計(jì)算機(jī)免疫學(xué)

　　本書系統(tǒng)地論述計(jì)算機(jī)免疫學(xué)的概念、原理及應(yīng)用技術(shù)。首先就生物免疫學(xué)及計(jì)算機(jī)免疫學(xué)的研究歷程進(jìn)行簡要回顧，討論生物免疫學(xué)的機(jī)理，重點(diǎn)闡述計(jì)算機(jī)免疫學(xué)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(jì)算機(jī)免疫系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法等，同時(shí)就免疫與神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)及進(jìn)化計(jì)算之間的關(guān)系進(jìn)行專題討論，最后，就其應(yīng)用領(lǐng)域進(jìn)行綜述闡述。序生物信息系統(tǒng)的計(jì)算能力受到國內(nèi)外專家學(xué)者的普遍關(guān)注。近年來，以神經(jīng)計(jì)算、進(jìn)化計(jì)算、DNA計(jì)算及免疫計(jì)算等仿生計(jì)算為代表的計(jì)算智能技術(shù)得到了空前的發(fā)展，掀起了仿生計(jì)算的新高潮。特別值得一提的是免疫計(jì)算?？茖W(xué)家已證實(shí)，人體的免疫系統(tǒng)是一個(gè)與人腦一樣復(fù)雜的巨系統(tǒng)，擁有112個(gè)免疫細(xì)胞？遍布全身各個(gè)角落。當(dāng)外部病原體或細(xì)菌侵入機(jī)體時(shí)，免疫細(xì)胞能夠識別"自體"和"非自體"，迅速清除和消滅異物，確保機(jī)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(xué)習(xí)、自適應(yīng)、免疫記憶和魯棒性等特點(diǎn)，近年來受到國內(nèi)外眾多學(xué)者的高度重視。22年6月：IEEETrans.onEvolution-aryComputation出?？瘓?bào)道了人工免疫的研究進(jìn)展，22年：23年國際上舉辦有關(guān)人工免疫的專題會議近2次。計(jì)算機(jī)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(jì)算機(jī)免疫這一新概念。在計(jì)算機(jī)病毒防治、黑客人侵檢測等領(lǐng)域，基于免疫的網(wǎng)絡(luò)安全技術(shù)克服了傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)安全技術(shù)的弱點(diǎn)，極具挑戰(zhàn)性和發(fā)展性，具有廣闊的應(yīng)用前景。"計(jì)算機(jī)免疫學(xué)"這一概念目前在國內(nèi)外還是一個(gè)新生事物，缺少系統(tǒng)的闡述。《計(jì)算機(jī)免疫學(xué)》是李濤教授及其所領(lǐng)導(dǎo)的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)與安全研究所多年來潛心免疫計(jì)算、網(wǎng)絡(luò)安全方面的研究成果；對生物免疫的機(jī)理，計(jì)算機(jī)免疫學(xué)的基本概念、原理及應(yīng)用技術(shù)進(jìn)行了深入淺出、全面系統(tǒng)的論述，同時(shí)還特別在基于免疫的網(wǎng)絡(luò)安全技術(shù)方面進(jìn)行了較為深入的討論，澄清了概念，是國內(nèi)第一本有關(guān)計(jì)算機(jī)免疫的專著。本書的出版對有志于計(jì)算機(jī)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(xué)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(jì)算機(jī)免疫的研究起到較好的促進(jìn)作用。愿讀者與作者共同努力，將我國的計(jì)算機(jī)免疫研究推向前進(jìn)。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(jié)構(gòu)、功能及其調(diào)節(jié)機(jī)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(jī)翼到防彈衣等許多應(yīng)用產(chǎn)品。在信息處理領(lǐng)域，由于人們面對的問題越來越復(fù)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(jì)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(jié)構(gòu)的模仿，由此產(chǎn)生了許多新的研究領(lǐng)域。例如，人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)是對人腦結(jié)構(gòu)的模擬，模糊控制與人類模糊思維有著相似之處，而進(jìn)化算法則對生物的生存演化進(jìn)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(xué)習(xí)并記憶新的知識，同時(shí)免疫系統(tǒng)的學(xué)習(xí)過程還借鑒了遺傳系統(tǒng)的進(jìn)化機(jī)理。近年來，生物免疫系統(tǒng)成為一個(gè)新興的生物信息研究課題。計(jì)算機(jī)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(jì)算機(jī)科學(xué)工作者所夢寐以求的。計(jì)算機(jī)免疫學(xué)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(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)安全、模式識別等領(lǐng)域中具有廣闊的應(yīng)用前景。22年1月，國際權(quán)威雜志Nature出專題報(bào)道了免疫計(jì)算及計(jì)算機(jī)免疫的相關(guān)研究。22年6月，IEEETransactiononEvolutionaryComputation出?？瘓?bào)道了有關(guān)人工免疫的研究進(jìn)展，22年～23年，國際上舉辦有關(guān)人工免疫的學(xué)術(shù)會議近2次。與此同時(shí)，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(jì)算機(jī)免疫系統(tǒng)的熱潮，進(jìn)一步吸引了眾多領(lǐng)域的專家學(xué)者從各個(gè)不同學(xué)科和角度開展研究，并在許多工程領(lǐng)域中取得了巨大的成績。然而，這還只是個(gè)起點(diǎn)，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(guān)于計(jì)算機(jī)免疫學(xué)全面系統(tǒng)的論述，關(guān)于計(jì)算機(jī)免疫系統(tǒng)的研究論文也很少，也沒有一部專門闡述計(jì)算機(jī)免疫學(xué)系統(tǒng)的著作。在這種背景下，為了促進(jìn)國內(nèi)計(jì)算機(jī)免疫學(xué)的研究，重視計(jì)算機(jī)免疫系統(tǒng)在理論上的指導(dǎo)作用和工程應(yīng)用上的實(shí)際效用，筆者結(jié)合自己多年來在免疫計(jì)算、神經(jīng)計(jì)算、網(wǎng)絡(luò)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(jì)算機(jī)免疫學(xué)的發(fā)展概況；第2章討論生物免疫系統(tǒng)機(jī)理，從生物免疫學(xué)的角度闡述免疫系統(tǒng)的功能、機(jī)制及特點(diǎn)等；第3章從計(jì)算機(jī)免疫學(xué)的角度出發(fā)，論述形態(tài)空間理論及免疫細(xì)胞模型，闡述計(jì)算機(jī)免疫系統(tǒng)的設(shè)計(jì)步驟及方法等；第4章對計(jì)算機(jī)免疫學(xué)中的幾種重要的免疫算法進(jìn)行詳細(xì)的論述，并就免疫計(jì)算與進(jìn)化計(jì)算之間的關(guān)系進(jìn)行討論；第5章介紹計(jì)算機(jī)免疫學(xué)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(luò)的基本原理，并就免疫系統(tǒng)與神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行比較，同時(shí)闡述基于免疫的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)；第7章集中介紹免疫系統(tǒng)在工程上的應(yīng)用，闡述其主要應(yīng)用領(lǐng)域，并結(jié)合筆者的工作提出一些新的觀點(diǎn)。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(xiàn)、資料，并進(jìn)行了細(xì)致的整理工作，為本書奠定了一個(gè)堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。筆者還要特別感謝研究生劉莎、郭京、楊進(jìn)、漆蓮芝、周念念、王麗輝、杜雨、盧正添、王志明等，他們對本書進(jìn)行了煩瑣的校對工作，為本書的最后出爐做出了貢獻(xiàn)。計(jì)算機(jī)免疫學(xué)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(xué)，獲電子科技大學(xué)博士學(xué)位?，F(xiàn)為四川大學(xué)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)與安全研究所所長，四川省學(xué)術(shù)和技術(shù)帶頭人，成都市有突出貢獻(xiàn)的優(yōu)秀專家，四川省黨政網(wǎng)絡(luò)信息安全領(lǐng)導(dǎo)小組專家成員，國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目評議專家，多種國際國內(nèi)權(quán)威學(xué)術(shù)刊物評審人，曾應(yīng)美國著名大學(xué)Univ.of California at Berkeley計(jì)算機(jī)系邀請，以客座研究員身份進(jìn)行科研合作。長期主持國家自然科學(xué)基金、863、教育部、安全部、總參機(jī)要局及四川省科技廳等國家計(jì)劃項(xiàng)目的研究，在IEEE、ACM等國內(nèi)外權(quán)威刊物發(fā)表論文120多篇，30多篇論文被SCI、EI收錄，出版《計(jì)算機(jī)免疫學(xué)》、《網(wǎng)絡(luò)安全概論》等專著4本，獲準(zhǔn)和申請國家發(fā)明專利9項(xiàng)。