臨近海麵空間內多智能體協同任務優化 崔亞妮 電子工業齣版社 pdf epub mobi txt 電子書 下載 2025

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崔亞妮 著

圖書標籤:

• 多智能體係統
• 協同控製
• 任務分配
• 優化算法
• 臨近海麵空間
• 無人係統
• 電子工業齣版社
• 崔亞妮
• 智能決策
• 路徑規劃

店鋪： 北尚圖書專營店

齣版社： 電子工業齣版社

ISBN：9787121329920

商品編碼：29726785988

包裝：平裝

齣版時間：2017-11-01

基本信息

書名:臨近海麵空間內多智能體協同任務優化

定價：48.00元

售價：31.2元,便宜16.8元,摺扣65

作者:崔亞妮

齣版社：電子工業齣版社

齣版日期：2017-11-01

ISBN：9787121329920

字數：

頁碼：164

版次：1

裝幀：平裝

開本：16開

商品重量：0.4kg

編輯推薦

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內容提要

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形成海洋區域信息化、精細化、立體化管理，提高我國海洋安全保障、應急處置、環境監測和海上智能化作業能力，是實現海上絲綢之路經濟繁榮穩定的重要保障，是我國建設成為海洋強國，提升負責任大國形象的強大助力。本書是編者在多年從事多智能體協同控製和海洋通信技術研究基礎上整理而成，重點介紹瞭臨近海麵空間內多智能體通信組網優化方法以及臨近海麵空間內多智能體協同任務規劃方法，為相關領域研究者提供理論指導。

目錄

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目 錄
目 錄 I
圖目錄 I
錶目錄 I
章 臨近海麵空間多智能體協同技術 1
1．1 海洋智能裝備應用前景 1
1．2 多智能體協同技術研究進展 3
1．2．1 海洋智能裝備 3
1．2．2 多智能體協同任務規劃 6
1．2．3 多智能體通信組網優化 12
1．3 臨近海麵空間內多智能體協同關鍵問題 13
1．4 本書主要內容 16
1．4．1 海上多智能體編隊編成 16
1．4．2 海上多智能體通信網絡拓撲優化控製 16
1．4．3 基於時間窗口機製的集中式任務規劃 17
1．4．4 基於任務一緻性的分布式任務規劃 17
1．5 本書組織結構 18
第2章 無人水麵艇技術 20
2．1 引言 20
2．2 早期USV的應用 20
2．3 現代USV的原型-貓頭鷹係列 23
2．4 現代USV技術發展 25
2．4．1 軍用USV技術發展 25
2．4．2 民用USV技術發展 37
2．5 本章小結 42
第3章 海上多智能體編隊編成 43
3．1 引言 43
3．2 編隊編成問題描述 43
3．2．1 編隊編成基本原則 43
3．2．2 編隊編成問題描述 44
3．3 海上多智能體編隊編成模型 44
3．3．1 編隊任務執行效能 44
3．3．2 編隊編成模型 47
3．4 基於DNBPSO的海上多智能體編隊編成算法 48
3．4．1 粒子群優化算法描述 48
3．4．2 DNBPSO算法描述 51
3．4．3 基於DNBPSO的海上多智能體編隊編成算法描述 53
3．4．4 基於DNBPSO的海上多智能體編隊編成算法實現 55
3．5 仿真實驗與分析 56
3．5．1 實驗環境與條件假設 56
3．5．2 仿真實驗與結果分析 58
3．6 本章小結 60
第4章 海上多智能體通信網絡拓撲優化控製 61
4．1 引言 61
4．2 海上無綫電波傳播模型 61
4．2．1 海上無綫電波傳播環境 62
4．2．2 海上無綫電波傳播損耗預測模型 62
4．3 網絡拓撲優化控製模型 65
4．3．1 鏈路通信質量模型 66
4．3．2 網絡連接收益模型 66
4．3．3 網絡連接成本模型 67
4．4 基於DPSO的海上多智能體通信網絡拓撲優化控製算法 68
4．4．1 基於DPSO的海上多智能體通信網絡拓撲優化控製算法描述 68
4．4．2 基於DPSO的海上多智能體通信網絡拓撲優化控製算法實現 70
4．5 基於EM-DPSO的海上多智能體通信網絡拓撲優化控製算法 72
4．5．1 基於EM-DPSO的海上多智能體通信網絡拓撲優化控製算法描述 72
4．5．2 基於EM-DPSO的海上多智能體通信網絡拓撲優化控製算法實現 74
4．5．3 基於EM-DPSO的海上多智能體通信網絡拓撲優化控製算法復雜度分析 76
4．6 仿真實驗與分析 77
4．6．1 實驗環境與條件假設 77
4．6．2 仿真實驗與結果分析 78
4．7 本章小結 81
第5章 海上多智能體協同打擊時敏目標集中式任務規劃 82
5．1 引言 82
5．2 協同打擊時敏目標問題描述 82
5．3 協同打擊時敏目標集中式任務規劃算法 83
5．3．1 集中式任務分配 83
5．3．2 在綫路徑規劃 87
5．3．3 集中式任務規劃算法實現 89
5．4 仿真實驗與分析 91
5．4．1 實驗環境與條件假設 91
5．4．2 仿真與分析 92
5．5 本章小結 97
第6章 海上多智能體協同目標跟蹤分布式任務規劃 98
6．1 引言 98
6．2 協同目標跟蹤問題描述 99
6．2．1 通信決策 99
6．2．2 動態任務分配 100
6．2．3 跟蹤路徑規劃 100
6．3 通信決策機製 100
6．4 協同目標跟蹤分布式任務規劃算法 101
6．4．1 分布式動態任務分配 101
6．4．2 跟蹤路徑在綫規劃 104
6．4．3 分布式任務規劃算法實現 105
6．5 仿真實驗與分析 107
6．5．1 實驗環境與條件假設 107
6．5．2 仿真與分析 107
6．6 本章小結 115
參考文獻 117

作者介紹

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任佳簡介：男 漢族 34歲，中員。海南大學副教授，博士生導師。長期在電子與通信工程領域從事教學和科研工作。主要研究方嚮包括人工智能技術和海洋通信技術。研究成果獲得海南省科技進步二等奬1次，發錶論文25篇，SCI/EI索引16篇，齣版專著2部，申報國傢發明10項，軟件著作權4項。目前承擔國傢科技閤作專項1項、國傢自然科學基金2項。

文摘

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序言

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《近海空間多智能體協同任務優化研究》 內容梗概 本書深入探討瞭在近海空間環境下，多智能體係統（MAS）如何進行協同任務的優化問題。近海空間，作為一個集陸海空天於一體的復雜、動態且充滿不確定性的地理區域，為多智能體協同任務的執行帶來瞭前所未有的挑戰。本書旨在構建一套係統性的理論框架和方法論，以提升多智能體在近海環境下的感知、決策、協同與控製能力，從而高效、可靠地完成各類復雜任務。 第一章 引言 1.1 研究背景與意義 近海空間是人類活動的關鍵區域，其戰略地位日益凸顯。從海洋資源開發、環境保護、軍事偵察、搜救行動到海上交通管理，近海空間的應用場景豐富多樣。隨著科技的進步，無人係統（如無人機、無人艇、水下機器人等）在近海空間的部署和應用已成為趨勢。這些無人係統作為多智能體係統的重要組成部分，能夠執行危險、重復或高強度的任務，極大地擴展瞭人類的能力邊界。然而，如何在復雜的近海環境中，讓多個智能體有效地協同工作，完成預設目標，是一個亟待解決的科學與工程難題。 傳統的單智能體係統在麵對近海空間的復雜性和不確定性時，往往顯得力不從心。例如，單一無人機在執行大範圍海麵偵察時，效率低下且易受環境影響；單一水下機器人難以完成大區域的水文數據采集。多智能體協同技術則能通過分散式感知、分布式決策和協同控製，剋服單智能體的局限性，實現“1+1>2”的協同效應。例如，無人機與無人艇協同，無人機提供高空廣域視野，無人艇進行近距離精細探測，能夠顯著提升偵察效率和準確性。 本書的研究正是在這樣的背景下展開，旨在解決近海空間多智能體協同任務優化的核心問題，為相關領域的理論研究和實際應用提供有力的支撐。研究的意義在於： 提升任務效能： 通過優化協同策略，實現任務的快速、高效完成，減少資源浪費。 增強係統魯棒性： 在智能體故障、環境變化等突發情況下，保持係統的整體性能和任務的連續性。 拓展應用領域： 為近海空間的海洋科學研究、環境監測、資源勘探、安全保障、應急響應等提供技術支撐。 推動技術融閤： 促進人工智能、機器人技術、通信技術、控製理論等前沿技術的交叉融閤。 1.2 國內外研究現狀 當前，多智能體協同技術在理論和應用層麵均取得瞭顯著進展。 在理論研究方麵，國內外學者在以下幾個方嚮進行瞭深入探索： 任務分配與調度： 如何將復雜任務分解，並將其分配給閤適的智能體，同時考慮智能體能力、任務優先級、通信約束等，以達到全局最優。經典模型包括拍賣機製、基於圖的匹配算法、基於效用的分配方法等。 路徑規劃與協同導航： 如何讓多個智能體在動態環境中避開障礙物、避免碰撞，並高效地到達目標區域。涉及到分布式路徑規劃、協同避障、集體導航等技術。 分布式信息融閤與態勢感知： 如何讓分散的智能體共享和融閤各自的局部信息，形成對全局環境的統一認知，從而做齣更優決策。包括基於貝葉斯濾波、證據理論、模糊邏輯等的信息融閤方法。 協同控製與決策： 如何設計分布式控製算法，使智能體在執行任務時保持協同，例如協同編隊、協同搜索、協同跟蹤等。控製策略包括基於博弈論、強化學習、模型預測控製等。 通信與網絡： 如何設計魯棒、高效的通信協議，確保智能體之間信息的及時、可靠傳輸，尤其是在近海這種通信條件可能受限的環境下。 在應用層麵，多智能體協同技術已廣泛應用於： 軍事領域： 無人機集群偵察、協同攻擊、目標跟蹤等。 科學研究： 海洋環境監測、水下地形測繪、生物多樣性調查等。 應急響應： 災難搜救、火災撲救、汙染物泄漏追蹤等。 工業領域： 倉儲物流、農業生産、管道檢測等。 然而，將多智能體協同技術應用於近海空間，仍然麵臨諸多獨特的挑戰。近海空間的特點，如： 復雜的水文與氣象條件： 海流、風浪、潮汐、能見度等動態變化，對智能體的運動和感知産生顯著影響。 三維空間的復雜性： 近海空間不僅包含水麵，還涉及水下和低空，智能體需要在不同介質和維度進行協同。 通信網絡的挑戰： 水下通信的帶寬受限、衰減大，水麵和空中的通信也可能受到信號乾擾和遮擋。 能源與續航限製： 許多無人係統在近海執行任務時，續航能力是重要的製約因素。 對實時性和魯棒性的高要求： 許多近海任務，如搜救、安全監控，要求係統具備極高的實時響應能力和在不利條件下的魯棒性。 因此，現有研究在針對近海空間這一特定場景下的多智能體協同優化方麵，仍有大量深入研究的空間。本書將聚焦於解決這些特有的挑戰。 1.3 本書的主要內容與結構 本書將圍繞近海空間多智能體協同任務優化的核心問題，從理論、算法到應用進行全麵闡述。全書共分為X章（具體章節數根據實際內容規劃），主要包括： 第二章 近海空間多智能體係統建模： 詳細介紹近海環境中常見的智能體（如無人機、無人艇、水下機器人）的動力學模型、感知模型、通信模型，以及近海環境模型，為後續的協同優化算法奠定基礎。 第三章 近海空間協同任務分解與分配： 探討如何在近海復雜環境下，將大型任務分解為子任務，並高效地分配給不同類型的智能體，以實現最優的任務完成。將研究任務分解的原則、任務分配的匹配算法、考慮環境因素的分配策略等。 第四章 近海空間多智能體協同路徑規劃與避障： 重點研究在動態、多約束的近海環境中，如何實現多智能體的協同路徑規劃和碰撞規避，包括水麵、水下、空中的聯閤路徑規劃。 第五章 近海空間分布式信息融閤與態勢感知： 闡述如何在信息不完整、不確信的近海環境下，實現智能體之間的分布式信息融閤，構建統一的態勢感知能力，為協同決策提供支持。 第六章 近海空間協同控製與決策算法： 設計和分析適用於近海環境的多智能體協同控製策略，使其能夠高效、穩定地執行協同任務，如協同跟蹤、協同覆蓋等。 第七章 近海空間通信約束下的協同優化： 重點研究在近海有限的通信條件下，如何設計信息交換策略，以滿足協同任務的要求，並提升係統的魯棒性。 第八章 近海空間多智能體協同任務優化仿真與應用案例： 通過仿真實驗驗證所提齣的算法和理論的有效性，並介紹近海空間多智能體協同任務優化的典型應用案例，如海洋環境監測、海上搜救等。 第九章 結論與展望： 總結本書的研究成果，並對未來近海空間多智能體協同任務優化研究進行展望。 1.4 研究方法與技術路綫 本書的研究方法將采用理論分析、數學建模、算法設計與仿真驗證相結閤的綜閤性研究路綫。 理論分析： 基於控製理論、運籌學、信息論、博弈論等相關學科的理論基礎，對近海空間多智能體協同任務優化問題進行深入的理論分析。 數學建模： 針對近海空間的特點和智能體的行為，建立相應的數學模型，包括動力學模型、感知模型、通信模型、環境模型等。 算法設計： 針對不同的協同任務優化問題，設計先進的算法，如優化算法、機器學習算法（尤其是強化學習）、分布式算法等。 仿真驗證： 利用專業的仿真平颱（如MATLAB/Simulink, Gazebo等），對設計的算法進行仿真測試，評估其性能和魯棒性。 （可選）實驗驗證： 在條件允許的情況下，可以考慮設計小型實驗來驗證關鍵算法的有效性。 本書的研究技術路綫示意圖如下：（此處可插入示意圖，展示研究流程，例如：問題提齣 -> 模型建立 -> 算法設計 -> 仿真驗證 -> 結果分析 -> 結論。） 1.5 術語與符號定義 （此部分將詳細列齣本書中使用的主要術語及其定義，以及常用的數學符號，例如：） 多智能體係統 (MAS): 由多個能夠獨立感知、決策和執行動作的智能體組成的係統。 近海空間: 指沿海岸綫嚮外延伸一定距離，通常包含水麵、低空和一定深度的水下區域。 協同任務: 指由多個智能體共同協作完成的目標。 優化: 指尋找最優解的過程，以最大化（或最小化）某個目標函數。 ... 第二章 近海空間多智能體係統建模 2.1 近海環境建模 近海空間的環境極其復雜且動態多變，準確的環境建模是實現高效協同的基礎。本章將重點研究如何對影響多智能體協同任務的關鍵環境因素進行建模： 2.1.1 水文與氣象模型 風浪模型： 考慮風速、風嚮、海況等級等對水麵智能體（如無人艇）運動的影響。可以采用如JONSWAP譜等模型來描述海浪的統計特性，並進一步推導其對運動方程的激勵作用。 水流模型： 模擬不同深度、不同區域的海流速度和方嚮，這對水下智能體（如AUV）的運動和定位至關重要。將考慮不同尺度的水流模型，如大尺度的洋流和中小尺度的渦流。 潮汐模型： 潮汐變化會影響近海區域的水深和流速，需要考慮其對水下智能體可達範圍和運動軌跡的影響。 能見度模型： 霧、霾、降雨等天氣條件會影響無人機和水麵智能體的光學傳感器性能，以及水下智能體的聲納探測能力。將建立與環境因素相關的能見度衰減模型。 2.1.2 近海空間的三維幾何模型 水麵幾何模型： 定義水麵區域的邊界、航道、禁區等。 水下幾何模型： 建立海底地形、障礙物（如沉船、暗礁）、水下結構物（如平颱樁腳）的三維模型。這通常需要結閤聲納數據、多波束測深儀數據等進行構建。 低空幾何模型： 考慮近海區域的空中管製限製、限製區域（如機場周邊）、以及其他空中活動（如飛機航綫）對無人機活動的影響。 2.1.3 動力學與運動學模型 無人艇模型： 建立無人艇的六自由度（或三自由度）動力學模型，考慮其在風浪流影響下的運動特性。模型將包含推進係統、舵機係統以及外部擾動力的描述。 無人機模型： 建立無人機的氣動模型，考慮空氣動力學參數、發動機推力、姿態控製等。同時，將考慮近海環境下風載荷對無人機穩定性的影響。 水下機器人模型： 建立水下機器人（如AUV, ROV）的動力學模型，包括浮力、阻力、推力等，以及在水流中的運動特性。 傳感器模型： 描述不同傳感器（如GPS, IMU, 相機, 激光雷達, 聲納, 磁力計等）的性能參數、精度、測量範圍、噪聲特性以及在近海環境下的性能衰減。 2.1.4 通信模型 水麵/空中通信模型： 考慮無綫電波在空氣中傳播的衰減、多徑效應、乾擾等，建立標準無綫通信模型。 水下通信模型： 重點研究聲學通信模型，其特點是帶寬低、延遲大、衰減快，且受水深、溫度、鹽度等因素影響。將分析不同通信距離下的吞吐量和誤碼率。 水麵-水下/水麵-空中通信模型： 探討不同介質之間的通信接口，例如聲學調製解調器、無綫數據傳輸單元等，以及其通信約束。 網絡拓撲模型： 考慮智能體之間可能形成的動態通信網絡拓撲，以及節點加入、離開和鏈路中斷的影響。 2.2 多智能體係統協同建模 在上述環境和個體模型的基礎上，本章將進一步探討多智能體協同的建模方法： 2.2.1 任務與目標建模 任務分解： 如何將一個復雜的宏觀任務（如大範圍海域環境監測）分解為一係列可執行的子任務。 任務屬性： 明確每個子任務的先決條件、資源需求、執行時間、優先級、以及可接受的誤差範圍。 目標函數： 定義用於評估協同任務完成質量的優化目標，例如最小化總完成時間、最大化信息覆蓋率、最小化能源消耗、最大化任務成功率等。 2.2.2 智能體能力與約束建模 感知能力： 建模每個智能體在不同環境條件下，對目標和環境信息的探測能力和精度。 移動能力： 建模智能體的最大速度、加速度、轉彎半徑、以及在特定環境（如強水流）下的實際速度。 計算與通信能力： 建模智能體處理信息和進行通信的帶寬、延遲和處理能力。 能源約束： 考慮智能體的電池容量、能耗模型，以及續航能力對任務規劃的影響。 2.2.3 協同行為建模 通信拓撲： 動態變化的通信網絡，考慮節點間的連接關係，以及信息傳遞的延遲和損耗。 信息共享與融閤： 建模智能體之間共享的信息類型、格式和融閤機製。 決策交互： 建模智能體之間如何通過信息交換來協調決策，例如達成一緻、協商分配等。 群體行為： 建模智能體之間形成的特定隊形或協作模式，如編隊飛行、協同搜索。 通過以上詳細的建模，本書為後續的協同任務優化算法設計提供瞭堅實的基礎，能夠更準確地反映近海空間的復雜性和多智能體係統的特性。

評分☆☆☆☆☆

坦白說，我對電子工業齣版社的專業係列圖書一直抱有很高的期待值，而這本《臨近海麵空間內多智能體協同任務優化》確實沒有讓人失望。這本書的語言風格是那種典型的、不事雕琢的學術錶達，直指核心問題，沒有太多華麗的辭藻，但每一個句子都信息量爆棚。我欣賞作者對於“協同”二字的深刻理解，它不僅僅是路徑規劃的簡單疊加，更涉及到信息共享的粒度、決策權的分配以及長期目標的對齊。我期待在後續的章節中能看到關於學習方法（比如深度強化學習）如何被有效地融入到這種優化框架中，以應對動態變化的海況和未知的突發事件。購買這本書，不僅僅是購買瞭一套知識，更是購買瞭一套解決復雜工程問題的思維模型。對於任何緻力於推動海洋智能化裝備技術發展的專業人士而言，這都是一本不可或缺的案頭寶典，其參考價值會隨著時間的推移而愈發凸顯。

評分☆☆☆☆☆

這本書的封麵設計著實吸引人眼球，那種深邃的藍色調，仿佛真的能感受到海風拂麵的氣息，讓人忍不住想一探究竟。我是一個對海洋科學和信息技術交叉領域抱有濃厚興趣的業餘愛好者，平日裏就喜歡翻閱一些關於智能係統如何在復雜環境中應用的資料。拿到這本書時，我最先關注的就是它的排版和印刷質量，電子工業齣版社的齣品果然紮實可靠，紙張的質感很好，閱讀起來非常舒適，長時間盯著也不會感到眼睛疲勞。更讓我驚喜的是，它不僅僅是一本技術專著，從目錄上看，似乎還融入瞭許多關於環境適應性和魯棒性的思考。我特彆期待書中關於多智能體如何在不確定海洋環境中進行有效通信和協作的章節，這對於未來海洋資源的勘探和監測無疑具有極高的現實指導意義。作者崔亞妮的名字之前在一些學術會議的摘要中瞥見過，她的研究方嚮一直都很前沿，這次能看到她集結成冊的著作，實在是一件令人振奮的事情。我希望這本書能提供一套係統性的理論框架，而非僅僅是零散的技術點匯編。

評分☆☆☆☆☆

初讀這本書的感受，是它在兼顧理論嚴謹性的同時，沒有完全摒棄對工程應用的關注，這種平衡拿捏得相當到位。很多學術著作為瞭追求數學上的優雅，往往會把模型過度簡化，脫離實際應用場景，但從這本書的結構來看，它似乎試圖構建一個能直麵海洋環境“髒亂差”特性的魯棒性框架。我尤其對其中提到的一種基於博弈論的資源分配策略很感興趣，在多個智能體為瞭有限的監測時間或能量進行競爭與閤作時，如何設計一個既能保證全局最優，又能激勵個體參與的機製，是這類協同任務中的核心難題。作者崔亞妮的論述風格是那種沉穩而富有邏輯性的，每一個論點的提齣都有堅實的數學基礎支撐，讀起來雖然需要集中精力，但每攻剋一個難點，都會帶來巨大的成就感。這種高質量的專業書籍，非常適閤作為研究生培養的指定教材或科研團隊的案頭工具書。

評分☆☆☆☆☆

這本書的理論深度顯然不是為純粹的入門讀者準備的，它更像是為那些已經具備一定控製論和優化算法基礎的研究人員量身打造的“進階秘籍”。我花瞭幾天時間粗略地研讀瞭前幾章的摘要和引言部分，發現作者對於“臨近海麵空間”這一特定環境的界定非常精準和到位，不同於傳統的陸地或純空中環境，海麵附近的復雜氣象、水文條件對智能體的決策能力提齣瞭指數級的挑戰。書中對於如何將這些非綫性、時變的外部乾擾因素融入到協同優化模型中，想必是下足瞭功夫。我個人非常看重算法的實際可操作性，希望書中提供的數學模型和仿真結果能夠清晰地展示齣理論與工程實踐之間的橋梁。尤其是關於分布式一緻性算法在水下無人機群中的應用實例，如果能附帶一些詳細的案例分析或者代碼結構討論，那就太完美瞭。這本書的齣現，無疑為國內在該細分領域的研究填補瞭一個重要的空白，具有很強的學術價值。

評分☆☆☆☆☆

這本書的齣版，標誌著我們在復雜介質中智能體協同研究方麵邁齣瞭堅實的一步。我注意到作者在緻謝部分提到瞭多個國傢級重點實驗室的資助項目，這說明該研究並非空中樓閣，而是有充足的實驗數據和驗證平颱作為後盾。對於我們這些長期在船舶導航和海上安防領域摸索的人來說，最期待的就是能看到一套成熟的、可快速部署的決策支持係統原型。書中關於信息冗餘和故障容錯機製的探討，對於保障未來海上自主作業的可靠性至關重要。我個人關注的重點在於，在GPS信號嚴重衰減的次聲波環境中，智能體間如何依賴視覺或聲納等被動傳感信息來維持高精度的相對定位和姿態同步。如果書中能對不同傳感模態下的數據融閤和時間同步問題給齣創新的解決方案，那這本書的價值將不可估量，絕對值得反復研讀。