定性仿真与定性推理.ppt

定性仿真与定性推理 定性仿真 定性推理的发展 1983年美国学者deKleer和Brown提出的关于定性建模和定性推理的理论 1984年国际人工智能杂志第一次出版了关于定性问题的专辑 随着定性仿真理论的发展与日趋成熟 也形成了各种流派 其中比较有影响的流派有 SeelyBrown和JohnDeKleer提出的的基于流的概念的理论K D Forbus的定性过程理论 QPT B J kuipers的基于QSIM的定性仿真理论B C Williams的定性代数理论等等 定性仿真中的定性推理理论 模糊仿真法归纳推理法非因果关系推理法基于因果关系的推理方法基于图表的推理方法基于定性空间的推理方法 方法介绍 模糊仿真法指将模糊数学和定性仿真理论结合起来的一种方法 归纳推理法归纳推理法源于通用系统理论中的GSPS技术 其基本思想是假设所研究系统是一个黑箱 观察其输入输出值 以发现其规律生成定性行为模型 进而对任一输入序列预测系统行为 非因果关系推理方法非因果类方法主要是因为系统建模时不需要明确指出系统内状态变迁过程的因果方向 其中的一些方法都已逐步从实验阶段发展到工程实践领域 ENVISION QSIM QPT TCP时间推理方法等 都属于这一类范畴 1 ENVISION 组元component为中心一基于流的方法SeelyBrown和JohndeKleer提出了基confluence的概念的理论 并据此建立了ENVISION系统 该理论认为一个系统可以用三种元素来描述 材料 materials 组元 components 通道 conduits 组元作用于材料并改变其形式或特性 一个组元的材料经通道流到另一个组元 组元以一系列变量 流 连接点描述 流表示的是一种约束关系 这种约束关系决定着处在平衡点附近的变量的变化 2 QPT 过程为中心的方法K D Fobus于1984年围绕着过程 process 的概念提出了QPT建模与仿真方法 该方法认为分析物理系统实际上就是确定该系统是由哪些过程组成的 如液体流动过程 热量产生过程等 以及这些过程在不同情况下是如何影响 系统发展的 过程是与对象或个体视图相关联的 系统变量的值只能由与它关联的活动过程改变 3 QSIM 约束为中心的方法B J Kuipers在1986年提出了基于定性微分方程的定性仿真理论 并给出了QSIM算法 这是目前定性仿真中发展得最成熟的理论 且应用最为广泛 QSIM理论认为系统由三种元素组成 变量 variables 约束 constraints 操作域 operatingregions 定性仿真算法是以描述系统定性结构的定性微分方程和系统的一个初始状态为输入 通过仿真得到输出结果 4 TCP 时间约束传播temporalconstraintpropagatorWilliamsB C 1989提出了此方法 主要是根据人们对连续物理系统的因果性 连续性 反馈等特性的直觉认知去分析系统行为 注重系统个体按局部 时间顺序的发展过程 即行为的历史 histories TCP是基于约束传 播的定性推理技术 量值仅能通过关于区间的约束方程传播 系统输出的不仅仅包括变量的值 还给出了变量变化的历史 即变量为什么这样变化的推理过程 基于因果关系的推理方法基于因果关系的推理方法无一例外地依赖于有向图 orientedgraph 定性传递函数方法 基于图表的推理方法基于定性空间的推理方法由于对空间图形的推理在用传统定性推理理论进行描述时 缺乏形象的表现力 许多科学家都致力于建立完整的专门基于定性空间推理的理论 在进行空间推理的时候 利用方向 距离 拓扑序 连接性 边界 区域 形状等对空间实体进行定性描述 定性推理法的应用 工程和工业过程欧洲的ESPRIT计划中有一个名为ARTIST的项目 项目完成于1993年7月 领导者是Heriot Watt大学的LeitchR Leitch等人建立了一个基于定性微分方程 QDE 和模糊量空间的定性仿真器 Fusim 现已应用在输配电网络和化工厂蒸馏塔的过程监控分析诊断上 ESPRIT计划中另一应用定性推理的重要项是 TIGER工程 汽轮机的监测 诊断系统 现已应用在Exxon化工厂的大型工业汽轮机以及Dassault航空中心的宇宙飞船辅助动力单元 故障诊断定性仿真的主要应用方向之一就是故障诊断和排除 定性推理也是对复杂系统进行错误检测和诊断的一种有效方式 日本的F Miyasaka T Yamasaki M Yumoto T Ohkawa和N Komoda研究了在空气调节系统中 如何将随机定性推理应用于一个人类定性思维过程建模方法上 他们基于工具图表和控制信息 提出一种实时仿真 并使用随机定性推理作为实际应用的方法 来对VAV VariableAirVolume 一种空气调节系统 系统进行错误检测和诊断 医药和医疗诊断BratkoI将定性推理应用在心电图的识别上 目的在于根据心电图辨识心律 判断病症 定性模型用来产生心脏工作状况 规则归纳系统用于产生诊断规则库 Kuipers和Kassier采用QSIM理论的定性推理和模型简化方法研制了肾脏系统疾病诊断专家系统 该系统可以对肾脏的水份盐份平衡过程进行仿真作为肾炎综合诊治系统的辅助分析工具 这类的应用项目还有很多 且多处于模型研究阶段 教育系统美国的KrittayaLeelawong YingbinWang GautamBiswas NancyVye JohnBransford和DanielSchwartz提出了一个可教学的代理系统 给出了定性推理机制在设计基于计算机的可教学的代理中的使用 在这种代理中 使用者能够使用概念图准确的解决问题 也可以构造必需的问题求解知识结构 而不用陷入复杂的规划行动中 定性过程理论 QPT 在化学中的应用仍然在起步阶段 马来西亚的S M F D SyedMustapha PangJen Sen和SharifuddinMd Zain研究了实现这种定性推理技术QPT的可能性 以及它在无机化学领域中的应用 社会经济领域定性推理由于其处理不完全知识及模糊数据的突出能力 一直在社会科学 人文科学 商业流通等领域的研究上占有重要位置 美国的FarleyA LinKB使用QSIM算法 研究市场预测的定性仿真模型 即当市场需求 供给 价格等诸因素变动时 预测可能引起的市场变化 目前仅应用于饮料市场的变化预测 BaileyA则致力于商业行为的计划 控制和评估等领域的研究 他运用QSIM算法 对商