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年美國學者deKleer和Brown提出的關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系推理法基于因果關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)學和定性仿真理論結合起來的一種方法 歸納推理法歸納推理法源于通用系統(tǒng)理論中的GSPS技術 其基本思想是假設所研究系統(tǒng)是一個黑箱 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 進而對任一輸入序列預測系統(tǒng)行為 非因果關系推理方法非因果類方法主要是因為系統(tǒng)建模時不需要明確指出系統(tǒng)內狀態(tài)變遷過程的因果方向 其中的一些方法都已逐步從實驗階段發(fā)展到工程實踐領域 ENVISION QSIM QPT TCP時間推理方法等 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) 該理論認為一個系統(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 一個組元的材料經(jīng)通道流到另一個組元 組元以一系列變量 流 連接點描述 流表示的是一種約束關系 這種約束關系決定著處在平衡點附近的變量的變化 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 該方法認為分析物理系統(tǒng)實際上就是確定該系統(tǒng)是由哪些過程組成的 如液體流動過程 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 過程是與對象或個體視圖相關聯(lián)的 系統(tǒng)變量的值只能由與它關聯(lián)的活動過程改變 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 且應用最為廣泛 QSIM理論認為系統(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)定性結構的定性微分方程和系統(tǒng)的一個初始狀態(tài)為輸入 通過仿真得到輸出結果 4 TCP 時間約束傳播temporalconstraintpropagatorWilliamsB C 1989提出了此方法 主要是根據(jù)人們對連續(xù)物理系統(tǒng)的因果性 連續(xù)性 反饋等特性的直覺認知去分析系統(tǒng)行為 注重系統(tǒng)個體按局部 時間順序的發(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 量值僅能通過關于區(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 基于因果關系的推理方法基于因果關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空間圖形的推理在用傳統(tǒng)定性推理理論進行描述時 缺乏形象的表現(xiàn)力 許多科學家都致力于建立完整的專門基于定性空間推理的理論 在進行空間推理的時候 利用方向 距離 拓撲序 連接性 邊界 區(qū)域 形狀等對空間實體進行定性描述 定性推理法的應用 工程和工業(yè)過程歐洲的ESPRIT計劃中有一個名為ARTIST的項目 項目完成于1993年7月 領導者是Heriot Watt大學的LeitchR Leitch等人建立了一個基于定性微分方程 QDE 和模糊量空間的定性仿真器 Fusim 現(xiàn)已應用在輸配電網(wǎng)絡和化工廠蒸餾塔的過程監(jiān)控分析診斷上 ESPRIT計劃中另一應用定性推理的重要項是 TIGER工程 汽輪機的監(jiān)測 診斷系統(tǒng) 現(xiàn)已應用在Exxon化工廠的大型工業(yè)汽輪機以及Dassault航空中心的宇宙飛船輔助動力單元 故障診斷定性仿真的主要應用方向之一就是故障診斷和排除 定性推理也是對復雜系統(tǒng)進行錯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研究了在空氣調節(jié)系統(tǒng)中 如何將隨機定性推理應用于一個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 提出一種實時仿真 并使用隨機定性推理作為實際應用的方法 來對VAV VariableAirVolume 一種空氣調節(jié)系統(tǒng) 系統(tǒng)進行錯誤檢測和診斷 醫(yī)藥和醫(yī)療診斷BratkoI將定性推理應用在心電圖的識別上 目的在于根據(jù)心電圖辨識心律 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)可以對腎臟的水份鹽份平衡過程進行仿真作為腎炎綜合診治系統(tǒng)的輔助分析工具 這類的應用項目還有很多 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提出了一個可教學的代理系統(tǒng) 給出了定性推理機制在設計基于計算機的可教學的代理中的使用 在這種代理中 使用者能夠使用概念圖準確的解決問題 也可以構造必需的問題求解知識結構 而不用陷入復雜的規(guī)劃行動中 定性過程理論 QPT 在化學中的應用仍然在起步階段 馬來西亞的S M F D SyedMustapha PangJen Sen和SharifuddinMd Zain研究了實現(xiàn)這種定性推理技術QPT的可能性 以及它在無機化學領域中的應用 社會經(jīng)濟領域定性推理由于其處理不完全知識及模糊數(shù)據(jù)的突出能力 一直在社會科學 人文科學 商業(yè)流通等領域的研究上占有重要位置 美國的FarleyA LinKB使用QSIM算法 研究市場預測的定性仿真模型 即當市場需求 供給 價格等諸因素變動時 預測可能引起的市場變化 目前僅應用于飲料市場的變化預測 BaileyA則致力于商業(yè)行為的計劃 控制和評估等領域的研究 他運用QSIM算法 對商