基于混合DSm模型的證據融合信息流程的制作方法【專利摘要】本發明公開了一種混合DSm模型的證據融合信息流程。該方法建立了混合DSm模型的證據融合總流程，并將DSm理論信息流程從時序上可以分為八個步驟，如圖1所示。通過研究對證據融合的信息流程的信息流向、信息流程的主要數據和輔助數據進行了分類。本發明對證據融合信息流程及相關節點輸入輸出信息進行了詳細分析，分為數據輸入、數據表示和數據處理，在不降低DSm理論處理效果的前提下對計算量進行了控制，保證了DSm理論使用的高效有序。本發明不僅能在混合DSm模型下有效使用證據融合信息流程，加入相應約束條件還可對自由DSm模型和Shafer模型進行使用，具有較廣泛的應用價值。【專利說明】基于混合DSm模型的證據融合信息流程【
技術領域：
】[0001]本發明創建了一種混合DSm模型下的證據融合信息流程，可以用于對混合DSm模型證據融合的全過程，明確相關節點輸入輸出信息，實現完整的過程控制。【
背景技術：
】[0002]Dezert-Smarandache理論（DSm理論）是一種重要的不確定性推理理論，其既能夠處理傳統的互斥融合問題，又能處理實際融合中模糊的、不確定的、沖突的等較復雜的問題"AdvancesandApplicationsofDSmTforInformationFusion.，'（FlorentinSmarandacheandJeanDezert.AmericanResearchPress,Rehoboth,USA,Vol.1,Vol.2andVol.3,2004/2006/2009)。DSm理論中不僅有Dempster-Shafer理論（DS理論）的Shafer模型，還增加了自由DSm模型和混合DSm模型。混合DSm模型擴展了Shafer模型在表示上的不足，而且不存在自由DSm模型由于細分很多部分而造成沒有物理意義的缺陷。混合DSm模型可以同時有模糊概念和離散假設，S卩加入了約束條件，使得DSm理論可以在混合DSm模型下處理實際中的動態融合問題。因此，混合DSm模型是能適合各種條件的通用模型，其他兩個模型可以看作是混合DSm模型的特例。但現有的研究主要針對DSm理論和應用中出現的單個問題，如組合規則的改進、計算量的減小等。單個問題的研究可以解決某些具體問題，但無法從整體的角度考慮研究的效果，所以宏觀信息流程及相關節點的輸入輸出信息表示、處理是亟待解決的問題。Dezert和Smarandache在首先提出了三層DSm融合框架，以自由DSm模型為基礎，約束與融合為第二層，最后在決策層完成處理。有學者從遞歸的角度對DSm理論的信息流程做了簡單的描述，給出的信息流程只能表達信息的流向，沒有信息表示、信息間關系等基本問題的分析"基于Dezert-Smarandache理論的遞歸目標識別融合方法"（胡麗芳，關欣，何友，控制理論與應用，2012,29(1):79-84.);還有研究人員提出了證據理論的廣義融合框架，將證據推理結構分為四個層次，但沒有給出詳細的流程"廣義證據推理融合結構."（黃心漢，李鵬，王敏.廣義證據推理融合結構，智能系統學報，2010,5(6):487-491.);李新德分別從兩個角度給出了DSm理論近似推理融合方法的流程"一種快速分層遞階DSmT近似推理融合方法（A)，"（李新德，JeanDezert，黃心漢，孟正大，吳雪健，電子學報，2010,38(11):2566-2572.)。綜上，信息流程的現有研究基本處于零散的狀態，有必要對信息流程及流程中的數據表示、處理、顯示等關鍵問題進行深入細致的研究。【
發明內容】[0003]本發明的目的正是針對上述【
背景技術：
】中的不足之處提出的。本發明構建了混合DSm模型的證據融合信息流程。首先建立了混合DSm模型的證據融合總流程，并將DSm理論信息流程從時序上可以分為八個步驟：步驟1是輸入數據，步驟2是規則選擇，步驟3是參數選擇，步驟4是數據預處理，步驟5是數據融合，步驟6是結果決策，步驟7是決策結果處理，步驟8是結論輸出顯示。總信息流程如圖1所示。其次分析了關鍵步驟的詳細流程及相關節點輸入輸出信息。通過建立證據融合信息流程，可以為工程技術人員的使用DSm理論進行數據融合處理提供依據。工程技術人員可根據具體任務和實際要求，結合信息流程，合理地選擇組合規則、決策規則、對各部分進行優化，使效果達到最好。[0004]為了實現上述的發明目的，本發明提供了一套基于混合DSm模型的證據融合信息流程。[0005]第一步：對目標或事件的具體屬性進行描述，包含了數據處理、決策所需要的四種數據；[0006]第二步：在組合規則性質數據庫篩選規則選擇；[0007]第三步：用戶根據實際需求對融合模式、合成方法、決策方法以及顯示模式進行確定，融合模式、決策方法和顯示模式由用戶確定，組合方法由第二步確定；[0008]第四步：完成數據在不同表示方法間的轉換，得到精簡計算編碼，使數據便于計算；[0009]第五步：將精簡計算編碼表示的證據進行融合處理，得到合理有效的融合結果。[0010]第六步：再根據參數選擇中選擇的決策規則進行結果決策，得精簡到計算編碼表示的決策結果；[0011]第七步：完成數據在不同表示方法間的轉換，得到字符編碼表示的決策結果，使結果便于理解；[0012]第八步：結論輸出顯示。[0013]本發明的優點在于：[0014]⑴對混合DSm模型下相關節點的輸入輸出信息表示、處理進行了全面的分析，建立了完整的信息流程，對DSm理論的應用提供了理論依據；[0015](2)以信息流程為基礎對提出了新的信息表示方法，利用合理的編碼形式有效減小了計算量。【專利附圖】【附圖說明】[0016]圖1是基于混合DSm模型的證據融合信息流程圖，該流程分為分為八個步驟：步驟1是輸入數據，步驟2是規則選擇，步驟3是參數選擇，步驟4是數據預處理，步驟5是數據融合，步驟6是結果決策，步驟7是決策結果處理，步驟8是結論輸出顯示。[0017]圖2是命題的維恩圖及其對應的兩種編碼（η=3)。在維恩圖中表示了Smarandache編碼和計算編碼的特點。[0018]圖3是數據預處理流程圖。數據預處理是從輸入證據的字符代碼開始，到轉換為表示編碼，再轉換為計算編碼，在考慮約束條件的情況下最終轉換為精簡計算編碼。[0019]圖4是數據融合流程圖（以PCR6規則為例）。數據融合是將精簡計算編碼表示的證據進行融合處理，得到合理有效的融合結果。[0020]圖5是結果決策流程圖（以DSmP為例）。結果決策對合成結果進行再處理得到決策結果。[0021]圖6是應用舉例信息流程。【具體實施方式】[0022]下面結合附圖對發明的技術方案進行詳細說明：[0023]DSm理論信息流程從完成的功能可以分為三部分：信息準備、信息表示和信息處理。信息準備包括步驟1、步驟2和步驟3,主要對處理的問題進行明確的描述，對處理方法及處理中涉及的各種參數進行確定；信息表示包括步驟4、步驟7和步驟8,主要為信息處理前的數據轉換和信息處理后的決策結果轉換及最終輸出顯示；信息處理包括步驟5和步驟6，主要包括對證據的融合、融合后的決策。[0024]1.信息準備[0025]DSm理論信息流程涉及的數據眾多，不僅有需要處理的證據及其屬性，還有合成方法、決策方法等參數。這些數據和參數的確定稱為信息準備。[0026]1.1輸入數據[0027]DSm理論的輸入數據需要對目標或事件的具體屬性進行描述，包含了數據處理、決策所需要的四種數據。一是辨識框架結構，辨識框架結構用來表征不同模型和不同約束條件下證據所屬的類別。辨識框架結構是各種表示方法的基礎。二是證據，包括證據焦元及其對應的基本信度分配。證據是需要處理的核心數據。三是約束條件，約束條件是處理數據內在關系的數學化表示。約束條件可以分為兩類：一類是命題間的排斥性約束；另一類是命題相容但根據先驗知識獲悉在實際中并不存在的非存在性約束。四是可決策焦元，可決策焦元是要根據實際情況在決策時哪些焦元可以作為決策結果，并將完全不可能作為決策結果的元素排除，保證決策的合理性。[0028]1.2參數選擇[0029]輸入數據由客觀實際確定，而參數選擇更多考慮的是工程師或用戶的主觀因素。參數選擇是用戶根據實際需求對融合模式、合成方法、決策方法以及顯示模式進行確定，融合模式、決策方法和顯示模式由用戶確定，組合方法由組合規則選擇模塊確定。[0030]組合規則是DSm理論信息融合的核心，規則的選擇直接決定了融合效果，本文將組合規則選擇作為一個模塊進行分析。規則選擇在組合規則性質數據庫篩選。其中，主要通過合成性質、時序性質和工程可用性質三大類對組合規則評價建立數據庫。[0031]2.信息表不[0032]由信息準備可知，DSm理論中信息種類繁多。信息表示是否準確高效關系到數據的處理效率和辨識度。信息表示可分為數據預處理和決策結果處理，兩部分都是為了完成數據在不同表示方法間的轉換，數據預處理要使數據便于計算，決策結果處理使結果便于理解。不同數據結構和功能特點決定了表示方法的不同。[0033]2.1信息表不方法[0034]DSm理論框架下，要為不同數據構造滿足功能、清晰表示、高效處理的信息表示方法。DSm理論的信息表示方法包括四種：字符編碼、表示編碼、Smarandache編碼以及計算編碼。[0035]字符編碼即證據焦元的原始表示方法，如"ηθ2"。字符編碼易于閱讀，主要用于與用戶的交互。表示編碼是把字符編碼都通過數字表示，如ηθ2"表示成[1-l2]，其中-1代表符號η，其他符號也有相應的編碼表示。表示編碼是字符編碼與其他編碼轉換的橋梁。Smarandache編碼方法由Smarandache在文獻"Partialorderingonhyper-powersets.''(DezertJ,SmarandacheF.AdvancesandApplicationsofDSmTforInformationFusion(CollectedWorksVol.I).AmericanResearchPress,Rehoboth,2004:49-60.)中提出，Smarandache編碼方法用列舉表示維恩圖的分離部分。圖2(a)表示了η=3時，命題的維恩圖及其對應的Smarandache編碼。Smarandache編碼方法雖然比較容易理解，在表示上有優勢，但在計算時需要大量邏輯加、邏輯乘運算，復雜度較高。為解決Smarandache編碼在計算中的問題，ArnaudMartin在文獻"Implementinggeneralbelieffunctionframeworkwithapracticalcodificationforlowcomplexity.''(MartinA,AdvancesandApplicationsofDSmTforInformationFusion(CollectedWorksVol.III).AmericanResearchPress，Rehoboth，2009:3-74.)中提出了計算編碼。計算編碼也是對維恩圖的分離部分進行表示，但其對應數字是[1:2n-l]中的整數。計算編碼能顯著降低計算量。圖2(b)表示了η=3時，命題的維恩圖及其對應的計算編碼。[0036]2.2彳目息表不流程[0037]不同的表示方法需要在表示流程的相應節點才能發揮其作用。信息表示流程分為數據預處理和決策結果處理。數據預處理是從輸入證據的字符代碼開始，到轉換為表示編碼，再轉換為計算編碼，在考慮約束條件的情況下最終轉換為精簡計算編碼。而決策結果處理是從以精簡計算編碼表示的決策結果開始，最終轉換為易于顯示的字符編碼，是數據預處理的逆運算。數據預處理的流程如圖3所示。[0038]數據預處理首先根據辨識框架結構，生成完整計算編碼；其次，根據限制條件和完整計算編碼框架，將約束條件限制的不存在元素去除，得到精簡計算編碼，其中，約束條件也是用字符編碼表示，要轉換為表示編碼；最后，首先將原始證據的字符編碼通過處理得到表示編碼，根據已得到精簡計算編碼將其再轉換為精簡計算編碼表示原始證據的數組架構。通過以上步驟，將證據由字符編碼轉換為計算編碼，方便計算機對數據進行合成，決策、評價等處理。[0039]3.信息處理[0040]信息處理決定了信息的融合效果，是信息流程的核心。信息處理分為兩部分：數據融合和結果決策。數據融合是將精簡計算編碼表示的證據進行融合處理，得到合理有效的融合結果。再根據參數選擇中選擇的決策規則進行結果決策，得到計算編碼表示的決策結果。[0041]3.1數據融合[0042]數據融合需要三部分數據，一是選定的合成規則，二是精簡計算編碼，三是證據。數據融合的核心是對證據的處理。以PCR6組合規則為例"Anewgeneralizationoftheproportionalconflictredistributionrulestableintermsofdecision.''(MartinA,OsswaldC.AdvancesandApplicationsofDSmTforInformationFusion(CollectedWorksVol.II).AmericanResearchPress，Rehoboth，2006:69_88·)，數據融合處理如圖4所示。[0043]數據融合處理首先根據規則選擇部分的結果，確定為PCR6規則；在此計算相交證據和空集位置，將空集對應的信度按照PCR6的分配方式重新進行分配，將分配的部分追加在相交證據中，得到重分配證據；最后對重分配證據進行去重處理，得到合成結果。[0044]3.2結果決策[0045]結果決策對合成結果進行再處理得到決策結果。結果決策不僅與合成結果有關，還涉及到決策規則選擇、可決策元素及作為輔助數據的精簡計算編碼。以DSmP"Anewprobabilistictransformationofbeliefmassassignment.，'（DezertJ,SmarandacheF.InformationFusion,1lthInternationalConferenceon,Cologne,Germany,2008：1410-1418.)方法為例，結果決策流程圖如圖5所示。[0046]結果決策首先根據可決策元素代碼，得到具體的可決策元素，再根據可決策元素對合成結果和精簡計算代碼進行處理，生成基于可決策元素的決策用證據和決策用計算編碼；第二步對決策規則判斷；最后用選定的決策方法對決策用證據進行決策，得到決策結果。[0047]4應用舉例[0048]為了驗證信息流程的有效性，通過一個例子對整個信息流程進行說明。設模型為混合DSm模型，辨識框架為Θ={A，B，C}，維數為3。完整的信息流程如圖6中所示，信息流程中涉及的主要變量在信息流程中的數值如表1中所示。其中黑色實線代表證據在信息流程的路徑。[0049]表1應用舉例信息流程主要變量值[0050]【權利要求】1.基于混合DSm模型的證據融合流程，具體為：基于混合DSm模型的證據融合流程，從時序上可以分為八個步驟：步驟1是輸入數據，步驟2是規則選擇，步驟3是參數選擇，步驟4是數據預處理，步驟5是數據融合，步驟6是結果決策，步驟7是決策結果處理，步驟8是結論輸出顯示。2.基于混合DSm模型的證據融合流程的信息準備模塊，具體為：1)輸入數據。DSm理論的輸入數據需要對目標或事件的具體屬性進行描述，包含了數據處理、決策所需要的四種數據。辨識框架結構、證據、約束條件和可決策焦元。2)參數選擇。輸入數據由客觀實際確定，而參數選擇更多考慮的是工程師或用戶的主觀因素。參數選擇是用戶根據實際需求對融合模式、合成方法、決策方法以及顯示模式進行確定，融合模式、決策方法和顯示模式由用戶確定，組合方法由組合規則選則確定。3.基于混合DSm模型的證據融合流程的信息表示方法，具體為：DSm理論框架下，要為不同數據構造滿足功能、清晰表示、高效處理的信息表示方法。DSm理論的信息表示方法包括四種：字符編碼、表示編碼、Smarandache編碼以及計算編碼。字符編碼即證據焦元的原始表示方法，字符編碼易于閱讀，主要用于與用戶的交互。表示編碼是把字符編碼都通過數字表示，表示編碼是字符編碼與其他編碼轉換的橋梁。Smarandache編碼方法用列舉表示維恩圖的分離部分，Smarandache編碼方法在表示上有優勢，但在計算時需要大量邏輯加、邏輯乘運算，復雜度較高。計算編碼也是對維恩圖的分離部分進行表示，但其對應數字是[l:2n-l]中的整數。計算編碼能顯著降低計算量。4.基于混合DSm模型的證據融合流程的信息表示流程，具體為：信息表示流程分為數據預處理和決策結果處理。數據預處理是從輸入證據的字符代碼開始，到轉換為表示編碼，再轉換為計算編碼，在考慮約束條件的情況下最終轉換為精簡計算編碼。而決策結果處理是從以精簡計算編碼表示的決策結果開始，最終轉換為易于顯示的字符編碼，是數據預處理的逆運算；數據預處理首先根據辨識框架結構，生成完整計算編碼；其次，根據限制條件和完整計算編碼框架，將約束條件限制的不存在元素去除，得到精簡計算編碼，其中，約束條件也是用字符編碼表示，要轉換為表示編碼；最后，首先將原始證據的字符編碼通過處理得到表示編碼，根據己得到精簡計算編碼將其再轉換為精簡計算編碼表示原始證據的數組架構。通過以上步驟，將證據由字符編碼轉換為計算編碼，方便計算機對數據進行合成，決策、評價等處理。【文檔編號】G06F17/30GK104281580SQ201310273792【公開日】2015年1月14日申請日期:2013年7月2日優先權日:2013年7月2日【發明者】李鴻飛,金宏斌,田康生申請人:李鴻飛