計算機免疫學

　　本書系統(tǒng)地論述計算機免疫學的概念、原理及應用技術。首先就生物免疫學及計算機免疫學的研究歷程進行簡要回顧，討論生物免疫學的機理，重點闡述計算機免疫學中的形態(tài)空間理論、克隆選擇原理、免疫算法、免疫模型，以及計算機免疫系統(tǒng)的設計方法等，同時就免疫與神經(jīng)網(wǎng)絡及進化計算之間的關系進行專題討論，最后，就其應用領域進行綜述闡述。序生物信息系統(tǒng)的計算能力受到國內(nèi)外專家學者的普遍關注。近年來，以神經(jīng)計算、進化計算、DNA計算及免疫計算等仿生計算為代表的計算智能技術得到了空前的發(fā)展，掀起了仿生計算的新高潮。特別值得一提的是免疫計算?？茖W家已證實，人體的免疫系統(tǒng)是一個與人腦一樣復雜的巨系統(tǒng)，擁有112個免疫細胞？遍布全身各個角落。當外部病原體或細菌侵入機體時，免疫細胞能夠識別"自體"和"非自體"，迅速清除和消滅異物，確保機體的安全性。生物免疫系統(tǒng)的這種能力，具有多樣性、耐受性、大規(guī)模并行分布處理、自組織、自學習、自適應、免疫記憶和魯棒性等特點，近年來受到國內(nèi)外眾多學者的高度重視。22年6月：IEEETrans.onEvolution-aryComputation出?？瘓蟮懒巳斯っ庖叩难芯窟M展，22年：23年國際上舉辦有關人工免疫的專題會議近2次。計算機的安全性問題與生物免疫系統(tǒng)具有共同性，近年來提出了計算機免疫這一新概念。在計算機病毒防治、黑客人侵檢測等領域，基于免疫的網(wǎng)絡安全技術克服了傳統(tǒng)網(wǎng)絡安全技術的弱點，極具挑戰(zhàn)性和發(fā)展性，具有廣闊的應用前景。"計算機免疫學"這一概念目前在國內(nèi)外還是一個新生事物，缺少系統(tǒng)的闡述?！队嬎銠C免疫學》是李濤教授及其所領導的計算機網(wǎng)絡與安全研究所多年來潛心免疫計算、網(wǎng)絡安全方面的研究成果；對生物免疫的機理，計算機免疫學的基本概念、原理及應用技術進行了深入淺出、全面系統(tǒng)的論述，同時還特別在基于免疫的網(wǎng)絡安全技術方面進行了較為深入的討論，澄清了概念，是國內(nèi)第一本有關計算機免疫的專著。本書的出版對有志于計算機免疫系統(tǒng)研究的科技工作者和研究生大有裨益。作為一門新興學科的著作，本書的工作具有開拓性。希望本書的出版對國內(nèi)計算機免疫的研究起到較好的促進作用。愿讀者與作者共同努力，將我國的計算機免疫研究推向前進。前言自古以來，人們就對生物界有著濃厚的興趣，并不斷地從生物系統(tǒng)的結構、功能及其調(diào)節(jié)機制中獲得靈感。生物成為許多發(fā)明家創(chuàng)新的靈感源泉，他們從生物現(xiàn)象中得到啟示，創(chuàng)立了許多不同的方法，制造出了從機翼到防彈衣等許多應用產(chǎn)品。在信息處理領域，由于人們面對的問題越來越復雜，傳統(tǒng)方法解決信息處理的能力越來越有限，促使人們開始尋求新的方法和手段。從2世紀中葉開始，人們就已經(jīng)開始注意到生物系統(tǒng)尤其是人類自身功能及結構的模仿，由此產(chǎn)生了許多新的研究領域。例如，人工神經(jīng)網(wǎng)絡是對人腦結構的模擬，模糊控制與人類模糊思維有著相似之處，而進化算法則對生物的生存演化進行了描述。生物信息處理系統(tǒng)可以分為腦神經(jīng)系統(tǒng)、遺傳系統(tǒng)和免疫系統(tǒng)。免疫系統(tǒng)與神經(jīng)系統(tǒng)相似，可以學習并記憶新的知識，同時免疫系統(tǒng)的學習過程還借鑒了遺傳系統(tǒng)的進化機理。近年來，生物免疫系統(tǒng)成為一個新興的生物信息研究課題。計算機的安全問題與生物免疫系統(tǒng)所遇到的問題具有驚人的相似性，兩者都要在不斷變化的環(huán)境中維持系統(tǒng)的穩(wěn)定性。人體免疫系統(tǒng)具有天生發(fā)現(xiàn)并消滅外來病原體的能力，生物免疫系統(tǒng)所具有的這些特性正是計算機科學工作者所夢寐以求的。計算機免疫學基于生物免疫系統(tǒng)的基本原理，是一種新興的智能信息處理方法，在計算機網(wǎng)絡安全、模式識別等領域中具有廣闊的應用前景。22年1月，國際權威雜志Nature出專題報道了免疫計算及計算機免疫的相關研究。22年6月，IEEETransactiononEvolutionaryComputation出?？瘓蟮懒擞嘘P人工免疫的研究進展，22年～23年，國際上舉辦有關人工免疫的學術會議近2次。與此同時，在美國、英國等西方國家以及日本掀起了一股研究開發(fā)計算機免疫系統(tǒng)的熱潮，進一步吸引了眾多領域的專家學者從各個不同學科和角度開展研究，并在許多工程領域中取得了巨大的成績。然而，這還只是個起點，特別是在國內(nèi)，基本上才剛剛開始起步。目前國內(nèi)還沒有關于計算機免疫學全面系統(tǒng)的論述，關于計算機免疫系統(tǒng)的研究論文也很少，也沒有一部專門闡述計算機免疫學系統(tǒng)的著作。在這種背景下，為了促進國內(nèi)計算機免疫學的研究，重視計算機免疫系統(tǒng)在理論上的指導作用和工程應用上的實際效用，筆者結合自己多年來在免疫計算、神經(jīng)計算、網(wǎng)絡安全及智能信息系統(tǒng)上所做的研究和體會，特編撰拙著，以期拋磚引玉。全書共7章。第1章介紹計算機免疫學的發(fā)展概況；第2章討論生物免疫系統(tǒng)機理，從生物免疫學的角度闡述免疫系統(tǒng)的功能、機制及特點等；第3章從計算機免疫學的角度出發(fā)，論述形態(tài)空間理論及免疫細胞模型，闡述計算機免疫系統(tǒng)的設計步驟及方法等；第4章對計算機免疫學中的幾種重要的免疫算法進行詳細的論述，并就免疫計算與進化計算之間的關系進行討論；第5章介紹計算機免疫學中幾種典型的免疫模型；第6章簡要介紹人工神經(jīng)網(wǎng)絡的基本原理，并就免疫系統(tǒng)與神經(jīng)網(wǎng)絡進行比較，同時闡述基于免疫的神經(jīng)網(wǎng)絡；第7章集中介紹免疫系統(tǒng)在工程上的應用，闡述其主要應用領域，并結合筆者的工作提出一些新的觀點。筆者要非常感謝楊頻副教授（博士）、趙奎博士、丁菊玲碩士、黃旭波碩士、許國光碩士、梁可心碩士、陳桓碩士、宋程碩士、仰石碩土、王益豐碩士及劉勇碩士等人的努力，他們?yōu)榇藭占舜罅康奈墨I、資料，并進行了細致的整理工作，為本書奠定了一個堅實的基礎。筆者還要特別感謝研究生劉莎、郭京、楊進、漆蓮芝、周念念、王麗輝、杜雨、盧正添、王志明等，他們對本書進行了煩瑣的校對工作，為本書的最后出爐做出了貢獻。計算機免疫學的研究在國際上的興起也是最近幾年的事情，由于書稿涉及許多新的內(nèi)容和研究前沿，盡管筆者已經(jīng)盡了最大的努力，但仍感問題難免，望各位同仁不吝賜教斧正，使其不斷完善。

　　李濤，1965年2月生，1995年3月畢業(yè)于電子科技大學，獲電子科技大學博士學位?，F(xiàn)為四川大學計算機網(wǎng)絡與安全研究所所長，四川省學術和技術帶頭人，成都市有突出貢獻的優(yōu)秀專家，四川省黨政網(wǎng)絡信息安全領導小組專家成員，國家自然科學基金項目評議專家，多種國際國內(nèi)權威學術刊物評審人，曾應美國著名大學Univ.of California at Berkeley計算機系邀請，以客座研究員身份進行科研合作。長期主持國家自然科學基金、863、教育部、安全部、總參機要局及四川省科技廳等國家計劃項目的研究，在IEEE、ACM等國內(nèi)外權威刊物發(fā)表論文120多篇，30多篇論文被SCI、EI收錄，出版《計算機免疫學》、《網(wǎng)絡安全概論》等專著4本，獲準和申請國家發(fā)明專利9項。