petri网的原理及应用
Petri网
迁移的使能条件：
对于Petri网N={P,T,F,K,W,M}，如果：
(∀p1)p1∈.t=>M(p1)≧W(p1,t)且 (∀p2)p2∈t.=>K(p2)≧M(p2)+W(t,p2)
则称t在M下使能，记为M[T>。
迁移的引发规则：
对于，如果∀p∈P，M'(P)可通过下式计算：M'(p)=
Petri网是一种适合于并发、异步、分布式软件系统规格与分析的形式 化方法。
Petri网分为位置/迁移Petri网和高级Petri网。
高级Petri网包括：谓词/迁移Petri网、有色Petri网、计时Petri网等。
位置/迁移Petri网
基本定义
Petri网结构——三元组结构N={P,T,F},其中：
前集和后集：
对于一个Petri网结构N={P,T,F}，设x=(PUT), 令：
.x={y|∃y:(y,x)∈F} x.={y|∃y:(x,y)∈F} 称.x为x的前集或输入集 x.为x的后集或输出集。
子网结构：
对于N1={P1,T1,F1},N2={P2,T2,F2},如果：
P1⊆P2;
M(p)-W(p,t),
若p∈.t-t.
M(p)+W(t,p),
若p∈t.-.t
M(p)-W(p,t)+W(t,p),
若p∈t.∩.t
M(p)
若p∉t.U.t
例子：
如下所示Petri网，令牌的变化可能存在3种方式： 对于图(a)，t1和 t2是使能的。
引发t1
注：给定Petri网初始
活性(续)：
放宽对活性的限制，Petri网迁移t的活性成分如下5级：
第七章Petri网基础
18
§7.2.1 共享资源模型6
p active1
p active 2
t request 1
prequesting 1
trequest2 pidle
p requesting 2
t start 1
pacces sin g 1
t start 2
pacces sin g 2 pbusy
事件之间的同步距离(synchronic distance)
公平性(fairness)
4
§7.1 Petri 网发展概述5
Petri网模型的主要分析方法依赖于： 可达树(reachability tree) 关联矩阵和状态方程(incidence matrix and state equation) 不变量(invariants) 分析化简规则 Petri网的的纵向扩展： 条件/事件(C/E)网
PetriNets-owner@daimi.au.dk]] PetriNets-request@daimi.au.dk]]
[[World Wide Web URL:
http://www.daimi.au.dk/PetriNets/pnl/]]
[[Read before posting:http://www.daimi.au.dk/PetriNets/pnl/faq.html]]
9
§7.2 Petri网模型简介1
直观理解什么是Petri网，它们如何应用。 一个PN的结构元素包括： 位置(place)：描述可能的系统局部状态(条件或状 况)，例如，队列、缓冲、资源等。 变迁(transition)：描述修改系统状态的事件、动 作，例如，信息处理、发送、资源的存取等。 弧(arc)：使用两种方法规定局部状态和事件之间 的关系：引述事件能够发生的局部条件状态；由 事件所引发的局部状态的转换。
Petri网详细介绍与学习
模型改进
针对传统Petri网的不足，研究者们不断尝试对其进行改 进和优化，以提高其适用性和性能。例如，通过引入新 的元素或规则，改进Petri网的表达能力；优化Petri网的 推理算法，提高其推理速度等。
有界性、安全性与死锁
01
03
有界性
Petri网中的每个库所至多 包含有限个标记，且每个 变迁最多可以消耗和产生 有限个标记。
安全性
Petri网中不存在死锁状态 ，即对于任意一个状态， 总存在一个后继状态。
死锁
当Petri网中存在一个状态 ，从该状态无法通过任何 变迁到达其他状态时，称 该状态为死锁状态。
Petri网与其他建模方法的融合
融合方法
为了更好地描述和分析复杂系统，研究者们尝试将 Petri网与其他建模方法进行融合。例如，将Petri网与 流程图、状态图等图形化建模方法相结合，可以更直 观地描述系统的结构和行为。
融合优势
通过融合不同的建模方法，可以取长补短，提高对复 杂系统的描述和分析能力。同时，这种融合也有助于 推动不同领域之间的交叉和融合，促进多学科研究的 开展。
实例分析学习
案例分析
分析不同类型Petri网的特点和适用场景，如同步Petri 网、时间Petri网和有色Petri网等。
通过学习经典的Petri网实例，深入理解Petri网的实际 应用和建模技巧。
对比不同Petri网实例的建模效果，提高对Petri网的实 际操作能力和应用水平。
实践应用学习
Petri网的应用
经典Petri网
注意！ 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 有两个变迁都被允许的可能，但是一次只能发生一个变迁
Petri网的定义
定义2.1 PN的结构是由4要元描述的一有向图： PNS=（P，T，I，O） 此处： （1）P={p1，…，pn}是库所的有限集合，n>0为库所的个数； （2）T={t1，…，tm}是变迁的有限集合，m>0为库所的个数； P∩Ｔ=⊙（空集） （3）I：P×T→N是输入函数，它定义了从P到T的有向弧的重复数或权 （Weight）的集合，这里N={0，1…}为非负整数集； （4）O：T×P→N是输出函数，它定义了从T到P的有向弧的重复数或权的集 合。
4.可逆性和主宿状态(Reversibility and homestate)。 可逆性表明了一个物理系统可以由当前状态返回到初始状态。在自动制 造系统中常用于系统故障的修复以使系统从故障状态回到初始状态。 如果对于任意的M∈R(M0),M′是从M可达的,就称M′为主宿状态。这种情 况对应于一个实际的物理系统可以从当前某个状态返回到一个指定状态, 而不是初始状态。 5.可覆盖性(Coverability)。如果对于M∈R(M0)和M′∈R(M0)有 M′(p)≥M(p)，就称M是可覆盖的。
Petri网的运行规则
在PN中，我们以变迁t表示一事件，用变迁的使能（enabling）表示事 件因前提条件得以满足而能够发生。我们还用t的输入库所（通过指向t 的弧连接的库所）表示该事件的发生所需要的前提局部状态，用由输入 库所至t的输入函数定义这些要求局部前提状态实现的次数，而局部状 态的实现情况由库所中所包含的令牌（token）数目来表示。
2.有界性(Boundedness)和安全性（safty）。 在一个Petri网中的每一个位置中,令牌数不超过一个有限整数k,即 p∈P, M(p)≤k，称Petri网是k有界的,k=1时称为安全的。 通常，库所用于表示制造系统中的工件、工具、托盘以及AGV的存放区， 还用于表示资源的可利用情况。确认这些存放区是否溢出或资源的容量 是否溢出是非常重要的。PN的有界性是检验被描述的系统是否存在溢出 的有效尺度。
《Petri网原理与应用》读书笔记
《Petri网原理与应用》读书笔记1 传统Petri 网介绍Carl Adam Petri 教授于1962 年在博士论文《用自动机理论通信》中首次提出的一种自动机网状结构模型，拥有能恰当处理因果上的不存在依赖性的并行现象和表示不确定性的选择的能力，以及以系统模型用网状图形表示的方法。
传统的Petri 网是简单的过程模型，由两种节点：库所和变迁，有向弧，以及令牌等元素组成的。
相关概念：（1）transition enabled（变迁的就绪）：当且仅当transition 的每一个输入place 都至少有一个token 的时候，变迁就绪，可以实施。
（2）transition firing（变迁的实施）：变迁实施的时候它的每一个输入库所托肯减少一个，并使它的每一个输出库所的托肯增加一个。
图1.1 显示了Petri 网的基本建模，其中圆圈表示place；矩形表示transition；存在于place 中用的token 用黑点表示。
用简单图形较好的表示并发、同步、因果等关系。
以网图的方式简洁、直观的模拟离散事件系统。
目前已得到广泛应用,有限状态机、通信协议、同步控制、生产系统、形式语言、多处理器系统等建模中。
通讯协议的验证是Petri 网应用最为成功的领域之一最初应用在70年代初期，由于Petri网以形式语言作为基础，可形式化地对通信协议进行正确性验证。
随着计算机网络技术和信息技术的发展，对网络进行性能分析的需要，不仅出现于企业内部的生产控制的局域总线网，而且出现于光纤局域网或ATM网中。
图1.1 Petri 网基本模型由于产品开发中的竞争和革新需要，导致产品开发者面临巨大压力。
在软件工程中Petri网主要用于软件系统的建模和分析，比较成熟的是加色Petri网，可以用于大型软件系统的设计、说明、仿真、确认和实现，在软件开发生命周期的各个阶段，Petri网都可以得到很好的应用。
Petri网可用于Al中的知识表达和推理的形式化模型的建立，可以表达各个活动之间的各种关系，如顺序关系、与关系、或关系等，并可在模型基础上通过已知的初始状态和初始条件进行逻辑推理。
[汇编]petri网原理与应用综述
![[汇编]petri网原理与应用综述](https://img.taocdn.com/s3/m/7d42bf24a8956bec0875e327.png)
[汇编]petri网原理与应用综述petri网原理与应用综述摘要:本文概述了Petri网的历史、发展、研究方法及应用领域，同时介绍了Petri网的基本原理，并给出了1个计算机网络链路层数据传输协议——停等协议的Petri网模型。
最后，概述了Petri网研究和应用中出现的问题，展望了Petri网的发展方向。
关键字:Petri网;状态变迁模型;并发;停等协议中图法分类号:TP312Research Surveys of the Petri NetWU QiangDepartment of Electronics and Information Engineering，Henan Vocational College of Agriculture，Zhengzhou，Henan Province 451450，ChinaAbstract: The article summarizes the history， thedevelopment， the research methods， the application areas and the basic principle of Petri net， and gave a Petri net model of stop-and-wait protocol。
Meanwhile， according to the problem of Petri net research and application， the paper gave some ideas。
Key words: Petri net; States transition model; Concurrency;Stop-and-wait protocol1。
历史和发展Petri网的概念最早是在1962年Carl Adam Petri 的博士论文中提出来的，后来该模型就成为理论计算机科学包括自动机模型和形式语言理论的1个分支。
Petri网的应用.ppt
经典Petri网
注意！ ❖ 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 ❖ 有两个变迁都被允许的可能，但是一次只能发生一个变迁
Petri网的定义
▪定义2.1 PN的结构是由4要元描述的一有向图： PNS=（P，T，I，O）
此处： （1）P={p1，…，pn}是库所的有限集合，n>0为库所的个数； （2）T={t1，…，tm}是变迁的有限集合，m>0为库所的个数； P∩Ｔ=⊙（空集） （3）I：P×T→N是输入函数，它定义了从P到T的有向弧的重复数或权 （Weight）的集合，这里N={0，1…}为非负整数集； （4）O：T×P→N是输出函数，它定义了从T到P的有向弧的重复数或权的集 合。
Petri网及其应用
一、Petri网的起源与发展 二、基本Petri网
1. Petri网的定义 2. Petri网的结构 3. Petri网的运行规则 三、基本PN的性能 四、PN的基本分析方法 五、Petri网的特点 六、PN的应用及难点
Petri网的起源与发展
Petri网最早是由卡尔·A·佩特里于1962年在他的博士论文 提出的，用来描述计算机系统事件之间的因果关系。早期 Petri网主要应用于计算机与信息处理领域，后来具有工程 背景的研究人员将Petri网方法用在工程系统尤其是自动制 造系统的研究。40多年来， Petri网不断的充实和发展，日 臻完善，在计算机、自动化、通信、交通、电力与电子、服 务以及制造等领域得到广泛的应用。
可达性 有界性与安全性 活性 可逆性与主宿状态 守衡性
……
1.可达性(Reachability)。若从初始标识m0开始激发一个变迁序列mr， 则称mr是从m0可达的。
Petri网详细介绍与学习
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Petri网模型结构
Petri网具有丰富的结构描述能力，下图给出了顺序、并发、 冲突、混惑结构下的Petri网模型。
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各类关系
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各类关系
24
实例1：工业生产线的Petri网模型
有一工业生产线，要完成两项操作，分别为变迁t1和t2表示，变迁t1 将进 入生产线的半成品s1s2用两个部件s3固定在一起，后形成中间件s4。然后 第2个变迁t2 将s4 和s5用3个部件s3固定在一起形成中间件s6。完成t1和t2 都需要用到工具s7 假设受空间限制s2 s5最多不能超过100件， s4最多不能超过5件，s3最多 不能超过1000件。 K=1000 K=100 K=100
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使用可覆盖性树可研究Petri网的特性（2）
对于一个有界的Petri网，其可覆盖性树被称为可达性树。这是 因为它包括所有可能到达的标识。在这种情况下，前面计讨论 的所有行为特性的分析问题都可以通过可达性树来解决，这是 一种穷举法 但在通常情况下，由于使用符号会使一些信息丢失，所以可 达性和活性问题不可能单单利用可覆盖性树方法来解决。我们 可看下页所示的两个不同的Petri网，它们有相同的可覆盖性树。 但其中一个是活的Petri网，而另一个不是活的，因为该网在发 生t1、t2和t3以后再也没有可发生的转移
如果一个Petri网的每一个迁移都是Lk活的，则称该Petri网为 Lk活的(k=0,1,2,3,4)。如果一个潜意识Lk活的而不是L(k+1)活 的，则称该迁移是严格Lk活的。 L4 ⇒L3 ⇒L2 ⇒L1，L0实际上是永不引发的。
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Petri网的行为性质
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Petri网的原理及应用
1. 什么是Petri网
Petri网是一种用于描述并发系统和并发性行为的图形化工具和形式化方法。
它由德国数学家Carl Adam Petri于1962年提出，被广泛应用于系统建模、并发
系统分析、协议验证等领域。
Petri网可以模拟并发系统的并发行为、状态转换以
及资源分配等关键方面，通过图形化的方式直观地展示系统的结构和行为，并支持形式化的数学分析。
2. Petri网的基本元素
Petri网由以下基本元素组成：
2.1. 位置（Place）
位置表示系统中的状态或者条件，通常通过一个圆圈表示。
位置可以存储某种
资源或者表示某种变量的取值。
2.2. 过渡（Transition）
过渡表示系统中的某种事件或者操作，通常通过一个矩形表示。
过渡可以触发
或消耗位置中的资源，改变系统的状态。
2.3. 弧（Arc）
弧表示位置和过渡之间的联系，通常通过一条带箭头的线表示。
弧可以表示资
源的流动或者触发条件的关系，连接位置和过渡。
2.4. 标识（Marking）
标识是位置中的资源的数量，可以通过在位置内部的小圆圈中填写数字来表示。
标识表示系统的状态，在Petri网中可以不断变化。
3. Petri网的建模方法
Petri网可以通过以下步骤完成建模：
3.1. 确定系统的功能和行为
首先，需要明确系统的功能和行为，清楚系统中的位置、过渡以及它们之间的
关系。
例如，一个简单的交通信号灯系统中可以有位置表示红绿灯状态、过渡表示信号灯变换的事件或操作。
3.2. 绘制Petri网图
根据系统的功能和行为，使用标识符绘制位置和过渡，并用弧表示它们之间的联系。
根据需要，可以使用不同的符号和颜色来表示不同类型的位置和过渡。
3.3. 设定初始标识
确定初始状态下位置中的资源数量，填写在位置的小圆圈中。
这可以表示系统的初始状态，即Petri网的初始标识。
3.4. 定义触发条件和行为规则
根据系统的功能和行为，定义位置和过渡之间的触发条件和行为规则。
触发条件可以用于控制过渡的触发时机，行为规则可以用于描述触发过渡后的系统行为。
3.5. 模拟系统行为和状态转换
通过对Petri网进行模拟和分析，可以了解系统的行为和状态转换。
可以观察位置中资源的流动和过渡的触发情况，以及系统的状态变化。
4. Petri网的应用
Petri网在并发系统建模和分析、协议验证等领域有广泛的应用。
以下是一些常见的应用场景：
4.1. 并发系统建模和分析
Petri网可以用于描述并发系统的行为和状态转换，通过模拟和分析，可以评估系统的性能、可靠性和安全性，发现并发问题并进行优化。
4.2. 工作流建模和优化
Petri网可以用于建模和优化工作流，通过定义位置和过渡之间的触发条件和行为规则，可以模拟工作流的流程和资源分配，发现瓶颈和优化机会。
4.3. 协议验证和安全分析
Petri网可以用于描述协议的行为和安全性要求，通过模拟和分析，可以验证协议的正确性和安全性，发现潜在的漏洞和攻击。
4.4. 软件系统建模和测试
Petri网可以用于建模和测试软件系统，通过定义位置和过渡之间的触发条件和行为规则，模拟系统的行为和状态转换，发现潜在的错误和性能问题。
总结
Petri网是一种用于描述并发系统和并发性行为的图形化工具和形式化方法。
它通过位置、过渡和弧这些基本元素来表示系统的结构和行为，并支持模拟和分析。
Petri网的应用包括并发系统建模和分析、工作流建模和优化、协议验证和安全分析、软件系统建模和测试等领域。
通过使用Petri网，可以更好地理解并发系统的
行为和状态转换，发现问题并进行优化。