知识的计算机仿真

基于知识的计算机仿真

Knowledge-BasedComputerSimulation

第八章人工智能环境中的一

离散事件仿真

上海交通大学计算机系

吴亚栋

E-mail:ydwu@mail・sjtu.edu.cn

Tel:62932057

第八章人工智能环境中的

离散事件仿真

8.1人工智能环境

8.2在人工智能环境中的一个常规仿真实例

8.3命令、控制、通信(C3)仿真实例］

&4软件工程方法

8.5两种环境的比较案

・小结⑴

・C3仿真模型主要是考虑了人的认知过程对模型行

为的影响，也即物理动作的采取及采取方式，

依赖于人的认知过程的结果，而人的认知过程

反映在规则演绎系统中，其过程为如下所示：

技始结再开始结舆

认知|评估______

物理

开始结束

•小结(2)

•作用者(对象)具有三种特征

(1)资产属性

(2)物理能力规则系统

(3)认知能力

8.1人工智能环境

•人工智能环境所带来的益处

-能更进一步提高仿真系统的开发与维护的效率（利用

面向对象的编程方法、基于规则的编程方法及AI开发

环境）

-便于在仿真中引入有关命令与控制方面的人的决策过

程（利用AI技术）。

•面向对象的知识表示也

•基于规则的知识表示七

8.2在人工智能环境中实现一

的一个常规仿真实^

•采用KEE（知识工程环境）环境的开发效果

-大大缩短了开发时间及仿真运行时间

-大大增强了可维护性

•仿真目的

-本实例为能源部资助的在完成的较大型的仿真，

目的在于对美国特种核原料生产综合企业作长期

规划研究。

•开发概要E

U

8.3命令、控制、通信（CD仿真实例

•仿真目的：描述在战斗状况中，1至N个营级规模的

军事组织的行为。

・开发概要：

-使用KEE在Symbolics机上开发一个中大规模的仿真。

-每个营包括有：履带车、燃料车、侦察车、拖车、食品、

燃料、生活用品及人员（指挥者、指挥部人员、军械修理

人员等）

-C3（命令、控制和通信）匕这一类仿真需要对人的决策过

程作出极为严密的表示，才能实实在在地代表军事行动。

这一类仿真问题被称为C3。

-在仿真中需对决策过程建模的实例有：*

8.4软件工程方法

•确定仿真需求

-待仿真的状况，场面；

-期望得到的对此状况的分析等。

•确定作用者(Actors)

-将所有起作用的的实体确定为作用者。

-作用者所具有的三种特征。

•作为对象的作用者主

8.5两种环境的比较⑴

•主要不同点就在于使用规则系统去模仿决策过程。

•在常规环境中，重点放在对物理能力的实施进行

建模，即有如下事件序列:

活动开始活动结束

•在对认知能力的实施进行建模时，有如下事件序

"列..始结亮开始结.

认知|评估______

物理

开始结束

8.5两种环境的比较⑵

•在常规的面向过程的编程框架内，固然也可以用

分枝的方法实现基于规则的系统，然而开发和维

护的难度将大大增加。

•在AI系统环境中，对决策过程可以像对物理过程

一样地建模。

面向对象的知识表示

•对象的封装性

-数据结构和操作方法

•面向对象方法的特点：

-对象结构与消息传递

-继承

-迟后联编(LateBinding)

当消息被传递到对象时，可按当时对象的特征

来发送应答信息。

基于规则的知识表示

•前向链接(ForwardChaining)

-从一组事实出发，反复尝试所有可利用的规则，

并在此过程中不断地加入新的事实，直到包含目标

公式的结束条件为止。

•后向链接(BackwardChaining)：

-从假设的目标出发，寻找支持假设的证据。

•一般，后向链接用于诊断和演绎。在仿真建

模中，更多用到的是前向链接，以用于对人

的决策过程进行建模。

前向推理实例一根据物体的特征识别食物

R1

绿色农产品

R2IFon-ClTHENput-on-Cl

R3IFon-Cl包装在小容器内THENput-on-Cl精美食品

R4IFon-Cl为冷冻食品OR农产品THENput-on-Cl易腐食品

R5IFon-Cl重15磅且为廉价物且不为易腐食品THENput-on-Cl常用食品

IFon-Cl为易腐食品且重15磅THENput-on-Cl烤肉肉

R6

IFon-Cl重15磅且为农产品THENput-on-Cl西瓜

设：物体的特征为：颜色为绿色，重量为15磅。

初始上下文：Cl=｛绿色，重15磅｝

IT:R1Cl=｛农产品，绿色，重15磅｝

2T:RI,R3,R6Cl=｛易腐食品，农产品，绿色，重15磅｝

3TR1,R3,R5,R6Cl=｛烤鸡肉，易腐食品，农产品，绿色，重15磅｝

4T:R1,R3,R5,R6Cl=｛西瓜，烤鸡肉，易腐食品，农产品，…｝

5T:R1,R3,R5,R6退出，取C1中最前的项为结论--〉西瓜。

◎

常规仿真开发概要

•图1给出了有关设施及物流。

•该模型使用KEE（知识工程环境），在一台Symbolics

3600计算机上用LISP语言开发。

•约包括110。个对象。

•图2为描述RockyFlatsPlant的KEE知识库的图形表示。

•在一年时间内化了7个人年完成该模型，如用常用的仿真

环境，则开发时间要长得多（20〜50倍）。

•对所有设施作十年时间的仿真运行，耗时约25〜30分钟。

如单是对RockyFlats,则只需3〜4分钟。

在仿真中需对决策过程建模的实例

•受敌方无线电定位侦察系统检测、谍报人员及高空

监视的威胁，是否已增长到这样一点，以至有必要

搬迁到另一个掩蔽所？

•是否有必要派遣一个侦察小组去收集有关前方地形

的情报？

•因已决定需要加燃料，那么应当派往哪一个燃料库？

•按照现有的环境或战斗状况，受损坏的履带车是否

应当在营部战斗间歇期间修理，是否应当在营部其

余部分转移时调派一个移动修理队，或者是否应当

让履带车在原地丢弃？

C3建模的目的

•C3建模的目的之一，在于分析不同的决策方

案对仿真结果的影响。这样的C3模型，很难

用常规的仿真系统来建立和维护。在一个规

则系统中，由于将决策过程规定为一些数据

（如IF-THEN-ELSE结构），使用这样的规则系

统就有可能做到这一点。

作用者所具有的三种特征⑴

•资产与属性

-每个作用者可支配有一定的项。例如，一辆燃料车可将

一定数量的燃料作为其资产。

•物理能力

-每个作用者都能够实施作出反应的能力。例如，一辆燃

料车能改变位置，将燃料供给另一个作用者，以及从某

个中央燃料库中补给其燃料资产等。

•认知能力

-每个作用者都能够实施命令、控制或决策的能力。

作用者所具有的三种特征⑵

•认知能力

-每个作用者都能够实施命令、控制或决策的能力。

例如，一辆燃料车（确切地说是驾驶员）可以检查现有

的状况，然后按某种理论或决策过程去决定下一步该做

什么。也许燃料车的资产已低于一定值，以至无法将来

再在规定时间去加燃料。在这种情况下，司机可立即选

择返回到中央设施去加燃料。

-认知能力使AI环境中的仿真不同于常规的仿真。

-实施一个作用者的认识能力，归根到底也是实施一个作

用者的物理能力，然而两者在模型实现中的表示是不同

的。

作为对象的作用者

作