魯棒性

概念定義

魯棒性（Robustness）又稱健壯性、強壯性或穩健性，係指一個系統面對內部結構改變、外部環境變化或其他擾動時，仍然能夠維持功能穩定運行嘅能力。呢個概念適用於電腦科學、控制科學與工程、生物學、生態學、數學模型及社會學等領域，但各領域判斷「維持功能」嘅準則並不完全相同。

魯棒性關注嘅唔係系統只喺固定條件下能否正常工作，而係條件發生變化之後，原有功能或指定性能能否繼續維持。因此，判斷魯棒性時需要同時考慮系統所受變化，以及系統喺變化之下呈現嘅運行結果。

魯棒性以系統對變化嘅承受能力為核心。內部變化可以涉及結構或參數改動，外部變化就可以來自運行環境、輸入狀況、負載或故障。當呢啲因素出現時，如果系統仍可維持指定功能或某啲性能，就具有相應嘅魯棒性。

喺控制系統入面，魯棒性通常表現為系統喺一定結構及大小嘅參數攝動之下，仍能維持某啲性能。魯棒控制器就係魯棒性概念喺控制工程中嘅一項應用。對軟件而言，判斷方式可以係觀察程式遇到錯誤輸入、磁碟故障、網絡過載或蓄意攻擊時，會否仍然運行，而唔會死機或崩潰。

魯棒性分析可由三項互相關聯嘅內容構成：首先係被分析嘅系統，包括軟件、控制系統、數學模型或生物系統；其次係可能出現嘅變化，例如結構改動、參數攝動、環境改變、遺傳變異、故障或異常輸入；最後係需要維持嘅功能或性能。只有將變化條件同功能結果放埋一齊，先可以具體描述某個系統嘅魯棒性。

由於各領域嘅系統同功能要求不同，魯棒性並無單一、跨領域完全一致嘅表現形式。控制工程著重參數攝動下嘅性能，電腦軟件著重異常情況下嘅持續運行，生物學就會考察細胞遇到環境變化或遺傳變異時，能否存活並發揮正常生物功能。

喺自動駕駛技術中，魯棒性係系統驗證所關注嘅能力之一。驗證重點係自動駕駛系統面對內部或外部條件改變時，能否繼續維持其功能；具體判斷仍須按照被驗證系統、變化類型及指定功能而定。

喺電腦科學，魯棒性可用於描述軟件處理錯誤、故障、過載同攻擊嘅能力；喺控制工程，可用於研究控制系統及魯棒控制器；喺生物學，則可用於描述細胞系統面對環境或遺傳變化時維持生存及功能嘅能力。魯棒性亦廣泛用於生態學、數學模型同社會學等範疇。

魯棒控制嘅早期工作包括微分靈敏度分析，其後逐步發展成現代魯棒控制理論。Black喺1927年首次應用魯棒控制；相關研究喺20世紀50年代展開，而「魯棒控制」術語喺1972年首次見於文獻。