摘要： 本文第一介绍了定性仿真的产生背景及理论进步情况，然后说明了定性仿真在各范围的应用状况，最后对定性仿真的进步方向进行了探讨。
关键字：定性仿真，定性模型

1 定性仿真的产生与理论近况

定性仿真是以非数字方法处置信息输入、建模、行为剖析和结果输出等仿真环节，通过定性模型推导系统的定性行为描述。定性仿真是系统仿真的一个分支，是系统仿真与AI理论交叉产生的新范围。相对于传统的数字仿真，定性仿真有其独到之处：这种仿真能处置多种形式的信息，有推理能力和学习力，能初步模仿人类思维方法，人机界面更符合人的思维习惯，所得结果更容易理解。

定性仿真的研究中，美国学者起步较早。70年代后期，美国XEROX实验室的John de Kleer 和Seely Brown 在设计一个电路教学系统时发现，以常规的数学模型和仿真办法很难使学生非常快了解电路的工作过程，而在实质教学中，老师并非先给出数学公式，而是先解说电路的工作原理，使用定性的描述办法，那样能否用计算机来模拟这一办法呢？同样在很多的实质工作中，大家更多的是依赖这种对系统原理性的理解，而这种理解的基础就是定性常识。不少专家学者开始探索怎么样在数字仿真中引入定性常识。

1983年，John de Kleer 和Seely Brown发表了有关定性仿真的第一篇论文A Qualitative Physics based On Confluence?[1]，产生了巨大反响，揭开了定性仿真研究热潮的序幕。美国麻省理工学院的Kenneth D. Forbus则对定性仿真理论作了全方位的总结[2]；1986年美国德州大学的Benjamin Kuipers在 Qualitative Simulation”一文中提出了动态仿真算法QSIM[3]，使定性仿真接近于实用。1984年AI杂志首次出版了关于定性问题的专集。此后定性问题的研究成为AI和系统建模与仿真范围的一个热门，很多学者加入到这一研究范围中，产生了很多的研究成就。1991年，AI杂志又出版了有关定性推理的第二本专集，标志着该范围理论研究渐渐成熟并且向应用范围扩展。90年代以来，该范围的研究状况可谓方兴未艾，在IEEE的有关杂志上和撊斯ぶ悄軘等国际刊物上常常可以看到定性仿真方面的研究成就。国内该范围的研究起步较晚，现在从事定性理论研究的仅限于少数院校的少数研究者。

定性仿真产生之后，在理论上出现了百家争鸣的局面，研究者们依据我们的见解提出了各自的建模和仿真理论。现在，基本可分为三个理论派别，即模糊仿真办法、基于总结学习的办法和朴素物理学办法。

模糊数学办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方法。刚开始，系统的定性值是使用区间模糊数的行为来描述的，英国的Qiang Shen进一步将它进步到用凸模糊数来描述定性值[4]，在数据表示上前进了一大步。此后，又有人在其基础上引入了概率论，来度量生成的多个行为的可信度。目前的模糊定性理论，在模糊数表示方面都存在一大弱点，那就是系统真实值与模糊量空间的映射问题，即怎么样确定描述系统的模糊量。

总结推理法是定性仿真的一个新方向，它起来自于通用系统理论，主要借助其中的通用系统问题求解（General System Problem Solve）技术。输入尽量多的行为，通过总结学习的方法，架构系统的定性模型，进行仿真研究。总结推理法最突出的优势在于它完全无需对象系统的结构信息，无需预先提供任何模型。但，这种办法需要采集很多的数据并处置和维护；而且，因为现实条件的限制，不可以保证总结的完备性。

朴素物理办法在理论和应用上进步得最为成熟，它兴起于一些AI专家对朴素物理系统的定性推理研究。依据打造系统定性模型的办法，又可分为不少派别，比较有影响的有：Seely Brown和John de Kleer提出的基于摿鲾的定义的理论，K. D. Forbus 的定性过程理论，B.J.Kuipers基于约束的用定性微分方程描述的定性仿真理论等。

2 定性仿真的应用

目前，定性仿真技术与物理、化工、生态、生物、社会等学科相互渗透、结合，在系统监测、问题诊断、系统行为剖析、讲解与预测等方面发挥着愈加大有哪些用途。 海外文献报导较多而且应用获得效果比较明显的应用范围主要有：工程和工业过程；电子电路剖析和问题诊断；医药和医疗诊断；社会经济范围。 下面有选择地根据应用范围介绍其中比较典型的项目。

2.1 工程和工业过程

这里工程指传统的工程范围及一些工程设施，如蒸馏塔、高压锅炉、汽轮机等人造设施；工业过程指一些连续系统，如机械制造、发酵、化工过程和电站等 。这方面的应用项目比较多见。

ARTIST是欧洲的ESPRIT 计划中的一个项目[5]，项目领导者是苏格兰的Heriot-Watt大学的Leitch.R，完成于1993年7月。此项目打造了定性动态模型，应用于过程监测与问题诊断。Leitch等人打造了一个基于定性微分方程和模糊量空间的定性仿真器： Fusim, 现已应用在输配电互联网和化工厂蒸馏塔的过程监控、剖析、诊断上。

ESPRIT计划中另一应用定性推理的要紧项目是：TIGER工程-汽轮机的监测、诊断系统[6]。现已应用在 Exxon化工厂的大型工业汽轮机与Dassault航空中心的宇宙飞船辅助动力单元。系统应用定性仿真来预测汽轮机启动及负载改变时的可能行为。

2.2 电子电路剖析和问题诊断

定性仿真的一个非常重要的应用范围便是电子电路剖析和问题诊断。定性推理的先驱人物de Kleer早在1976年便开发了用定性常识研究电子线路的系统 LOCAL，即依据电路部件已测知的正常行为和错误行为，剖析实质行为和预测行为的不同之处，然后指出电路的问题点。这种思想后来进步成了基于模型的问题诊断理论。到了现在，因为定性推理和仿真技术的不断进步，该应用范围的进步前景更为广阔。

这种项目中，最为典型的是Dague.P等人开发的模拟电路问题诊断工具-DEDALE[7]。Dague对该系统进行了一系列实验，声称：DEDALE系统能诊断出电路问题的75％，另外的25％问题没构成对电路性能的显著影响，并且可以通过其他方法测试出。Electronique Serge Dassault 继续这个范围的研究工作，已推出一个名为“DIAGMASTER”的商业化商品。

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