平行智能与CPSS:三十年发展的回顾与展望

社会物理信息系统(Cyber-physical-social systems, CPSS)在传统物理信息系统(Cyber-physical systems,CPS)的基础上纳入对社会信号及社会关系的考虑,利用网络世界近乎无限的人力、数据和信息资源,突破物理世界有限的资源约束以及时空的限制.然而, CPSS中人类和社会行为的复杂性加剧了实际系统和其模型之间的建模鸿沟,使得系统的形态演变为“默顿系统”.对此,以ACP方法为核心的平行智能(Parallel intelligence, PI)框架通过组合人工系统(Artificial systems, A)、计算实验(Computational experiments, C)、平行执行(Parallel execution, P)三个过程,为跨越这一鸿沟提供了可行的路径.具体而言, ACP将模型从系统解析器转变为数据生成器,使原本难以控制的“默顿系统”可测试、可计算、可验证,为复杂系统中“涌现”和“收敛”的对立统一确立了方法基础.本文从平行控制与智能控制、平行机器人与平行制造、平行管理与智能交通、平行医学与智慧健康、平行生态与平行社会、平行经...     

平行眼:基于ACP的智能眼科诊疗

ACP理论是平行智能的核心,由人工社会(Artificial Societies, A)、计算实验(Computational Experiments, C)、平行执行(Parallel Execution, P)构成,在复杂系统建模与调控中发挥重要的作用.人眼作为一个典型的复杂系统,是接收外界信息的重要器官,拥有复杂而又精细的结构,同时又和身体其他器官有着密不可分的联系.文中将ACP理论引入到人眼的诊疗和护理中,提出平行眼的基本框架.人工眼(A)构建不断更新的虚拟人眼模型及其对应的由诊疗护理知识构成的虚拟眼科医生.在此基础上,计算实验(C)借助人工眼进行各种眼病发展预测并制定最优的治疗护理方案.最后平行执行(P)将虚拟世界和人工世界串联起来,利用实际人眼的数据不断更新人工眼模型,同时借助人工眼和计算实验引导实际人眼进行在线化、长期化的治疗护理.整个框架结合知识自动化、计算机视觉、知识图谱、机器学习等相关人工智能技术,力图有效提升对于人眼疾病的诊断精度,实现对于人眼的长期、精确、有效的监护.     

基于本体规则的模型转换的研究

本文实现了统一建模语言(UML)描述的模型与企业过程建模系统(EPMS)模型之间的转换。UML的特点是便于建模,主要用于对软件的描述,不能进行模拟执行和优化。EPMS对业务过程进行建模,用于过程模型建造和过程模型模拟,支持过程仿真、分析和优化。模型之间的转换需要建立相应的转换规则,采用本体的思想描述规则,将编写规则的程序从映射程序中分离出来,实现规则与映射的解耦。源模型通过基于本体规则的映射程序处理转换为目标模型,领域专家就可管理、维护和修改基于本体的规则,减少了专业编程人员维护映射程序的工作。     

基于ACP方法的应急疏散系统研究

目前地铁、建筑及煤矿等人员密集空间突发事件频发,解决人员密集空间人员安全疏散是当前社会发展亟待解决的问题. 本文以地铁为例研究了基于ACP方法的平行应急疏散系统,该系统由应急疏散人工系统、计算实验 和平行执行三部分组成. 平行应急疏散系统不仅适用于地铁,还适用于建筑及煤矿等生活和工作空间应急疏散管理,可实现人员培训、疏散演练、疏散方案优化和评估等功能. 本文初步建立了地铁枢纽站平行应急疏散系统,并进行了两种典型场景的计算实验,实验结果表明平行应急疏散系统可有效提高应急疏散效率.     

面向海上突发事件应急救援任务的协同规划

针对海上突发事件应急救援任务风险大、时间紧、冲突多及协同规划难等问题,急需一套海上应急救援协同机制予以支撑.首先,分析海上突发事件应急救援特点,探索应急联动协同机制;然后,面向海上应急救援任务的时空特点,构建基于时空因素的协同规划模型.进一步,针对指挥协同规划难题,构建基于观察–判断–决策–执行(OODA)作战环的应急救援单元协同联动模型,并着力于分析协同救援单元的一致性及救援时效性,旨在提升应急救援效能.最后,以海上危险化学品泄露救援任务为想定,利用上述模型方法进行规划建模与仿真验证.结果表明,所提出应急救援任务协同规划方法,能够有效的优化协调好海上突发事件的应急救援协同问题,提高了应急救援效能,为海上应急救援部门指挥决策提供了重要支持.     

基于ACP的动态网民群体运动组织建模与计算实验研究

由互联网促成的社会运动组织一经出现, 就受到了广大社会学者以及计算机领域专家的广泛关注. 一方面, 互联网特别是移动互联网在整合信息、引发共振、实时分享及高度互动等方面的特性, 为网民行为的大规模快速聚集提供了直通渠道, 使得多角度超视距观察并研究在线人群复杂行为及其组织特性成为可能; 另一方面, 这一研究在社会化媒体营销、共享经济、非军事组织行动中的应用意义愈加显著. 本文引入群体行为动力学和社会运动组织理论的研究, 提出基于ACP的动态网民群体运动组织(Cyber movement organizations, CMOs)研究方法. 本文工作首先使用多智能体建模方法构造双层结构的人工社区模型, 以此为基础对动态网民的个体以及群体动态组织行为展开计算实验探讨, 重点阐释了社区用户的交互行为机制及群体组织活动的建模机制, 为揭示微观个体简单行为对于宏观群体复杂涌现现象的影响奠定基础.     

元建模技术研究进展

随着UML(unified modeling language)与MDA(model driven architecture)的兴起和流行,模型已经成为软件开发的核心制品,而模型重要性的提升使得建模语言以及定义建模语言的元模型逐渐成为软件开发中的一个核心要素.软件开发往往涉及多个领域,而不同的领域往往需要不同的建模语言及其建模工具.但是,手工地为不同的建模语言开发建模工具代价高昂.元建模技术是解决这个问题的方法之一,通过元建模,可以根据领域需要定制合适的元模型以定义领域建模语言,进而自动生成支持该建模语言的建模工具.大量的工程实践表明,与领域建模以及MDA相结合,元建模可以大幅度地提高软件开发效率,基于元建模的MDA比基于通用建模语言的MDA更具潜力.在最近的几年中,元建模及其相关技术发展迅猛,不但在技术上取得了长足的进步,而且在产业界也开始出现大规模的商业应用.总结了元建模的现有研究成果,分析和比较了现有元建模工具,探讨了元建模的可能发展方向.对元建模中存在的问题进行分析,并指出了可能的解决途径.     

VPML OOPN集成建模方法的设计与实现*

为了支持对企业业务流程进行建模和分析,辅助过程改进,提出了VPML-OOPN集成建模方法.该建模方法是利用可视化过程建模语言VPML建立企业过程模型,然后将该过程模型映射为面向对象Petri网模型.通过Petri网模型的分析和仿真,其结果可用于修正和改进模型设计.     

一种支持MDD的ICES-Modeling建模语言和建模工具

随着模型驱动体系结构的理论和技术的不断发展,模型已成为软件开发的核心元素。因此,支持模型驱动体系结构的建模语言和建模工具成为研究热点。本文提出一种支持模型驱动的软件开发的ICES-Modeling建模语言,该语言融合了现有的建模方法的一些思想,可以有效地描述领域内的概念,概念与概念之间的关系。还针对该建模语言,设计并开发了建模工具,该建模工具具有支持建模语言的定义,方便模型的理解,支持多角度建模等特点。     

基于Agent的社会学仿真研究

基于Agent的建模与仿真方法被应用到社会科学研究领域形成了基于Agent的社会学仿真这一新的交叉研究领域.研究的目标是在计算机上创建一个人工社会来观察个体交互涌现的社会现象.人工社会是一个复杂的多Agent模型.在简单回顾了社会学仿真发展历史之后,对人工社会模型的复杂度进行了探讨,并将多Agent模型与其他社会学仿真模型进行了比较研究.基于Agent的社会学仿真目前还缺少公认的方法学流程,提出了一个人工社会的概念模型,并探索了人工社会模型的构建流程.最后对基于Agent的社会学仿真方法的适用范围进行了讨论.     

"软件人"系统研究及其应用

在论述“软件人”概念、类型的基础上，提出一种“软件人”个体结构模型和基于Java的“软件人”间接口实现方法；利用智能自律分散系统的建模方法，构建了一种“软件人”社会协调模型，并将其应用于数字气田管网生产实时调度系统中，结果表明，“软件人”计算模式可有效提高气田管网调度的智能水平。     

关于长周期连续安全节能有效生产基础理论的探讨

石油化工产业是关系国计民生的支柱产业,其中乙烯生产是重中之重,其装置的长周期运行能创造重大的经济效益,但与之而来的安全问题和其它风险不容忽视。针对乙烯生产系统的复杂性,综合考虑装置、人员、以及管理制度等因素是准确、及时的评估生产方案和实施科学管理的必须要求。本文基于人工社会学理论,针对乙烯生产这个复杂系统,提出了人工乙烯系统的设想,通过实际乙烯系统与人工乙烯系统的"平行",形成对包括培训、试验、优化等多个管理目标的支持,并探讨了其优势和在实际生产中的应用。根据人工社会学的建模和"计算试验"的方法,通过人工乙烯系统的实现,有望解决大规模乙烯生产系统难以有效评估和综合优化管理的问题,全面提升我国乙烯生产的管理水平。     

资源承载力人工社会模型研究

多主体模型是一种研究生态和社会、经济等复杂系统的动态研究方法,社会经济系统作为由类型多样与数量巨大的经济个体组成的复杂系统,系统中各主体复杂的相互作用表现出单个个体所不具备的特征。基于多Agent人工社会建模,在遗产继承和子辈发展方面对原始Sugarscape模型做了改进,借助REPAST软件平台,仿真研究固定资源下对不同数量人口的支撑作用,获取社会财富、个体生活水平以及社会福利随人口变化的数据,根据其变化曲线,得到经济学启示。     

基于大数据和深度学习的全社会月用电总量预测

为解决经典方法预测全社会用电总量预测数值精度较低、模型结构参数过于复杂等技术难题,本文提出将电力大数据和人工智能领域深度学习算法相结合的研究方法。采用计算机建立具有阶层结构的深度神经网络,根据仿生学原理引入线性整流函数解决梯度消失及神经网络收敛速度减慢问题,采用梯度下降来进行优化模型,同时通过引入指数衰减法由神经网络模型自动设定学习率以提高模型预测精度并降低迭代次数。从数量场的梯度原理并结合泰勒公式,推导出梯度下降法背后数学原理。为解决过拟合问题引入早停算法以提高模型训练速度及泛化能力。最后深度学习算法预测数值与经典线性回归算法预测数值相比较,深度学习算法在对全社会月用电总量的预测精准度、稳定性指标上明显优于线性回归算法,深度神经网络模型对未来全社会电力需求的预测数值具有高度的可信性。     

人工心理与人工情感

介绍了人工心理与人工情感的定义、研究意义、关键支撑技术和主要研究内容与应用领域,分析了国内外相关研究的进展.人工情感主要是情感计算方面的研究,人工心理包括人工情感、人工意识以及认知与情绪的人工数字化技术.人工情感是人工心理的一个主要研究内容.最后提出了该研究领域未来需要解决的若干科学问题及几点建议.指出了研究情感形式化方法和开发人类心理数字化技术并实现重大应用,是人工心理和人工情感研究者未来的主要任务.     

人工代谢系统综述*

从生物体新陈代谢规律出发,通过分析催化酶与各类代谢调节模式的关系建立起人工代谢系统模型。该系统能实现模式识别、故障诊断、多目标优化等功能。利用新陈代谢机理建立人工代谢方程。通过对平衡因子、抑制因子等代谢算子的调节来改变代谢物浓度,提高代谢率,从而实现新陈代谢网络的物质流量均衡和网络节点通畅,达到有效地实现各类功能优化的目的。对人工代谢系统的基础理论和典型应用进行了阐述,指出了进一步研究的方向。     

人工生命算法综述

介绍了人工生命算法的基本原理,改进措施,研究现状,以及对未来研究的展望。人工生命算法是一种新兴的优化技术,其思想来源于达尔文进化论。利用人工生命的突现行为及人工生命可以动态地和环境相互作用的特点,实现全局寻优,在优化非线性连续多模态函数时,具有良好的全局收敛性。人工生命算法已经吸引了许多研究领域的关注,它是一种分布式优化技术,算法采用自下而上的设计方法,不需要梯度信息,为优化技术提供了一种新思路。     

社会控制论及其进展

本文综述控制论应用于社会系统和社会过程的研究及其取得的成就; 介绍社会控制论的诞生、定义和定位; 叙述社会控制论的发展沿革; 小结了社会系统控制论研究的主要方法; 阐明社会控制论的有关主要理论、原理和技术. 在几个实例中, 介绍了自反控制模型、人类活动理论应用、人类前景的研究、基于人工社会的教室行为动态研究和中美知识产权谈判研究等. 最后本文给出分析和评论.     

人工免疫算法及其应用研究

为了有效地解决病态的约束优化问题,提出了一种模拟生物免疫系统自我调节功能的人工免疫算法,介绍了算法的基本步骤,构造了几种人工免疫算子,分析了算法的收敛性.人工免疫算法继承了遗传算法“优胜劣汰”的自我淘汰机制,但新抗体的产生方法比遗传算法中新个体的产生方法灵活得多.在进行抗体选择时若能确保当时的最优抗体可以进入下一代抗体群,则人工免疫算法是全局收敛的.100个城市TSP问题的仿真实例显示人工免疫算法比遗传算法具有更强的全局搜索能力和收敛速度.     

信息社会与当代青年大学生

信息社会已成为现代社会的主要特征和发展方向。在信息社会中,青年大学生的素质会影响到整个社会,加强青年大学生的素质教育与德育将既有助于我国顺利建设信息社会,又能使青年德育工作更有成效。