定性仿真與定性推理.ppt

定性仿真與定性推理 定性仿真 定性推理的發(fā)展 1983年美國學(xué)者deKleer和Brown提出的關(guān)于定性建模和定性推理的理論 1984年國際人工智能雜志第一次出版了關(guān)于定性問題的專輯 隨著定性仿真理論的發(fā)展與日趨成熟 也形成了各種流派 其中比較有影響的流派有 SeelyBrown和JohnDeKleer提出的的基于流的概念的理論K D Forbus的定性過程理論 QPT B J kuipers的基于QSIM的定性仿真理論B C Williams的定性代數(shù)理論等等 定性仿真中的定性推理理論 模糊仿真法歸納推理法非因果關(guān)系推理法基于因果關(guān)系的推理方法基于圖表的推理方法基于定性空間的推理方法 方法介紹 模糊仿真法指將模糊數(shù)學(xué)和定性仿真理論結(jié)合起來的一種方法 歸納推理法歸納推理法源于通用系統(tǒng)理論中的GSPS技術(shù) 其基本思想是假設(shè)所研究系統(tǒng)是一個(gè)黑箱 觀察其輸入輸出值 以發(fā)現(xiàn)其規(guī)律生成定性行為模型 進(jìn)而對(duì)任一輸入序列預(yù)測系統(tǒng)行為 非因果關(guān)系推理方法非因果類方法主要是因?yàn)橄到y(tǒng)建模時(shí)不需要明確指出系統(tǒng)內(nèi)狀態(tài)變遷過程的因果方向 其中的一些方法都已逐步從實(shí)驗(yàn)階段發(fā)展到工程實(shí)踐領(lǐng)域 ENVISION QSIM QPT TCP時(shí)間推理方法等 都屬于這一類范疇 1 ENVISION 組元component為中心一基于流的方法SeelyBrown和JohndeKleer提出了基confluence的概念的理論 并據(jù)此建立了ENVISION系統(tǒng) 該理論認(rèn)為一個(gè)系統(tǒng)可以用三種元素來描述 材料 materials 組元 components 通道 conduits 組元作用于材料并改變其形式或特性 一個(gè)組元的材料經(jīng)通道流到另一個(gè)組元 組元以一系列變量 流 連接點(diǎn)描述 流表示的是一種約束關(guān)系 這種約束關(guān)系決定著處在平衡點(diǎn)附近的變量的變化 2 QPT 過程為中心的方法K D Fobus于1984年圍繞著過程 process 的概念提出了QPT建模與仿真方法 該方法認(rèn)為分析物理系統(tǒng)實(shí)際上就是確定該系統(tǒng)是由哪些過程組成的 如液體流動(dòng)過程 熱量產(chǎn)生過程等 以及這些過程在不同情況下是如何影響 系統(tǒng)發(fā)展的 過程是與對(duì)象或個(gè)體視圖相關(guān)聯(lián)的 系統(tǒng)變量的值只能由與它關(guān)聯(lián)的活動(dòng)過程改變 3 QSIM 約束為中心的方法B J Kuipers在1986年提出了基于定性微分方程的定性仿真理論 并給出了QSIM算法 這是目前定性仿真中發(fā)展得最成熟的理論 且應(yīng)用最為廣泛 QSIM理論認(rèn)為系統(tǒng)由三種元素組成 變量 variables 約束 constraints 操作域 operatingregions 定性仿真算法是以描述系統(tǒng)定性結(jié)構(gòu)的定性微分方程和系統(tǒng)的一個(gè)初始狀態(tài)為輸入 通過仿真得到輸出結(jié)果 4 TCP 時(shí)間約束傳播temporalconstraintpropagatorWilliamsB C 1989提出了此方法 主要是根據(jù)人們對(duì)連續(xù)物理系統(tǒng)的因果性 連續(xù)性 反饋等特性的直覺認(rèn)知去分析系統(tǒng)行為 注重系統(tǒng)個(gè)體按局部 時(shí)間順序的發(fā)展過程 即行為的歷史 histories TCP是基于約束傳 播的定性推理技術(shù) 量值僅能通過關(guān)于區(qū)間的約束方程傳播 系統(tǒng)輸出的不僅僅包括變量的值 還給出了變量變化的歷史 即變量為什么這樣變化的推理過程 基于因果關(guān)系的推理方法基于因果關(guān)系的推理方法無一例外地依賴于有向圖 orientedgraph 定性傳遞函數(shù)方法 基于圖表的推理方法基于定性空間的推理方法由于對(duì)空間圖形的推理在用傳統(tǒng)定性推理理論進(jìn)行描述時(shí) 缺乏形象的表現(xiàn)力 許多科學(xué)家都致力于建立完整的專門基于定性空間推理的理論 在進(jìn)行空間推理的時(shí)候 利用方向 距離 拓?fù)湫?連接性 邊界 區(qū)域 形狀等對(duì)空間實(shí)體進(jìn)行定性描述 定性推理法的應(yīng)用 工程和工業(yè)過程歐洲的ESPRIT計(jì)劃中有一個(gè)名為ARTIST的項(xiàng)目 項(xiàng)目完成于1993年7月 領(lǐng)導(dǎo)者是Heriot Watt大學(xué)的LeitchR Leitch等人建立了一個(gè)基于定性微分方程 QDE 和模糊量空間的定性仿真器 Fusim 現(xiàn)已應(yīng)用在輸配電網(wǎng)絡(luò)和化工廠蒸餾塔的過程監(jiān)控分析診斷上 ESPRIT計(jì)劃中另一應(yīng)用定性推理的重要項(xiàng)是 TIGER工程 汽輪機(jī)的監(jiān)測 診斷系統(tǒng) 現(xiàn)已應(yīng)用在Exxon化工廠的大型工業(yè)汽輪機(jī)以及Dassault航空中心的宇宙飛船輔助動(dòng)力單元 故障診斷定性仿真的主要應(yīng)用方向之一就是故障診斷和排除 定性推理也是對(duì)復(fù)雜系統(tǒng)進(jìn)行錯(cuò)誤檢測和診斷的一種有效方式 日本的F Miyasaka T Yamasaki M Yumoto T Ohkawa和N Komoda研究了在空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)中 如何將隨機(jī)定性推理應(yīng)用于一個(gè)人類定性思維過程建模方法上 他們基于工具圖表和控制信息 提出一種實(shí)時(shí)仿真 并使用隨機(jī)定性推理作為實(shí)際應(yīng)用的方法 來對(duì)VAV VariableAirVolume 一種空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng) 系統(tǒng)進(jìn)行錯(cuò)誤檢測和診斷 醫(yī)藥和醫(yī)療診斷BratkoI將定性推理應(yīng)用在心電圖的識(shí)別上 目的在于根據(jù)心電圖辨識(shí)心律 判斷病癥 定性模型用來產(chǎn)生心臟工作狀況 規(guī)則歸納系統(tǒng)用于產(chǎn)生診斷規(guī)則庫 Kuipers和Kassier采用QSIM理論的定性推理和模型簡化方法研制了腎臟系統(tǒng)疾病診斷專家系統(tǒng) 該系統(tǒng)可以對(duì)腎臟的水份鹽份平衡過程進(jìn)行仿真作為腎炎綜合診治系統(tǒng)的輔助分析工具 這類的應(yīng)用項(xiàng)目還有很多 且多處于模型研究階段 教育系統(tǒng)美國的KrittayaLeelawong YingbinWang GautamBiswas NancyVye JohnBransford和DanielSchwartz提出了一個(gè)可教學(xué)的代理系統(tǒng) 給出了定性推理機(jī)制在設(shè)計(jì)基于計(jì)算機(jī)的可教學(xué)的代理中的使用 在這種代理中 使用者能夠使用概念圖準(zhǔn)確的解決問題 也可以構(gòu)造必需的問題求解知識(shí)結(jié)構(gòu) 而不用陷入復(fù)雜的規(guī)劃行動(dòng)中 定性過程理論 QPT 在化學(xué)中的應(yīng)用仍然在起步階段 馬來西亞的S M F D SyedMustapha PangJen Sen和SharifuddinMd Zain研究了實(shí)現(xiàn)這種定性推理技術(shù)QPT的可能性 以及它在無機(jī)化學(xué)領(lǐng)域中的應(yīng)用 社會(huì)經(jīng)濟(jì)領(lǐng)域定性推理由于其處理不完全知識(shí)及模糊數(shù)據(jù)的突出能力 一直在社會(huì)科學(xué) 人文科學(xué) 商業(yè)流通等領(lǐng)域的研究上占有重要位置 美國的FarleyA LinKB使用QSIM算法 研究市場預(yù)測的定性仿真模型 即當(dāng)市場需求 供給 價(jià)格等諸因素變動(dòng)時(shí) 預(yù)測可能引起的市場變化 目前僅應(yīng)用于飲料市場的變化預(yù)測 BaileyA則致力于商業(yè)行為的計(jì)劃 控制和評(píng)估等領(lǐng)域的研究 他運(yùn)用QSIM算法 對(duì)商