常用定性推理方法的物理模型仿真分析.doc
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1、豆丁网常用定性推理方法的物理模型仿真分析吴兴龙 河海大学计算机及信息工程学院,南京(210024) E-mail: 摘要:定性推理是基于现实世界的常识推理,符合人们对不确定信息的定性式描述,对系统的动态特性和时态推理能力较强。上世纪 80 年代出现了两种主要定性推理方法,即 Envision 方法和定性进程理论,取得了丰硕的成果,并成为了定性推理领域研究的基础理论。 本文以斜上抛小球为实验模型,对上述两种定性仿真方法进行了详细的模型分析,并对其优 缺点以及适用范围进行了总结。关键词:定性推理;展望;定性进程理论 中图分类号:TP391.91.引 言随着人们生活水平的提高,各类要素之间联系日益趋
2、于复杂,由此导致决策问题的不 确定性、多样性在不断提升,大量非结构化问题的涌现,数据量空前繁杂,对建模以及推理 带来了不小的难度,如何在浩瀚的海量信息中、多种因素夹杂影响下寻找出有用的规律,对 数据的分析、管理组织以及表示方式和系统的推理机构的智能处理能力提出了挑战。定性推理的出现使得系统在结构描述上呈现出了多样性,在一定程度上解决了知识的 表示以及系统状态的时序推理等问题。由于定性推理起源于对系统物理结构的描述,可以预 见在未来有很大的发展空间。目前,定性推理涵盖的范围已经从早期的特定物理学问题(如 动力学等定性物理问题)延伸到人类生活各类系统中。Iwasaki 指出,定性推理发展至今,已
3、经包含了物理的,认知的,生态学的,经济学以及社会学等领域在内的研究1。基于定性推理的计算机仿真是以非量化输入为主要信息处理手段,进行建模、行为分 析和输出等环节,通过定性建模推导系统的定性行为状态,得到系统的行为功能描述2。2.定性推理简介定性推理(Qualitative Reasoning)起源于对特定物理现象的研究,但至今对定性推理的还 未有一个公认的定义,一般采纳 Williams 和 de Kleer 在 1991 在人工智能定性推理专辑 上的论述,即对物理机制的假设、测试、预测、创新、优化、诊断和查错时运用的核心技术 的理论1。定性推理基于对系统的结构描述,按特定的约束条件和初始条件
4、,定性地推导出系统 的行为特性,预测系统未来的行为,并能给予解释,从上可以看出,定性系统对实际物理系 统的描述由三部分构成:(1) 对系统结构的描述;(2) 对系统行为的描述;(3) 从结构描述到行为描述的转换过程。 通过上述三步,在系统的结构描述基础之上,对物理系统行为表现了一种理解和可解释性,对于它们之间的关系和因果性进行了全局性模拟,对不完全、模糊信息处理能力突出, 在较高层次上给出了系统的宏观描述。- 4 -3.定性建模原则下面说一下建模过程中需要注意的 3 项原则1。3.1 可合成原则(Compositionality)要求系统的行为描述必须从系统的结构中得出。按照最小单位原则,把系
5、统的结构分 解为单一的子部件,然后建立每个子部件模型的结构描述以及他们之间的相互关系。这样, 子部件在系统中完成一定的行为,表达子部件之间相互作用的影响,物理系统的整体行为通 过子部件之间的相互作用进行推导。3.2 局部传播原则(Locality)在定性推理中,部件的行为和状态变化是局部传播的,即部件只与直接相邻的子部件 之间发生作用,传递影响,并且认为,除了特定的情况以外,相互作用的传递都是瞬时的。3.3 系统功能原则(Functionality)被建模的系统必须具备一定的功能,这些功能来自于子部件的整体作用,反映了系统 行为与人类目标之间的关系,用来说明系统是可以被解释的。基于功能性原则,
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