计算机管理系统的定性模拟.ppt

管理系统的定性模拟,肖人彬、龚晓光等华中科技大学联系方式：gxgjames,1引言2定性建模3定性模拟理论流派与方法4Forbus的定性模拟理论与方法5Kuipers的定性模拟理论与方法,1引言,定量模拟依赖于精确的数学模型，处理不确定性问题有一定局限性。定性模拟则能够应用和处理不确定性知识，能够根据不确定性知识的输入产生所需要的结果，是处理不确定性问题的重要方法。,1引言,定性模拟技术的发展是从1983年美国学者SeelyBrow和JohndeKleer提出关于定性建模和定性推理的理论开始的，目前已形成朴素物理学方法、模糊模拟方法和基于归纳学习的模拟方法等多个理论流派。,1引言,定性模拟的理论意义和实践意义：实际系统过于复杂或知识不完备时，无法构造系统的精确定量模型。客观对象的许多知识具有模糊性、不确定性，且难于量化。定性模拟则能有效处理这些定性知识。,定性模拟的理论意义和实践意义：定性模拟的结果有时更符合人们的思维习惯，易于理解。定性模拟能够提供有效的智能控制手段。,1引言,2定性建模,2.1定性建模与定量模拟2.2定性建模方法2.3管理系统定性建模2.4定性建模中的不确定性描述方法,2.1定性建模与定量建模,定性建模与定量建模过程,2.1定性建模与定量建模,定性建模有以下几种途径：从实际系统出发经过定量建模得到定量模型，然后对定量模型进行抽象表达得到定性模型，基于该定性模型，经过定性推理得到系统的定性行为描述。朴素物理方法中的基于流的理论、定性过程理论和定性微分方程理论，以及模糊定性模拟方法和时间约束传播方法等属于此类。,2.1定性建模与定量建模,由实际系统直接得到定性模型，基于该定性模型，经过定性推理得到系统的定性行为描述。定性传递函数理论和不确定性自动机定性模拟方法等属于此类。对实际系统进行试验和观测得到大量数据，通过自动建模和模拟过程得到系统的定性行为描述。归纳推理建模等属于此类。经过定量模拟，对输出数据进行抽象表达得到系统定性行为。该方式往往被应用于定性定量混合模拟过程中和定性模拟控制领域中。,定性建模的特点表现在以下方面：(1)模型描述(2)量的量度(3)模拟过程,2.1定性建模与定量建模,根据研究的系统对象和目的不同，定性建模方法也各不相同，常见的主要有：(1)基于量空间的定性建模(2)基于非因果类的定性建模(3)基于定性因果关系的建模(4)利用状态转换概率的定性建模(5)系统动力学建模与定性模拟建模,2.2定性建模方法,1.管理系统定性建模的特点：(1)模型复杂程度的差异(2)知识类型方面的差异(3)模拟时间处理上的差异(4)行为产生和推测规则的差异,2.3管理系统定性建模,2.管理系统建模的基础知识(1)定量与定性结合定性模拟并不排斥定量信息，在定性模拟中加入适当的定量知识，将定量与定性有机地结合起来，会大大减少系统的预测行为数，增强定性模拟的生命力。(2)模型分解技术在物理系统的研究中，建立系统结构描述时，通常把它分解为组元，建立组元结构描述及组元之间相互作用的描述，系统结构由组元、组元行为和组元间的联系组成，运用一定的方法从组元行为及它们之间的相互作用中推断实际系统整体行为。,2.3管理系统定性建模,3.管理系统定性建模研究展望(1)完善定性推理算法(2)知识的综合集成(3)不确定性不完备性知识表达方式结合,2.3管理系统定性建模,管理系统遇到的许多问题是不确定性问题，需要在信息不足的情况下进行决策和推理。处理不确定性的方法可分为非数值方法和数值方法。,2.4定性建模中的不确定性描述方法,1.模糊数学方法(1)模糊定性值(2)模糊约束关系,2.4定性建模中的不确定性描述方法,2.定性代数法(1)定性变量与定性值(2)定性演算常用定性演算量级演算,2.4定性建模中的不确定性描述方法,3.其他方法当前定性模拟中研究的不确定性描述方法主要是面向简单物理系统的。在管理系统定性建模中，如何描述专家知识的不确定性，重要的途径之一是将面向简单物理系统的定性描述、建模和推理理论方法与其它处理不确定性知识的各种理论和方法加以融合。,2.4定性建模中的不确定性描述方法,3.1朴素物理方法3.2模糊模拟方法3.3基于归纳学习的方法,3定性模拟理论流派与方法,（1）基于流的理论（2）定性过程理论（3）定性微分方程理论,3.1朴素物理方法,模糊数学方法可以解决模型信息与测量数据的不确定性，所以在定性理论中一般用来作为一种描述手段。,3.2模糊模拟方法,归纳推理法应用面较广，它有以下优点：完全不需要系统结构信息，不需要预定模型，而自动建模；模仿人的归纳推理和学习能力，有归纳学习能力；随着系统复杂性、耦合程度与反馈环节的增加，模拟的效果反而越来越好；定性行为模型与观测数据一致，结合紧密。,3.3基于归纳数学的方法,4.1定性过程理论的核心思想4.2定性过程理论的建模方法4.3定性函数关系4.4定性过程模拟步骤4.5定性过程理论应用示例4.6定性过程理论与管理系统的结合,4Forbus的定性模拟理论与方法,以进程组织推理过程。用序数关系取代数值关系。单一机制假设。组合的定性数学。清晰的表示。,4.1定性过程理论的核心思想,Forbus的定性过程理论的系统模型包括：（1）个体视图（2）定性过程（3）密封历史,4.2定性过程理论的建模方法,(1).量描述与量空间Forbus提出了量与量空间的概念。量即物体连续参数的表示形式，如高度等。一个量q有数量（记为Aq）和导数（记为Dq）两个数值部分组成。量空间是一组形成偏序“,)为函数取名，其中为函数名；为函数的定义。如：Function-Specs(p-l-fun,Pressure(p)Q+level(p),4.3定性函数关系,(1)选择过程(2)判别并激活过程(3)确定量的变化(4)极限分析(5)建立系统状态转换有向图,4.4定性过程模拟步骤,SHANEX模型中处理的变量有三类：产品价格(P)、企业营销努力(F)以及相应产品的市场需求（以产品的数量表示）(M)。用A(amount)值表示大小，非负；D(direction)值表示变量的变化方向。这三类变量可以看成是销售的组织单元的函数。单元指特定的过程，每个单元都有一个市场过程。市场包括市场和市场中的竞争结构，如某产品与其替代品之间的竞争。,4.5定性过程理论应用示例,三种产品三个市场的相互作用模型,4.5定性过程理论应用示例,（1）基于过程知识库的定性模拟方法的基本思路,4.6定性过程理论与管理系统的结合,基于过程知识库的定性模拟方法的模型结构,（2）定性状态的描述方法Forbus对系统用多个相对独立的物理个体来描述。以人力资源管理系统为例，它是由多因素共同作用的动态系统，系统状态一般用一组因素及其属性间的关系进行描述。,4.6定性过程理论与管理系统的结合,（3）系统状态转移过程的定性表达定性运算强度约束定性规则约束,4.6定性过程理论与管理系统的结合,（4）定性模拟步骤(1)输入初始资料并使信息定性化；(2)进入下阶段并置该阶段所有过程为未激活；(3)激活本阶段预条件满足的过程；(4)针对每个可能发生的转变求解所有可能状态转变；(5)判断是否还有预条件满足的过程，如果有，转到步骤(3)，如果没有，记录本阶段的模拟结果；(6)判断是否还有下一模拟阶段，如果有，转到步骤(2)，如果没有，模拟结束。,4.6定性过程理论与管理系统的结合,1概述2基本概念3基于定性微分方程的定性模拟4定性状态转换5QSIM算法6QSIM算法实例,5Kuipers的定性模拟理论与方法,Kuipers的定性模拟理论是面向物理系统的，将物理系统中每一个物理参数看作为随时间变化的连续且可微的实值函数在Kuipers的定性模拟理论中，时间用显著时间点集合来表示在任何给定时间点上，物理参数值按照它和一个路标值集合的关系确定系统从初始状态出发，每一个物理参数定性状态产生所有可能的转换，得到其后继状态,5.1概述,可推理函数(ReasonableFunction)路标值(LandmarkValue)显著时间点(distinguishedtime)定性状态与定性行为系统定性状态与定性行为,5.2基本概念,（1）约束：代数约束定性约束（2）定性微分方程(QualitativeDeferentialEquation),5.3基于定性微分方程的定性模型,抽象关系图,（1）在定性模拟中，有两种类型的状态转换：P-转换：I-转换：（2）定性状态转换表的图形解释,5.4定性状态转换,通用函数状态转换表,Kuipers定性模拟理论的核心是QSIM算法，它用定性微分方程来描述物理系统的结构，用定性状态转换及过滤来推导系统行为。在每个方程的初始定性状态给定的前提下，QSIM首先生成所有可能的后继状态，然后用方程间的定性限制和全局相容规则来删除不相容的或多余的状态组合。,5.5QSIM算法,QSIM算法步骤从活动状态表中取出一个状态作为当前状态。根据通用状态转换表，确定每一个参数（函数）由前状态可能转换到的状态集合。对每个约束，产生状态转换的二元或三元组集合，根据约束的限定，过滤掉与约束不一致的元组。对元组进行配对一致性过滤，即具有相同函数的两个元组，对同一个函数的转换必须一致。将经过上述过滤剩余的元组加以组合，产生系统状态的全局解释。如果全局解释失败，则当前状态即为系统的结束状态；否则，把全局解释产生的状态作为系统的后继状态，并加入活动表。判断活动状态表是否为空，若为空，模拟结束，否则返回，模拟继续进行。,5.5QSIM算法,QSIM算法的过滤与解释约束一致性过滤配对一致性过滤全局解释全局过滤,5.5QSIM算法