在系统设计中很重要,要保证系统避免死锁。

回复性:表明系统运行的周期性或循环性。

公平性:反映系统的无饥饿性,即系统的各个子部分在竞争共享资源时不出现饥饿现象。

可逆性:表明系统运行的可回复性,即系统可以由当前状态返回到初始状态;

保守性:表明在实际系统中的资源是受限的,即保守的。

一致性:对并行系统和并行算法比较重要,表明系统的两个行为之间不存在冲突。

规则

+ 有向弧是有方向的

+ 两个库所或变迁之间不允许有弧

+ 库所可以拥有任意数量的令牌

o 行为

如果一个变迁的每个输入库所(input place)都拥有令牌,该变迁即为被允许(enable)。一个变迁被允许时,变迁将发生(fire),输入库所(input place)的令牌被消耗,同时为输出库所(output place)产生令牌。

+ 变迁的发生是原子的

+ 有两个变迁都被允许的可能,但是一次只能发生一个变迁

+ 如果出现一个变迁,其输入库所的个数与输出库所的个数不相等,令牌的个数将发生变化

+ Petri网络是静态的

+ Petri网的状态由令牌在库所的分布决定

o Petri网流程建模

一个流程的状态是由在场所中的令牌建模的,状态的变迁是由变迁建模的。令牌表示事物(人,货物,机器),信息,条件,或对象的状态; 库所代表库所,通道或地理位置;变迁代表事件,转化或传输。

一个流程有当前状态,可达状态,不可达状态。

o 经典Petri网的局限性

+ 没有测试库所中零令牌的能力

+ 模型容易变得很庞大

+ 模型不能反映时间方面的内容

+ 不支持构造大规模模型,如自顶向下或自底向上

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