定性仿真產(chǎn)生之后，在理論上出現(xiàn)了百家爭(zhēng)鳴的局面，研究者們根據(jù)自己的見(jiàn)解提出了各自的建模和仿真理論。目前，基本可分為三個(gè)理論派別，即模糊仿真方法、基于歸納學(xué)習(xí)的方法和樸素物理學(xué)方法。

模糊數(shù)學(xué)方法可以解決模型信息與測(cè)量數(shù)據(jù)的不確定性，所以在定性理論中一般用來(lái)作為一種描述手段。最初，系統(tǒng)的定性值是采用區(qū)間模糊數(shù)的行為來(lái)描述的，英國(guó)的Qiang Shen進(jìn)一步將其發(fā)展到用凸模糊數(shù)來(lái)描述定性值[4]，在數(shù)據(jù)表示上前進(jìn)了一大步。此后，又有人在其基礎(chǔ)上引入了概率論，來(lái)度量生成的多個(gè)行為的可信度。當(dāng)前的模糊定性理論，在模糊數(shù)表示方面都存在一大弱點(diǎn)，那就是系統(tǒng)真實(shí)值與模糊量空間的映射問(wèn)題，即如何確定描述系統(tǒng)的模糊量。

歸納推理法是定性仿真的一個(gè)新方向，它起源于通用系統(tǒng)理論，主要利用其中的通用系統(tǒng)問(wèn)題求解（General System Problem Solve）技術(shù)。輸入盡可能多的行為，通過(guò)歸納學(xué)習(xí)的方式，構(gòu)造系統(tǒng)的定性模型，進(jìn)行仿真研究。歸納推理法最突出的優(yōu)勢(shì)在于它完全不需要對(duì)象系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)信息，不需要預(yù)先提供任何模型。但是，這種方法需要采集大量的數(shù)據(jù)并處理和維護(hù)；而且，由于現(xiàn)實(shí)條件的限制，不能保證歸納的完備性。

樸素物理方法在理論和應(yīng)用上發(fā)展得最為成熟，它興起于一些人工智能專家對(duì)樸素物理系統(tǒng)的定性推理研究。根據(jù)建立系統(tǒng)定性模型的方法，又可分為很多派別，比較有影響的有：Seely Brown和John de Kleer提出的基于摿鲾?shù)母拍畹睦碚�，K. D. Forbus 的定性過(guò)程理論，B.J.Kuipers基于約束的用定性微分方程描述的定性仿真理論等。

2 定性仿真的應(yīng)用

現(xiàn)在，定性仿真技術(shù)與物理、化工、生態(tài)、生物、社會(huì)等學(xué)科相互滲透、結(jié)合，在系統(tǒng)監(jiān)測(cè)、故障診斷、系統(tǒng)行為分析、解釋以及預(yù)測(cè)等方面發(fā)揮著越來(lái)越大的作用。 國(guó)外文獻(xiàn)報(bào)導(dǎo)較多而且應(yīng)用取得成效比較明顯的應(yīng)用領(lǐng)域主要有：工程和工業(yè)過(guò)程；電子電路分析和故障診斷；醫(yī)藥和醫(yī)療診斷；社會(huì)經(jīng)濟(jì)領(lǐng)域。 下面有選擇地按照應(yīng)用領(lǐng)域介紹其中比較典型的項(xiàng)目。

2.1 工程和工業(yè)過(guò)程

這里工程指?jìng)鹘y(tǒng)的工程領(lǐng)域及一些工程設(shè)備，如蒸餾塔、高壓鍋爐、汽輪機(jī)等人造設(shè)備；工業(yè)過(guò)程指一些連續(xù)系統(tǒng)，如機(jī)械制造、發(fā)酵、化工過(guò)程和電站等 。這方面的應(yīng)用項(xiàng)目比較多見(jiàn)。

ARTIST是歐洲的ESPRIT 計(jì)劃中的一個(gè)項(xiàng)目[5]，項(xiàng)目領(lǐng)導(dǎo)者是蘇格蘭的Heriot-Watt大學(xué)的Leitch.R，完成于1993年7月。此項(xiàng)目建立了定性動(dòng)態(tài)模型，應(yīng)用于過(guò)程監(jiān)測(cè)與故障診斷。Leitch等人建立了一個(gè)基于定性微分方程(QDE)和模糊量空間的定性仿真器： Fusim, 現(xiàn)已應(yīng)用在輸配電網(wǎng)絡(luò)和化工廠蒸餾塔的過(guò)程監(jiān)控、分析、診斷上。

ESPRIT計(jì)劃中另一應(yīng)用定性推理的重要項(xiàng)目是：TIGER工程-汽輪機(jī)的監(jiān)測(cè)、診斷系統(tǒng)[6]。現(xiàn)已應(yīng)用在 Exxon化工廠的大型工業(yè)汽輪機(jī)以及Dassault航空中心的宇宙飛船輔助動(dòng)力單元。系統(tǒng)應(yīng)用定性仿真來(lái)預(yù)測(cè)汽輪機(jī)啟動(dòng)及負(fù)載改變時(shí)的可能行為。

2.2 電子電路分析和故障診斷

定性仿真的一個(gè)很重要的應(yīng)用領(lǐng)域便是電子電路分析和故障診斷。定性推理的先驅(qū)人物de Kleer早在1976年便開(kāi)發(fā)了使用定性知識(shí)研究電子線路的系統(tǒng) LOCAL，即根據(jù)電路部件已測(cè)知的正常行為和錯(cuò)誤行為，分析實(shí)際行為和預(yù)測(cè)行為的不一致之處，然后指出電路的故障點(diǎn)。這種思想后來(lái)發(fā)展成了基于模型的故障診斷理論(model-based diagnosis therory)。時(shí)至今日，由于定性推理和仿真技術(shù)的不斷進(jìn)步，該應(yīng)用領(lǐng)域的發(fā)展前景更為廣闊。

這類項(xiàng)目中，最為典型的是Dague.P等人開(kāi)發(fā)的模擬電路故障診斷工具-DEDALE[7]。Dague對(duì)該系統(tǒng)進(jìn)行了一系列實(shí)驗(yàn)，聲稱：DEDALE系統(tǒng)能診斷出電路故障的75％，另外的25％故障沒(méi)有構(gòu)成對(duì)電路性能的顯著影響，并且可以通過(guò)其他手段檢測(cè)出。Electronique Serge Dassault 繼續(xù)這個(gè)領(lǐng)域的研究工作，已推出一個(gè)名為“DIAGMASTER”的商業(yè)化產(chǎn)品。

人工智能中的專家系統(tǒng)，尤其是醫(yī)療專家系統(tǒng)，為人工智能的振興起了推波助瀾的作用。而定性仿真在醫(yī)療專家系統(tǒng)的應(yīng)用方面也很活躍。

Bratko.I將定性推理應(yīng)用在心電圖的識(shí)別上[8]， 目的在于根據(jù)心電圖辨識(shí)心律，判斷病癥。定性模型用來(lái)產(chǎn)生心臟工作狀況，規(guī)則歸納系統(tǒng)用于產(chǎn)生診斷規(guī)則庫(kù)。他給出了心電圖詮釋系統(tǒng)-KARDIO，澳大利亞的Telectronics公司已將此系統(tǒng)的部分成果應(yīng)用于他們的心臟病診治系統(tǒng)Intelligent Pacemaker中。

Kuipers和Kassier給出了QSIM理論的定性推理和模型簡(jiǎn)化方法[9]，并給出了在醫(yī)學(xué)專家系統(tǒng)中的具體應(yīng)用過(guò)程。該系統(tǒng)可以對(duì)腎臟的水份、鹽份平衡過(guò)程進(jìn)行仿真，作為腎炎綜合診治系統(tǒng)的輔助分析工具。

2.4社會(huì)經(jīng)濟(jì)領(lǐng)域

定性推理由于其處理不完全知識(shí)及模糊數(shù)據(jù)的突出能力，一直在社會(huì)科學(xué)、人文科學(xué)、商業(yè)流通等領(lǐng)域的研究上占有重要位置。

Daniels.HAM，F(xiàn)eelders.AJ給出了一個(gè)商業(yè)行為分析定性仿真模型[10]。作為例子，他們對(duì)某個(gè)公司的銷售量、商品價(jià)格、資金狀況進(jìn)行建模，分析其商業(yè)行為的變化，如為什么廣告量的減少會(huì)帶來(lái)銷售量的下降，什么原因?qū)е鹿�司資產(chǎn)減少，是否存在經(jīng)營(yíng)危機(jī)等。對(duì)于銀行貸款之前的商業(yè)調(diào)查，該模型具有廣闊的應(yīng)用前景，荷蘭的AMRO銀行正在此基礎(chǔ)上進(jìn)行深入的研究工作。

美國(guó)的Farley.A，Lin.KB使用QSIM算法，研究市場(chǎng)預(yù)測(cè)的定性仿真模型，即當(dāng)市場(chǎng)需求、供給、價(jià)格等諸因素變動(dòng)時(shí)，預(yù)測(cè)可能引起的市場(chǎng)變化[11]。

3 定性仿真的發(fā)展方向

定性仿真目前仍然是新興的研究領(lǐng)域，很多基礎(chǔ)性的理論工作尚待完善和突破，因此該領(lǐng)域的發(fā)展前景十分廣闊。對(duì)于定性仿真理論，概括來(lái)說(shuō)，有以下幾個(gè)發(fā)展方向：

（1）采用定量與定性結(jié)合的仿真方法

由于定性模型中包含系統(tǒng)的不完全知識(shí)，定性仿真會(huì)產(chǎn)生一些虛假和二義的多余行為，當(dāng)實(shí)際系統(tǒng)很復(fù)雜時(shí)，定性仿真產(chǎn)生相當(dāng)數(shù)量的多余行為，如何有效地減少定性仿真產(chǎn)生的行為數(shù)，成為當(dāng)今定性推理研究的主題。很多研究者紛紛采用定量與定性結(jié)合的仿真方法。在定性仿真中加入相當(dāng)?shù)亩�量知識(shí)，將定量與定性有機(jī)地結(jié)合起來(lái)，將大大減少系統(tǒng)的預(yù)測(cè)行為數(shù)，增強(qiáng)定性仿真的生命力。

（2）采用模型分解方法

定性仿真走向應(yīng)用時(shí)，往往涉及到規(guī)模較大的系統(tǒng)，即使省略某些細(xì)節(jié)，模型仍是非常復(fù)雜的。所以，定性理論中，必須有處理這種復(fù)雜性的手段。

模型分解方法將系統(tǒng)模型分為若干部分，稱為部件(component)，系統(tǒng)的聯(lián)系緊密的變量將集中在一個(gè)部件中，并為部件建立狀態(tài)，系統(tǒng)的描述將以這種狀態(tài)為單位，若需要不同部分的變量的事件對(duì)應(yīng)性，可以通過(guò)不同部分之間的連接來(lái)產(chǎn)生。并且，仿真算法上也作了相應(yīng)的變動(dòng)，以局部的部件描述為基礎(chǔ)的仿真取代了以全局狀態(tài)為基礎(chǔ)的定性仿真算法。大大提高了模型建立工作的效率和準(zhǔn)確性，并降低了仿真的時(shí)間和空間運(yùn)行代價(jià)。

（3）采用并行定性仿真方法

當(dāng)前定性仿真在減少冗余或虛假行為的研究上取得了很大進(jìn)展，但同時(shí)也帶來(lái)了一些始料未及的副作用：定性與定量知識(shí)的結(jié)合，使知識(shí)的表示和推理機(jī)制復(fù)雜化，數(shù)據(jù)量明顯增加；由于信息不完備，系統(tǒng)的搜索空間增大，使得定性仿真在一定的情況下比定量仿真的速度更慢；再者隨著定性仿真逐漸走向應(yīng)用，參數(shù)數(shù)量的增長(zhǎng)使問(wèn)題的規(guī)模成指數(shù)增長(zhǎng)，仿真的速度也明顯下降。并行定性仿真能較大幅度地提高定性仿真的效率，因此成為一個(gè)新興的發(fā)展方向。

鑒于定性仿真技術(shù)的諸多優(yōu)點(diǎn)及巨大的實(shí)用價(jià)值，許多學(xué)者紛紛投入到該領(lǐng)域的研究中，各國(guó)政府部門及研究機(jī)構(gòu)在研究經(jīng)費(fèi)等方面大力扶助，我們有理由相信在不遠(yuǎn)的將來(lái)定性仿真研究會(huì)取得更大的進(jìn)展。

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THE SUMMARY OF THE QUALITATIVE SIMULATION

FANG Gang

(Hefei Worker University 230011)

Abstract In this article,we first introduce the objective of the qualitative simulation ,its different theory fields.Second, we give some cases of its application.At the end, we discuss the development of the qualitative simulation.

Key words qualitative simulation, qualitative model