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1、基于知识的计算机仿真 Knowledge-Based Computer Simulation,上海交通大学计算机系 吴亚栋 E-mail: Tel: 62932057,第八章 人工智能环境中的离散事件仿真,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* 8.4 软件工程方法* 8.5 两种环境的比较*,小结(1),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：,小结(2),
2、作用者(对象)具有三种特征 (1)资产属性 (2)物理能力 (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* 基于规则的知识表示*,8.2 在人工智能环境中实现 的一个常规仿真实例,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。
3、开发概要*,8.3 命令、控制、通信(C3)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)*：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(Acto
4、rs)*- 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*,8.5 两种环境的比较(1),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：,8.5 两种环境的比较(2),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-
5、 继承- 迟后联编(Late Binding)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(Forward Chaining)- 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(Backward Chaining) ：- 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。,基于规则的推理(前向),事实,可用规则,启用规则,前向推理实例根据物体的特征识别食物,R1 IF on-C1 绿色 THEN p
6、ut-on-C1 农产品 R2 IF on-C1 包装在小容器内 THEN put-on-C1 精美食品 R3 IF on-C1 为冷冻食品OR农产品 THEN put-on-C1 易腐食品 R4 IF on-C1 重15磅且为廉价物且不为易腐食品 THEN put-on-C1 常用食品 R5 IF on-C1 为易腐食品且重15磅 THEN put-on-C1 烤鸡肉 R6 IF on-C1 重15磅且为农产品 THEN put-on-C1 西瓜,设：物体的特征为：颜色为绿色，重量为15磅。 初始上下文： C1= 绿色，重15磅 1T: R1 C1= 农产品，绿色，重15磅 2T: R1,
7、R3, R6 C1= 易腐食品，农产品，绿色，重15磅 3T: R1, R3, R5, R6 C1= 烤鸡肉，易腐食品，农产品，绿色，重15磅 4T: R1, R3, R5, R6 C1= 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1100个对象。 图2为描述Rocky Flats Plant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
8、发时间要长得多(2050倍)。 对所有设施作十年时间的仿真运行，耗时约2530分钟。如单是对Rocky Flats，则只需34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
9、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(1),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(2),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
10、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,作用者对象- 对象的实力变量：表示作用者的资产。- 对象的方法：表示作用者物理和认知能力活动的开始和结束，用事件来表示，这些事件就成为对象的方法。 作用者认知能力的描述- 用规则系统来为作用者的认知能力的决策过程进行建模。,
