（计算机系统结构专业论文）模糊petri网在上下文感知系统中的应用研究.pdf

d i s s e r t a t i o ns u b m i t t e dt oz h e j i a n gu n i v e r s i t yo f 1 e c h n o l o g yf o r t h ed e g r e e0 fm a s t e r t h es e a r c ho nf u z z yp e t r in e t si nc o n t e x t a w a r e c o m p u t i n gs y s t e m c a n d i d a t e ：y a nj u n 。h u i a d v i s o r ：p r o f e s s o rf a n g l u p i n g a s s o c i a t ep r o f e s s o rc a op i n g c o u e g eo fc o m p u t e r s c i e n c ea n d 1 e c h n o l o g yo f z h e j i a n gu n i v e r s i 够o ft e c h n o l o g y a p r 2 0 1 0 浙江工业大学 学位论文原创性声明 本人郑重声明：所提交的学位论文是本人在导师的指导下，独立进行研究工作 所取得的研究成果。除文中已经加以标注引用的内容外，本论文不包含其他个人或 集体已经发表或撰写过的研究成果，也不含为获得浙江工业大学或其它教育机构的 学位证书而使用过的材料。对本文的研究作出重要贡献的个人和集体，均已在文中 以明确方式标明。本人承担本声明的法律责任。 作者签名： 垆辱辉 j ， 日期：别口年，月冲日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留 并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本 人授权浙江工业大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检 索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。 本学位论文属于 1 、保密口，在年解密后适用本授权书。 2 、不保密翻。 ( 请在以上相应方框内打“寸) 鬈筠 导师签名：寺怕奔 日期：州。年r 月砂日 日期：列。年歹月冲日 浙江工业大学硕士学位论文 模糊p e t r i 网在上下文感知系统中的应用研究 摘要 普适计算是信息空间与物理空间的融合，在这个融合的空间中人们可以随时随地 和透明地获得数字化的服务；普适环境中上下文感知系统成为新兴的研究领域。而作 为上下文感知计算的核心技术推理引擎，更是上下文感知系统的热门研究领域。 近几年研究者把模糊p e t r i 网模型与其推理算法应用到上下文感知系统中，模糊p e t r i 网( f p n ) 对于解决知识的表示问题和提高知识的并行处理能力是一种非常有效的方 法和途径，然而提出的方法都有不足之处。例如：不能解决“或逻辑 问题，算法的 时间复杂度和空间复杂度都较高，基于反向传播算法的模糊p e t r i 网的学习训练只是局 限于权值的修改。 为了解决模糊p e 仃i 网的形式化推理算法不能处理“或逻辑”问题，本文提出了从 变迁开始搜索的模糊p e t r i 网推理算法，有效解决了“或逻辑 问题；并在不增加虚库 所和虚变迁的前提下对变迁先排序再进行推理，进一步降低了算法的空间复杂度和时 间复杂度。 在针对模糊p 舐网学习训练的方法上，本文从一个全新的角度考虑模糊p e t r i 网的 学习和训练，提出了基于结果反馈的模糊p e t r i 网学习的新算法( f b f p n ) 。该算法通 过对纯网进行层次式分层及建立变迁点燃的近似连续函数后，调整权值、变迁的阈值、 变迁的可信度的同时又调整输入矢量的多重作用来最小化误差函数。将该算法与其他 算法进行性能比较，仿真结果分析表明，该算法具有良好的学习效率和泛化能力。 最后本文构建了轻量级的上下文感知系统校园信息系统。将模糊p e t r i 网 推理算法应用到校园信息系统中，提高了校园信息系统推理引擎的快速性及智能 性。 关键词：普适计算，上下文感知，模糊p 嘶网，反向传播算法 浙江工业人学硕士学位论文 t h er e a r c ho nf u z z yp e t i un e t si n c o n t e x t _ a w r a r ec o m p u t i n gs y s t e m a b s t r a c t p e 嬲i v ec o m p u t i n gi st l l ei n t e 伊a t i o no fi n f 0 姗a t i o ns p a c ea i l dp h y s i c a ls p a c e ， w h e r e 仃姐s p a r e n td i g i t a ls e r v i c e sc 锄b eo b t a i n e d 锄p 沌e r ea i l d 锄”i m e ；c o n t e x t a w a r e s y s t e m su i l d e rp e n ，嬲i v ee n v i r o i 皿e n tb e c o m ea i le m e r g i n gr e s e 鄱c ha r e a e s p e c i a l l y ，t h e r e 弱o i l i n ge n g i i 伦，w m c hi sb e i i 培m ec o r et e c h i l o l o g yo fc o n t e x t - 舢ec o m p u t i n g ，h a s b e e nah o tr e s e a r c hf i e l d h lr e c e n ty e a r s ，r e s e a r c h e r sl l a v e 印p l i e df l l z 巧p e t r in e tm o d e l a n di t sr e a s o i l i n ga l g o r i t h mt 0c o n t e x t - a w a r es y s t e m s f u z 巧p e t r in e t 口p n ) i sav e 叮 e 丘e c t i v ew a y 孤l dm e a l l sf o rs o l v i i 培l ep r o b l e mo fh l o w l e d g er e p r e s e n t a t i o n ，a n da l s oi t i i l l p r o v e sp a r a l l e lp m c e s s i l 玛c 印a _ b i l i 够h o 、e w 冯l ep r o p o s e dm e m o d sh a v es o m e d r a 、b a c k si n o r e0 rl e s s f o re x 锄p l e ：l e o rl o g i c - tp r o b l e mc 觚n o tb es o l v e d ；m et i i i l e 锄ds p a c ec o m p l e x 时o ft l l ea l g o r i t h mb o t ha r et o ol l i 曲；i na d d i t i o n ，m el e 鲫血吗肌d 饥虹i 血go ff l l z z yp e t r in e tw k c h i sb a s e do nb a c k - p r o p a g a t i o na l g o r i t h mi so n l yl i m i t e dt 0 、e i g 灿c h a n g e s i i lo r d e rt os o l v e 恤p r o b l e m 妇f o m a l lr e 嬲o i l i n ga l g o r i t o f f 唧p e t r in e tc a l l n o th a i l d l e o rl o 百c ”，“sp a p e rp r o p o s e daf u z z ) rp e t r in e tr e a s o n i n ga l g o r i t l l i nb y s e a r c h 饿i i l s i t i o n 一触t ，w 1 1 i c he 彘c t i v e l ys o l v ct 1 1 e ”o rl o g i c ”p r o b l e m ；f u n h e n n o r e ，u i l d e r t h ec o n d i t i o no fn o ti n c r e 2 l s i i l gt 1 1 ev i n u a lp l a c ea n dv 删缸锄s i t i o i l ，s p a c ea r l dt i m e c o m p l e x i t ) ro fm ea l g o r i t l l mc 锄b e r e d u c e d b yi m p l e m e n t i n g 仃 m s i t i o ns o r tb e f o r e r e 硒。血g w 曲r e g a r d st 0t i l en 面i l i n gm e m o d so ff u z 巧p e t r in e t ，l i sp 印e rl o o k si n t o l e l e 础ga n d 扛a i l l i n go ff u z 巧p e t r in e tf r o mat o t a l l yd i f r e r e n tp e r s p e c t i v e 1 1 l i sp a p e r p r o p o s e da n e wa 1 9 0 r i t h mf o rt l l el e 锄i n go ff u z z ) rp e t r in e tb 弱e do nt h er c s u l t sf e e d b a c l ( n 锄e l yf b f p n f i r s t l y ；t l l i sa l g o r i t h ml a y e r e dt h ep u r cn e t1 1 i e “u - c l l i c a l l ya n de s t a l b l i s ht h e a p p r o x i m a t ec o m i i m o u sr m c t i o no ft h e 吣i t i o nf i r i n g ，也e na d j u s tm e 、e i g h t ，t l l e m r e s h o l d 觚dt 1 1 ec r e d i b i l i 哆，f i i 谢l y 删u s tt l l ei n p u tv e c t o rt 0m i n i n l i z et l l em u l t i p l er o l eo f i i c 玎0 r c t i o n c 唧砌也ep e 墒皿姐c e 。fm i s 细g 谢t l l m 谢m 。蛔a l g o r i 岫， s i m u l a l i 。nr e s u l t ss h 。w s 埘t h j sa 1 9 0 r i n 珊h 鹪s 仃o n g c r g e n e r a l i z a t i 。na b i l 时a n dl l i g l l e r 1e a = 嘶n ge 硒c i e n c y f 砌l y ，l i sp 印e r b u i l d sa l i g h 眦i 班c o n t e x t a w 黜s y s t e m s c 朗1 p u si 晌m a t i 。n s y s t e m f 唧p 喇n e tr e 踟咖ga l g ) r i l i i li sa p p l i e d t om ec 锄p u s 硒删。n s y s t e m t 0i i l l p r 0 v e 1 es p e 。d 锄di 1 1 t e l l i g e n c eo f t i l e r e 鹬o m i 培e n g i n e k 留w o r d s ：p e r v 嬲i v ec o m p u t i l l 岛c o n t e x t - a 懈，f p n ，b p i i i 浙江_ t 业大学硕上学位论文 目录 摘要1 目录i v 第1 章 1 1 1 2 1 3 1 4 1 5 第2 章 2 1 2 2 2 3 2 4 第3 章 3 1 3 2 3 3 第4 章 4 1 4 2 4 3 4 4 第5 章 5 1 绪论l 研究背景和意义l 1 1 1 第三代计算模式：普适计算l 1 1 2 普适计算的关键技术2 国内外研究现状4 1 2 1 国外研究现状分析4 1 2 2 国内研究现状分析5 发展趋势6 本文的研究内容和创新点6 论文结构7 p e t r i 网理论基础9 p e 仃i 网基本概念9 p e t r i 网中事件间的基本关系1 5 p e 研网的特点。l8 本章小结。18 模糊p “n 网1 9 模糊p e t r i 网的基本概念1 9 3 1 1 模糊产生式规则的表示。1 9 3 1 2 模糊p e t r i 网的定义2 2 模糊p e 仃i 网的推理算法2 3 3 2 1 基于图形描述能力的模糊p e t r i 网推理算法2 3 3 2 2 基于形式化推理的模糊p e t r i 网及其推理算法2 4 3 2 3 新型模糊p c t r i 网及其推理算法2 5 本章小结2 6 模糊p e t r i 网模型改进及推理算法的提出2 7 模糊p e 砸网形式化推理算法的不足2 7 改进模糊p 硎网定义2 7 始于变迁的f p n 推理算法2 8 4 3 1 基于f p n 推理算法的提出。2 8 4 3 2 推理算法的性能分析2 9 4 3 3 推理算法的进一步改进。3 0 本章小结31 基于结果反馈的模糊p e t r i 网学习算法3 2 f b f p n 模型的建立3 2 5 1 1f p f p n 定义3 3 5 1 2f p n 分层算法的改进。3 3 浙江工业人学硕：卜学位论文 5 2f b f p n 推理中连续函数的建立3 4 5 3f b f p n 的反向传播学习和网络反转3 5 5 3 1f b f p n 的反向传播学习3 5 5 4 5 5 第6 章 6 1 6 2 6 3 6 4 第7 章 5 3 2f b f p n 的网络反转 f b f p n 实验及性能分析3 8 本章小结4 0 f p n 在基于上下文感知的校园信息系统的设计与实现4 1 基于上下文感知的校园信息系统介绍4 l 系统总体设计4 1 6 2 1 系统框架结构。4 l 6 2 2 系统的上下文4 3 模糊p e t r i 网在系统中的应用示例4 4 本章小结一4 7 总结与展望4 8 7 1 研究工作总结4 8 7 2 进一步工作展望4 8 参考文献5 0 ! 改谢5 ：i 攻读学位期问发表的学术论文目录5 4 v 浙江工业大学硕：i ：学位论文 第1 章绪论 1 1 研究背景和意义 1 1 1 第三代计算模式：普适计算 自1 9 4 5 年计算机诞生以来，随着科学技术的高速发展，计算模式( c o m p 毗g p 嬲以i 鲫) 经历着日新月异地演变和革新。普遍认为，2 0 世纪4 0 年代，首先出现了第 一代的主机计算模式( m a i n 舶m e sc o m p u t i l l 曲，由于当时计算机是稀缺资源，计算机 的应用仅仅局限于科学研究领域。2 0 世纪7 0 年代中期，由于p c 机的流行，第二代计 算模式桌面计算模式( d e l ( t o pc o m p u t i n g ) 开始兴起，图形用户界面( g u i ) 和多媒体 技术应用于p c 机中，这使计算机的使用者从专业人员扩展到家庭用户。主机计算模 式和桌面计算模式，使人与计算机的关系从多对一发展到一对一的关系，极大地推动 了计算机技术和产业的发展。然而主机计算和桌面计算的人机交互模式都是以计算机 为中心的特点，这种局限性使得计算机难以融入到人们的日常工作和生活中去，导致 计算机应用领域出现了瓶颈状况。为了打破这种局限性，伴随着移动设备与通讯技术 的发展，在2 0 世纪9 0 年初，研究者提出了“以人为本 的第三代计算模式：普适计算 ( p e n r 弱i v ec o m p u t i n g ) 。 表1 1计算模式的演变 1 9 8 4 年，日本东京大学坂村健教授提出“计算机在任何一个地方都可以存在，尤 其是在从周围的物品上给我们提供所需要的信息 的思想【1 1 。1 9 9 1 年，m 盯w - e i s e r 在 科学美国杂志上提出了“u 电i q u i t o l l sc o m p u t 吨”( 无处不在的计算) 的概念，其主 旨是将计算机嵌入到日常工具或生活环境中去，让计算机本身从人们的视线中消失， 而人们仅仅关注其所要完成的活动而不是所要借助的计算设备，因此计算机将成为空 浙江工业大学硕十学位论文 气、水、煤气、电这样的生活必需品【2 】。后来研究者又称“u b i q u i t o u sc o m p u t i n g 为 普适计算( p e n 郴i v cc o m p 岫g ) 。普适计算跨越科学、技术、艺术、社会、人文的 界限，建立起一种能展现人类和社会精神的技术世界，是信息空间与物理空间的融合， 在这个融合的空间中人们可以随时随地、透明地获得社会化数字服务【3 】。 1 9 9 9 年u b i c o m p 国际会议和2 0 0 0 年p e 嬲i v cc o m p u t i n g 国际会议的召开、2 0 0 2 年 m e ep e r v 硒i v ec o m p u t i n g 期刊的创刊，表明普适计算已经成为一个极具影响力的研究 领域。同时，世界一些名牌大学和研究机构相继出现了各种普适计算的研究项目。例 如，i l l i n o i s 大学的g a i a 【4 l 、m i t 的o x y g e n 【5 1 、c m u 的蒯6 1 、m i c r o s o r 的e 鹤yl i v i n g 【7 1 、 欧盟资助d i s 印p e 撕n gc o m p u t e r 【引、h p 的c o o lt 0 w n 【9 1 、清华大学的s i n 疵c l 嬲s r o 咄【1 0 】 等。 目前普适计算还处于探索阶段，从技术角度看，普适计算是建立在移动计算、嵌 入式计算、分布式计算、计算机网络、无线通信网络、传感器等技术的基础上。通过 这些技术的集成应用，普适计算将信息空间、物理空间和社会活动有效地融合，形成 一个统一的、人文环境的普适计算智能空间【l l 】。在这个智能空间里嵌入了计算机、信 息设备、移动设备和多模式的传感器，使用者能够随时随地地访问信息和获得计算机 的服务，进而高效地实现个人目标和与他人协同工作【1 2 1 ，从而改变了人类使用计算机 的环境和方式，体现了人类对多通道、隐含信息和和谐自然的人机智能交互形式的追 求。 普适计算的目标是使计算设备和计算服务在整个物理空间中无所不在。而用户感 觉不到计算设备和计算服务的存在，可以随时随地、透明地使用部署在物理空间的计 算服务。为了实现普适计算计算无所不在、技术对用户透明、以人为本的个性化服务， 普适计算必须能够自动采集和感知用户个人信息和物理空间的各种信息，在用户无须 介入或较少介入的条件下为用户提供适合用户的个性化计算服务。普适计算获取的这 些信息统一称作上下文( c o n t e ) 【t ) ，普适计算的本质是上下文感知计算( c 伽t e 】( t a w 鹏 c o m p u t i i l g ) 。 1 1 2 普适计算的关键技术 普适计算的研究给计算机研究领域的相关学科提出了巨大挑战，目前虽然取得了 一些重要突破，但仍有一些关键问题需要解决。实现普适计算的基本条件是：小巧的 移动设备、计算设备的网络化、以及软件的智能化。只有在计算设备及信息无所不在、 2 浙江工业人学硕上学位论文 无时不有的条件下，普适计算才可能实现。因此，普适计算环境的特点是设备的多样 性和异构性，用户需求的多样性和用户的动态变化性，这就为系统软件体系结构 ( s o f l ：w a r e a r c h i t e c t u r e ) 技术提出了巨大的挑战，这些挑战难题需解决以下关键技术问 题：设备和服务发现、自适应性、对物理实体的管理、模块问协调机制、鲁棒性、安 全性等等【1 3 】。具体而言，普适计算软件体系结构的设计目标一般有以下几个方面1 4 】： ( 1 ) 感知用户意图 感知用户意图是指普适计算系统根据当前用户的状态，结合当前的上下文做出决 策并提供相应的服务。例如，用户的手机能够在进入会议室后自动调为振动模式；炎 炎夏同时空调在用户回来后能自动打开。感知用户意图是增强普适计算应用程序智能 性的基础，也是为用户提供人性化服务的前提，因此它是普适计算的研究重点。 ( 2 ) 普适计算中间件技术 普适计算中间件技术是屏蔽计算设备和应用程序环境的异构性、从而实现服务无 缝集成应用的关键技术，也是实现普适计算软件体系架构的核心技术。普适计算环境 中涉及的各种计算设备或软件在不同的技术领域中存在，要将其无缝集成、协同工作， 就必须要有高效且智能的中间件技术进行衔接，从而可以进一步增强系统的可扩展性 【1 5 一1 8 】 o ( 3 ) 普适计算的推理技术 普适计算提供一种蕴涵式交互方式，即普适计算软件体系系统能在当前环境下感 知与交互任务有关的上下文，并据此做出推理决策，自适应地提供个性化服务。快速 的推理及推理的智能性是实现普适计算服务的基本保证。在普适计算环境下复杂的上 下文将随时间、空间、服务任务、情景而动态变化，这就要求普适计算系统能够满足 可靠和实时的推理机制，使得普适环境能够为用户提供最佳质量的人性化服务。 ( 4 ) 安全机制 在普适计算环境下，由于设备、网络和信息访问的实时性，安全机制成为普适计 算的重要研究对象。一方面普适计算环境通过拥有更多的用户知识来增强服务功能； 另一方面用户和系统行为越来越依赖环境信息。因此用户、系统和环境的行为和状态 信息将越来越多地暴露出来，这必然将造成受到安全威胁的可能【1 9 1 。如何方便用户使 用服务同时又提供合理的安全体系，是普适计算在实践中是否能成功的关键技术之 一。 普适计算关键技术研究，目前大多还处于探索阶段。推动普适计算发展的主要因 3 浙江工业大学硕士学位论文 素来自普适计算的网络、硬件设备、及软件技术的创新。因此，以上下文感知系统为 基础，研究适合于小型移动设备的普适计算，有力地推进普适计算领域的发展，为部 署大规模普适计算系统打下扎实的基础，具有重大的理论意义和实践价值。 1 2 国内外研究现状 目前，一些高校和研究机构均投巨资推出了一系列普适计算项目，其原型系统通 常由一些移动手持设备动态构成，以提供各种普适计算应用。 1 2 1 国外研究现状分析 马里兰大学的普适计算研究机构( e b i q u i t ) rgr o u p ) 对移动系统、普适计算、多代 理系统和人工智能，以及电子服务之间的交互关系进行研究，研究内容主要包括：普 适移动系统的数据管理，分布式系统，知识的表示和推理，移动网络和系统，专用 网络，个性化，多代理系统，数据挖掘，以及安全性。 麻省理工学院( m i t ) 提出了著名的o x y g e n 项目。其主旨是：未来计算像氧气一 样无处不在并可自然地获取各种信息服务。m i t 的研究人员在研究项目中也强调了普 适计算的以人为本的思想。o x y g e np r o j e c t 涵盖了感知技术、计算设备、网络技术、 软件技术等研究分支，研究内容主要是：在感知技术中，交互方式的主要途径是语音 和视频，通过多通道的交互方式使系统能更好地感知识别用户表达的信息。在计算设 备和网络设备中，o x y g e n 将嵌入式设备嵌入到如办公室、校园、居家和汽车等环境 之中，用来构建智能环境。在软件技术中，o x y g e n 提供自适应和永恒的软件环境， 支持用户、计算环境、应用程序的异构性和动态变化性。目前o x y g e n 项目中的部分 研究成果已经在一些应用领域取得很好的效果。 德国k a r l s m h e 大学的t e l e c o o p e r a t i o no f i c e ( t e c o ) 研究机构研究内容主要包括人 机交互接口、觉察上下文、通信和应用。目前正在进行的项目有智能环境控制体系结 构、用于互联不同类型骨干网络的软件、把普适计算用于w w w 的系统、用于移动计 算的中间件、觉察上下文和可穿戴计算机等。 卡内基一梅隆大学的a 吼项目【2 0 】：为每个用户提供与位置无关的计算和信息服 务，而用户则感觉不到计算机的存在。研究的子项目包括：a u r a r t 主要研究分布式 实时对象系统，计算机音乐和交互式媒体；c o d a 是一个具有高可获得性的分布式文件 4 浙江t 业大学硕士学位论文 管理系统；c o m p 0 对基于构件的软件系统进行研究；d a n i n 研究感知网络的资源管 理策略的智能网络；m e e t i i 培b m w s e r 用来实现对自然语言交互进行记录和总结； o d y s s e y 为资源自适应处理的操作系统提供支持；r e m o s 传送报告服务给数据网络； t o m 研究有类型对象的管理；s p o t 研究可穿戴技术。 i n t e i 提出了用于无线设备的p c a 口e r s o n a lh l t e m e tc l i e n t a r c l l i t e 孤l r e ) 体系结构思 想，目的为下一代无线i n 钯n l e t 应用提供开发基础，从而满足计算和通信相融合的需要。 p c a 具有高度的可扩展性、灵活性和模块性，使硬件和i n t e m e t 开发人员在开发产品和 服务时能够充分利用下一代无线网络的带宽特性。 i b m 也在提供能够满足个人和商业应用的硬件、软件和解决方案的普适计算设备 【2 1 1 。m m 认为信息是全球经济新的货币形式，人们将越来越依赖于通过电子的方式创 建、存储或者传送个人、金融或是其它隐秘信息，而普适计算则能帮助人们对信息进 行快捷方便而轻松的管理。i b m 凭借其丰富的商业处理经验和企业数据分析能力，以 及安全管理方案，力图从集成芯片、服务器软件、安全软件和系统集成等方面为普适 计算提供端到端的完整解决方案。 还有加州大学伯克利分校的d a e d a l u s b 剐删项目主要从事移动计算和无线网 络软件相结合起来的研究。得克萨斯大学( u i l i v c 璐时o f t e x 嬲，m l i n g t o n ) c r e w m a n ( c e n t e rf o rr e s e a r c hi nw i r e l e s sm o b i l i 够a n dn 咖o r k i n 曲主要对移动计算的资源管理 特别是无线带宽和位置管理，还包括第三代无线多媒体的q o s 技术。加州大学的w a m ( w n l e s s a d 叩t i v em o b i l i 忉实验室主要研究移动无线通信系统：移动无线网络的自适 应路由技术，无线网络的t c p 性能，无线网络组播协议，无线网络的仿真开发技术， 无线网路环境下具有自适应q o s 特性的音频视频传送技术，移动性建模。 1 2 2 国内研究现状分析 国内对“c o n t e 赋揪技术研究起步较晚，目前还没有成熟的、可推广的应用 系统，还有很多问题有待于研究的进一步解决。目前，国内开发的基于普适计算的研 究主要有以下几个方面： ( 1 ) 多模式移动导游系统的研究 采用多模式交互方式，以提高移动环境中多模式交互的效率阎，并据此建立了一 个具有通用性的处境感知系统体系结构，该系统所述的结构模型、处境信息的产生机 制、调度策略较好地保证了构建过程中清晰的逻辑性和较强的模块化，并且能够较为 浙江工业大学硕士学位论文 有效地避免因处境动态变化而引起的程序行为混乱，从而提高了系统的智能性，有效 改善人机交互的自然性和提高人机交互的效率。在导游系统原型中，系统通过g p s 自 动感知用户位置，并向服务器主动发送位置信息，由服务器经上下文计算后提供服务。 ( 2 ) 智能交互系统研究 系统研究的两个方面：一是从交互环境中提取和形成上下文；二是协调控制各种 上下文与高层应用之间的通信。并提出了一种上下文感知和调度的策略，建立了一个 基于上下文感知的智能交互系统结构模型【2 3 刀】。 ( 3 ) 智能教室系统研究 清华大学的s m a r tc l a s s r o o m 是国内普适计算的主要项目。该项目将远程教育和普 适计算相结合，建立了基于智能空间( s m a r ts p a c e ) 的智能远程教室。在智能远程教室 中，教师的操作包括调在电子黑板上作注释，与远方的学生交流等。系统能根据对教 师操作做出智能的理解，在不同的情景下向远方的学生转发相应的视频镜头或电子黑 板内容，做到人性化服务口5 捌。 ( 4 ) 普适计算环境安全问题 如普适计算环境中的安全机制，普适计算中私有信息保护问题的研究等口7 ，2 引。 1 3 发展趋势 从普适计算发展的历史趋势来看，普适计算将会逐渐发展成为一种便捷的、自动 地访问信息、传递信息的人性化工具，如水、电、煤气一样，成为人们生活中不可或 缺的一部分。而且，当人们与外界环境打交道时，它可以帮助人们自动地、无错误地 获取服务，从而节省了时间，也提高了效率。 1 4 本文的研究内容和创新点 随着社会科学的进步与发展，经历着日新月异地演变和革新，第三代计算模式( 普 适计算) 强调将计算机嵌入到日常工具或生活环境中去，让计算机本身从人们的视线 中消失，而人们仅仅关注其所要完成的活动而不是所要借助的计算设备，因此计算机 将成为空气、水、煤气、电这样的生活必需品。普适计算跨越科学、技术、艺术、社 会、人文的界限，建立起一种能展现人类和社会精神的技术世界，是信息空间与物理 空间的融合，在这个融合的空间中人们可以随时随地、透明地获得社会化数字服务。 6 浙江t 业大学硕? f ：学位论文 为了实现普适计算计算无所不在、技术对用户透明、以人为本的个性化服务，普适计 算必须能够自动采集和感知用户个人信息和物理空间的各种信息，在用户无须介入或 较少介入的条件下为用户提供适合用户的个性化计算服务。普适计算获取的这些信息 统一称作上下文，普适计算的本质是上下文感知计算。而作为上下文感知计算的核心 技术推理引擎，更是热门研究领域。 本文的研究内容和创新点如下： ( 1 ) 针对模糊p e t r i 网的形式化推理算法采用矩阵运算不能解决“或逻辑”问题， 本文提出了模糊p 嘶网推理算法从变迁开始搜索，区别于通常从库所开始搜索的策 略，有效解决了“或逻辑 问题。并在不增加虚库所和虚变迁的前提下对变迁先排序 后再进行推理，降低了算法的空问和时间复杂度。对模糊p e t r i 网模型和推理算法进行 仿真，实验结果验证了该算法的有效性。 ( 2 ) 在针对模糊p e t r i 网学习训练的方法上，本文从一个全新的角度考虑模糊 p e t r i 网的学习和训练，提出了基于结果反馈的模糊p e 仃i 网学习的新算法( f b f p n ) 。 f b f p n 的训练可以看作是输入矢量到输出矢量的非线性映射，记作 d = f ( 形；x ) ，其中d 表示输出矢量，形表示权值，表示变迁的阈值，表示 变迁的可信度，x 表示输入矢量。可以看到，除了能调整权值形，变迁的阈值，变 迁的可信度，还可以调整输入矢量x 。该算法通过对纯网进行层次式分层及建立 变迁点燃的近似连续函数后，调整权值、变迁的阈值、变迁的可信度的同时又调整输 入矢量的多重作用来最小化误差函数。对f b f p n 推理算法进行仿真，实验结果表明该 算法具有良好的学习效率和泛化能力，验证了该算法的有效性。 最后本文构建了轻量级的上下文感知系统校园信息系统。对校园系统进行 了分析、设计。然后将模糊p 向网推理算法应用到校园信息系统中去，提高了校 园信息系统推理的快速性及智能性。 1 5 论文结构 本文各章节内容安排如下： 第一章首先介绍了本文的研究背景及国内外的研究状况。剖析国内外研究存在的 不足之处，由此提出通过本文研究方案。 7 浙江工业大学硕士学位论文 第二章主要介绍p e t r i 网的基本概念、性质及其p e t r i 网中事件间的基本关系。阐述 了p e 仃i 网的特点。 第三章首先介绍模糊p e 仃i 网的基本概念及并将其与模糊产生式规则的结合，在此 基础上介绍了传统模糊p 矧网的推理及其他新型推理模型。 第四章首先分析了传统模糊p “网推理的缺点，然后提出了新的模糊p e t r i 网推理 算法，又在此基础上对算法进一步改进，从而进一步降低了算法的空间和时间复杂度。 第五章针对现有模糊p “网的参数训练方法的不足之处，本文从一个全新的角度 考虑模糊p e t r i 网的学习训练，提出了f b f p n 算法。 第六章将模糊p e t r i 应用到上下文感知系统中，完成了校园信息系统的设计及部分 实现。 第七章的总结与展望中，总结了目前已经完成的工作成果，提出了系统工作中的 一些问题和需要改进的地方，最后对今后的工作进行了展望。 8 浙江工业大学硕上学位论文 第2 章p e t r i 网理论基础 2 1p e t r i 网基本概念 l9 6 2 年，德国的c 砌a d 锄p e t r i 博士在他的博士论文“k o 衄u n i k a t i o nm i t a u 幻m a t e n ”提出了一种用于并发通信机理描述的新型“自动机模型。为了使并发 这一概念直观化，论文中提出了一种用于描述物理进程和物理系统的组合的网状模 型。由此发展起来的一类系统模型，后来被人们称之为p e t r i 网【2 9 】。经过近五十年的发 展，不仅p e t r i 网理论本身已经形成一门系统的、独立的学科分支，而且p e t r i 网在计算 机科学技术( 如操作系统、并行编译、网络协议、软件工程、形式语义、人工智能等) ， 自动化科学技术( 如离散事件动态系统、混杂系统等) ，机械设计与制造( 如柔性制 造系统) ，以及其他许多科学技术领域，都得到广泛的应用。p e t r i 网理论的发展必将 为信息论奠定坚实的理论基础。 作为一种系统模型，p 嘶网不仅可以刻画系统的结构，而且可以描述系统的动态 行为( 如系统的状态变化等) 。p e t r i 网即有直观的图形表示，又可以引入许多数学方 法对其性质进行分析。对于复杂的系统，p e t r i 网可以对其进行分层描述，逐步求精， 便于同面向对象的思想方法相沟通。 几十年来，随着p e t r i 网在相关领域的应用和发展，以及对p e t r i 网理论的深入研究， 针对不同应用系统的实际需要，研究者对基本p e t r i 网模型进行扩展，提出了多种高级 的p e t r i 网模型，如：颜色p e t r i 网、谓词变迁网系统、时间p 嘶网、随机p e t r i 网、受控 p e 仃i 网、自控网系统、时序p e t r i 网、连续p 嘶网以及模糊p 嘶网等等一系列网模型。 基本p e t r i 网是其他高级p e t r i 网的基础，因此，本章节介绍基本p e t r i 网的概念、性质以 及基本分析方法等内容【2 o 】。 定义2 1 三元组= ( s ，r ；f ) 称为一个网( n e t ) 的充分必要条件是： ( 1 )s u r 9( 2 1 ) ( 2 )s n r = f 2 j( 2 2 ) ( 3 ) f ( s r ) u 仃s ) ( “”为笛卡尔积) ( 2 3 ) 9 浙江i 丁业大学硕士学位论文 其中 ( 4 ) 面小( f ) u c d d ( f ) = s u 丁 面朋仰= 肛s u r i 砂s u 丁? 似刀 ( 2 _ 4 ) ( 2 5 ) c d 川矽= 肛s u 丁l 砂s u 丁? 出矽刀 ( 2 6 ) 分别为f 的定义域和值域。其中& r 分别称为的库所集( p l a c e ) 和变迁集 ( t r 卸s i t i o n ) ，f 称为流关系( f l o wr e l a t i o n ) 。s 的元素称为库所或s 一元或s - 元素，丁的 元素称为变迁或t 元或t 元素。s u 丁称为的元素集。 库所集和变迁集是有向网的基本成分，它们构造出流关系，所以在文丁和f 之 间用分号( ；) 隔开。s u 丁f 2 j 表明网中至少要有一个元素，而库所和变迁是两类不 同的元素，所以s n r = a 。每个库所代表一种资源，资源的流动由流关系决定，所 以变迁只能与库所有直接的流关系：fs ( s 丁) u ( 丁s ) 。不参与任何变迁的资源表 现为孤立的库所，不引起资源流动的变迁表现为孤立的变迁， 幽聊( f ) u d ( f ) = s u 丁规定网中不能有孤立元素。用图形来表示一个网时，用小圆 圈表示库所，用小矩形或粗杠表示变迁，用弧表示流关系。如图2 1 所示，用p e t r i 网 表示化学反应的离散事件系统，2 h 2 + 0 2 _ 2 h 2 0 。 j l ( h 2 ) s 2 ( q ) 图2 1 表示化合反应的p e t r i 网模型 定义2 2 设x s u z 是网n 元素集的任一元素，则定义： x = yiy s u 丁人( 只x ) f ) 称x 为x 的输入集或前集( p r e s e t ) ； 1 0 ( 2 7 ) 浙江工业大学硕士学位论文 x = y i y s u r 人(