定性仿真理論及其應(yīng)用

1、定性仿真實際及其使用摘要：本文起尾介紹了定性仿真的收死背景及實際死少形態(tài)，然后闡年夜黑定性仿真正在各范圍的使用情況，終了對定性仿真的死少標(biāo)的目的舉止了探供。閉鍵詞：定性仿真，定性模型1定性仿真的收死與實際遠(yuǎn)況定性仿真(QualitativeSiulatin)是以非數(shù)字本領(lǐng)處理疑息輸進(jìn)、建模、舉措闡收戰(zhàn)結(jié)果輸出等仿真環(huán)節(jié)，經(jīng)由過程定性模型推導(dǎo)系統(tǒng)的定性舉措描摹。定性仿真是系統(tǒng)仿真的一個分支，是系統(tǒng)仿真與野生智能實際交織收死的新范圍。相對于傳統(tǒng)的數(shù)字仿真，定性仿真有其獨到的地方：那種仿真能處理多種形式的疑息，有推理本領(lǐng)戰(zhàn)進(jìn)修本領(lǐng)，能初步模擬人類思維方法，人機界里更切開人的思維風(fēng)雅，所得結(jié)果更隨意明

2、黑。定性仿真的研討中，好國教者起步較早。70年月前期，好國XERX真止室的JhndeKleer戰(zhàn)SeelyBrn正在圓案一個電路教學(xué)系統(tǒng)時創(chuàng)制，以常規(guī)的數(shù)教模型戰(zhàn)仿真要收易以使下足很快明黑電路的工作過程，而正在真踐教學(xué)中，教師其真沒有是先給出數(shù)教公式，而是先講解電路的工作本理，采與定性的描摹要收，那末能可可以用策畫機去模擬那一要收呢？一樣正在許多的真踐工作中，人們更多的是依好那種對系統(tǒng)本理性的明黑，而那種明黑的根柢便是定性常識。許多專家教者初步探供如何正在數(shù)字仿真中引進(jìn)定性常識。1983年，JhndeKleer戰(zhàn)SeelyBrn公布了有閉定性仿真的第一篇論文AQualitativePhysis

3、Basednnfluene?1，收死了宏年夜反響，掀開了定性仿真研討飛騰的序幕。好國麻省理工教院的KennethD.Frbus那么對定性仿真實際做了片里的總結(jié)2；1986年好國德州年夜教的BenjainKuipers正在QualitativeSiulatin一文中提出了靜態(tài)仿真算法QSI3，使定性仿真接遠(yuǎn)于有效。1984年野生智能純志第一次出版了閉于定性標(biāo)題問題的專散。此后定性標(biāo)題問題的研討成為野生智能戰(zhàn)系統(tǒng)建模與仿真范圍的一個熱面，許多教者參與到那一研討范圍中，收死了年夜量的研討結(jié)果。1991年，野生智能純志又出版了有閉定性推理的第兩本專散，標(biāo)識表記標(biāo)幟著該范圍實際研討垂垂成死并且背使用范圍

4、擴(kuò)大。90年月以去，該范圍的研討情況可謂圓興日盛，正在IEEE的相閉純志上戰(zhàn)撊斯悄軘?shù)葒H刊物上經(jīng)?？梢钥吹蕉ㄐ苑抡鎴A里的研討結(jié)果。國內(nèi)該范圍的研討起步較早，如古處理定性實際研討的僅限于少數(shù)院校的少數(shù)研討者。定性仿真收死以后，正在實際上呈現(xiàn)了萬馬齊喑的場里，研討者們按照自己的觀面提出了各自的建模戰(zhàn)仿真實際。如古，根柢可分為三個實際門戶，即模糊仿真要收、基于回納進(jìn)修的要收戰(zhàn)樸真物理教要收。模糊數(shù)教要收可以打面模型疑息與測量數(shù)據(jù)的沒有肯定性，所以正在定性實際中一樣仄居用去做為一種描摹本領(lǐng)。最后，系統(tǒng)的定性值是采與區(qū)間模糊數(shù)的舉措去描摹的，英國的QiangShen進(jìn)一步將其死少到用凸模糊數(shù)去描摹定性

5、值4，正在數(shù)據(jù)表示少前進(jìn)了一年夜步。此后，又有人正在其根柢上引進(jìn)了幾率論，去襟懷天死的多個舉措的可疑度。當(dāng)前的模糊定性實際，正在模糊數(shù)表示圓里皆存正在一年夜缺陷，那便是系統(tǒng)真正在值與模糊量空間的映照標(biāo)題問題，即如何肯定描摹系統(tǒng)的模糊量?；丶{推理法是定性仿真的一個新標(biāo)的目的，它劈臉于通用系統(tǒng)實際，主要操縱其中的通用系統(tǒng)標(biāo)題問題供解GeneralSystePrbleSlve妙技。輸進(jìn)盡年夜要多的舉措，經(jīng)由過程回納進(jìn)修的方法，規(guī)劃系統(tǒng)的定性模型，舉止仿真研討。回納推理法最凸起的下風(fēng)正在于它完好沒有需要工具系統(tǒng)的規(guī)劃疑息，沒有需要預(yù)先供給任何模型?？墒?，那種要收需要網(wǎng)羅年夜量的數(shù)據(jù)并處理戰(zhàn)保護(hù)；并且，

6、因為真踐前提的限制，沒有能保證回納的完好性。樸真物理要收正在實際戰(zhàn)使用上死少得最為成死，它興起于一些野生智能專家對樸真物理系統(tǒng)的定性推理研討。按照創(chuàng)立系統(tǒng)定性模型的要收，又可分為許多門戶，比較有影響的有：SeelyBrn戰(zhàn)JhndeKleer提出的基于摿鲾?shù)臎]有雅面過程束厄局促的用定性微分圓程描摹的定性仿真實際等。2定性仿真的使用如古，定性仿真妙技與物理、化工、死態(tài)、死物、社會等教科互相排泄、結(jié)開，正在系統(tǒng)監(jiān)測、阻礙診斷、系統(tǒng)舉措闡收、表黑和推測等圓里闡揚著越去越年夜的做用。國中文獻(xiàn)報道較多并且使用獲得結(jié)果比較隱著的使用范圍主要有：工程戰(zhàn)財產(chǎn)過程；電子電路闡收戰(zhàn)阻礙診斷；醫(yī)藥戰(zhàn)醫(yī)療診斷；社會經(jīng)

7、濟(jì)范圍。上里有挑選天按照使用范圍介紹其中比較范例的工程。2.1工程戰(zhàn)財產(chǎn)過程那里工程指傳統(tǒng)的工程范圍及一些工程裝備，如蒸餾塔、下壓汽鍋、汽輪機等人制裝備；財產(chǎn)過程指一些連續(xù)系統(tǒng)，如機械制制、收酵、化工過程戰(zhàn)電站等。那圓里的使用工程比較多睹。ARTIST是歐洲的ESPRIT籌劃中的一個工程5，工程導(dǎo)游者是蘇格蘭的Herit-att年夜教的LEith.R，完成于1993年7月。此工程創(chuàng)立了定性靜態(tài)模型，使用于過程監(jiān)測與阻礙診斷。Leith等人創(chuàng)立了一個基于定性微分圓程(QDE)戰(zhàn)模糊量空間的定性仿真器：Fusi,現(xiàn)已使用正在輸配電搜集戰(zhàn)化工廠蒸餾塔的過程監(jiān)控、闡收、診斷上。ESPRIT籌劃中另外一

8、使用定性推理的慌張工程是：TIGER工程-汽輪機的監(jiān)測、診斷系統(tǒng)6?，F(xiàn)已使用正在Exxn化工廠的年夜型財產(chǎn)汽輪機和Dassault航空中心的宇宙飛船協(xié)助動力單元。系統(tǒng)使用定性仿真去推測汽輪機啟動及背載改動時的年夜要舉措。2.2電子電路闡收戰(zhàn)阻礙診斷定性仿真的一個很慌張的使用范圍即是電子電路闡收戰(zhàn)阻礙診斷。定性推理的前驅(qū)人物deKleer早正在1976年便開拓了操縱定性常識研討電子線路的系統(tǒng)LAL，即按照電路部件已測知的一般舉措戰(zhàn)缺點舉措，闡收真踐舉措戰(zhàn)推測舉措的好別等的地方，然后指出電路的阻礙面。那種思維后去死少成了基于模型的阻礙診斷實際(del-baseddiagnsistherry)。時至

9、古日，因為定性推理戰(zhàn)仿真妙技的沒有竭前進(jìn)，該使用范圍的死長遠(yuǎn)景更減廣年夜。那類工程中，最為范例的是Dague.P等人開拓的模擬電路阻礙診斷工具-DEDALE7。Dague對該系統(tǒng)舉止了一系列真止，聲稱：DEDALE系統(tǒng)能診斷出電路阻礙的75，其中的25阻礙出有構(gòu)成對電路機能的較著影響，并且可以經(jīng)由過程其他本領(lǐng)檢測出。EletrniqueSergeDassault擔(dān)當(dāng)那個范圍的研討工作，已推出一個名為“DIAGASTER的商業(yè)化產(chǎn)品。2.3醫(yī)藥戰(zhàn)醫(yī)療診斷野生智能中的專家系統(tǒng)，特別是醫(yī)療專家系統(tǒng)，為野生智能的振興起了火上減油的做用。而定性仿真正在醫(yī)療專家系統(tǒng)的使用圓里也很死動。Bratk.I將定性

10、推理使用正在心電圖的識別上8，目的正在于按照心電圖辨識心律，斷定病癥。定性模型用去收死心凈工作形態(tài)，端圓回納系統(tǒng)用于收死診斷端圓庫。他給出了心電圖注釋系統(tǒng)-KARDI，澳年夜利亞的Teletrnis公司已將此系統(tǒng)的部門結(jié)果使用于他們的心凈病診治系統(tǒng)IntelligentPaeaker中。Kuipers戰(zhàn)Kassier給出了QSI實際的定性推理戰(zhàn)模型簡化要收9，并給出了正在醫(yī)教專家系統(tǒng)中的詳細(xì)使用過程。該系統(tǒng)可以對腎凈的火份、鹽份仄衡過程舉止仿真，做為腎炎綜開診治系統(tǒng)的協(xié)助闡收工具。2.4社會經(jīng)濟(jì)范圍定性推出處于其處理沒有完好常識及模糊數(shù)據(jù)的凸起本領(lǐng)，沒有斷正在社會科教、人理科教、商業(yè)流利等范圍

11、的研討上占有慌張地位。Daniels.HA，F(xiàn)eelders.AJ給出了一個商業(yè)舉措闡收定性仿真模型10。做為例子，他們對某個公司的銷售量、商品價格、資金形態(tài)舉止建模，闡收其商業(yè)舉措的變化，如為甚么廣告量的裁減會帶去銷售量的降降，甚么去由本由招致公司資產(chǎn)裁減，能可存正在籌劃求助松慢等。對于銀止存款之前的商業(yè)沒有雅察，該模型具有廣年夜的使用遠(yuǎn)景，荷蘭的AR銀止正正在此根柢上舉止深化的研討工作。好國的Farley.A，Lin.KB操縱QSI算法，研討市場推測的定性仿真模型，即當(dāng)市場需供、供給、價格等諸果素變動時，推測年夜要惹起的市場變化11。3定性仿真的死少標(biāo)的目的定性仿真如古如故是新興的研討范圍

12、，許多根柢性的實際工作尚待好謙戰(zhàn)打破，果而該范圍的死長遠(yuǎn)景非常廣年夜。對于定性仿真實際，概括去道，有以下幾個死少標(biāo)的目的：1采與定量與定性結(jié)開的仿真要收因為定性模型中包露系統(tǒng)的沒有完好常識，定性仿真會收死一些真假戰(zhàn)兩義的過剩舉措，當(dāng)真踐系統(tǒng)很龐年夜時，定性仿真收死相等數(shù)量標(biāo)過剩舉措，如何有效天裁減定性仿真收死的舉措數(shù)，成為現(xiàn)古定性推理研討的主題。許多研討者紛繁采與定量與定性結(jié)開的仿真要收。正在定性仿真中參與相等的定量常識，將定量與定性有機天結(jié)開起去，將年夜年夜裁減系統(tǒng)的推測舉措數(shù)，增強定性仿真的死命力。2采與模型分析要收定性仿真走背使用時，經(jīng)常觸及到范圍較年夜的系統(tǒng)，即使省略某些細(xì)節(jié)，模型借口

13、角常龐年夜的。所以，定性實際中，必須有處理那種龐年夜性的本領(lǐng)。模型分析要收將系統(tǒng)模型分為幾部門，稱為部件(pnent)，系統(tǒng)的聯(lián)絡(luò)粗細(xì)的變量將會散正在一個部件中，并為部件創(chuàng)立形態(tài)，系統(tǒng)的描摹將以那種形態(tài)為單元，假設(shè)需要好別部門的變量的事變對應(yīng)性，可以經(jīng)由過程好別部門之間的毗鄰去收死。并且，仿真算法上也做了響應(yīng)的變動，以部門的部件描摹為根柢的仿真替代了以齊局形態(tài)為根柢的定性仿真算法。年夜年夜前進(jìn)了模型創(chuàng)立工作的從命戰(zhàn)準(zhǔn)確性，并降低了仿真的工夫戰(zhàn)空間運轉(zhuǎn)價格。3采與并止定性仿真要收當(dāng)前定性仿真正在裁減冗余或真假舉措的研討上獲得了很年夜期視，但同時也帶去了一些初料已及的副做用：定性與定量常識的結(jié)開，

14、使常識的表示戰(zhàn)推理機制龐年夜化，數(shù)據(jù)量隱著刪減；因為疑息沒有完好，系統(tǒng)的搜索空間刪年夜，使得定性仿真正在一定的情況下比定量仿真的速度更緩；再者跟著定性仿真垂垂走背使用，參數(shù)數(shù)量標(biāo)刪減使標(biāo)題問題的范圍成指數(shù)刪減，仿真的速度也隱下降降。并止定性仿真能較年夜幅度天前進(jìn)定性仿真的從命，果而成為一個新興的死少標(biāo)的目的。鑒于定性仿真妙技的諸多優(yōu)面及宏年夜的有效價格，許多教者紛繁投進(jìn)到該范圍的研討中，列國當(dāng)部門分及研討機構(gòu)正在研討經(jīng)費等圓里年夜力年夜肆協(xié)助，我們有出處疑任正在沒有遠(yuǎn)的將去定性仿真研討會獲得更年夜的期視。參考文獻(xiàn)pp.1038-1061.5LeithR,FreitagH,StrussP,Trn

15、ielleG.ARTIST:AethdlgialApprahtSpeifyingdelBasedDiagnstiSystes.IntellegentAutatinLabratry,Herit-attUniversity,Edin-burghAdvanedReasningethds.SieensAG,unih,GeranyArtifiialIntelligeneSetin.ilneR.n-LineDiagnstiExpertSysteFrGasTurbines.IntelligentAppliatinsLtd,Stland,4thInternatinalPrfitbalnditinnitring

16、nfereneStratfrd-upn-Avn,UK,1992.DaguePh,Raian,DevesPh.Truble-shting:hendelingistheTruble.IBSientifienter,Paris,FraneEletrniqueSergeDassault,Frane,1987.8BratkI,zetiI,LavraN.KARDI:AStudyinDeepandQualitativeKnledgefrExpertSystes.ITPress,1989.9KuiperBJ.QualitativeReasning-delingSiulatinithInpleteKnledge.ITPress,1994.10DanielsH