可拓学第一讲:基元建模
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中国人工智能系列白皮书----可拓学目录第1 章可拓学概述 (1)1.1可拓学的学科体系 (1)1.1.1可拓学的定义和定位 (1)1.1.2可拓学的理论体系——可拓论 (1)1.2可拓学的方法体系——可拓创新方法 (3)1.2.1拓展分析方法 (5)1.2.2共轭分析方法 (5)1.2.3可拓变换方法 (5)1.2.4可拓集方法 (5)1.2.5优度评价方法 (6)1.3可拓工程 (6)1.3.1可拓学在人工智能领域的应用 (6)1.3.2可拓学在工程技术领域的应用 (9)1.3.3管理可拓工程 (10)1.3.4可拓学与其他领域的交叉融合 (10)第2 章可拓策略生成方法与系统 (11)2.1 引言 (11)2.2可拓策略生成的一般方法 (12)2.2.1问题的形式化界定方法 (12)2.2.2问题相容性的判断方法 (13)2.2.3问题相关度的计算方法 (13)2.2.4拓展分析方法与共轭分析方法 (13)2.2.5可拓变换及其筛选方法 (14)2.2.6可拓策略的优度评价方法 (15)2.3可拓策略生成系统 (15)2.3.1ESGS 的主要功能模块 (15)2.3.2应用ESGS 求解不相容问题的一般步骤 (18)2.3.3ESGS 的软件架构 (19)2.4ESGS 软件研制情况 (19)2.5结束语 (20)第3 章基于可拓学的数据挖掘研究与应用 (21)3.1 引言 (21)3.2可拓分类知识获取 (22)3.3传导知识获取 (24)3.4基于知识库的可拓知识获取 (24)3.4.1拓展型可拓知识获取 (24)3.4.2从知识库中获取可拓知识的理论基础 (25)3.4.3基于决策树知识的可拓知识获取 (25)3.5智能知识的挖掘算法、技术与管理 (26)3.5.1转化规则挖掘方法 (26)3.5.2基于多目标线性规划的二次挖掘方法 (27)3.5.3智能知识管理系统设计技术 (27)3.5.4知识可拓优化技术 (27)3.6可拓模式识别 (28)3.7可拓神经网络 (29)3.7.1可拓神经网络的基本思想 (30)3.7.2可拓神经网络的类型与算法分析 (30)3.8应用研究成果 (34)3.8.1基于可拓数据挖掘的客户价值获取 (34)3.8.2产品销售问题可拓分类知识挖掘 (34)3.8.3基于变换选择策略的可拓知识挖掘系统 (35)3.8.4客户流失预防与转化策略获取系统 (35)3.8.5可拓建筑策划与设计数据挖掘 (36)3.8.6基于多目标线性规划的二次挖掘方法的应用 (37)3.8.7双权连接可拓神经网络的应用 (37)3.9结束语 (38)第4 章可拓设计 (39)4.1 引言 (39)4.2机械产品的可拓设计理论与方法 (40)4.2.1可拓概念设计 (40)4.2.2可拓配置设计 (41)4.2.3可拓低碳设计 (43)4.2.4可拓绿色设计 (45)4.2.5可拓设计的计算机实现 (47)4.3可拓建筑策划与设计的理论与方法 (47)4.3.1可拓建筑策划的理论与方法 (47)4.3.2可拓建筑设计的理论与方法 (48)4.3.3计算机辅助可拓建筑策划与设计 (50)4.4结束语 (50)第5 章可拓控制 (51)5.1可拓控制的研究背景和意义 (51)5.2可拓控制理论 (52)5.2.1可拓控制的基本概念 (52)5.2.2可拓控制的原理 (55)5.2.3可拓控制器的结构与设计 (55)5.3可拓控制的应用 (57)参考文献 (60)第 1 章可拓学概述1.1可拓学的学科体系1.1.1可拓学的定义和定位可拓学(Extenics)是以形式化的模型,探讨事物拓展的可能性以及开拓创新的规律与方法,并用于解决矛盾问题的科学。
可拓学简介“可拓学”是以蔡文教授为首的我国学者们创立的新科学。
1983年以蔡文发表首篇论文“可拓集合和不相容问题”标志着可拓学的创立。
可拓学用形式化的模型,研究事物拓展的可能性和开拓创新的规律与方法,并用于处理矛盾问题,解决矛盾,“不行变行”、“不是变是”、“不知变可知”、“矛盾变不矛盾”。
听起来是一门非常神奇的学科啊!一、矛盾问题矛盾问题,是指人们要达到的目标在现有条件下无法实现的问题。
例如,要称一头大象,却只有能称20kg的小称;《三国演义》中的诸葛亮要对付司马懿的10万精兵,却只有5000老弱残兵。
有时候,在同一条件下,要实现两个对立的目标,例如,香港的汽车靠左行驶,大陆的汽车靠右行驶,在遵守双方交通规则的条件下,要想把它们联结成一个大系统,又不会撞车,该怎么办?诸如此类的矛盾非常多,那么这些矛盾有没有规律可循?能不能建立一套理论与方法,去探讨它们,这就是可拓学的出发点。
二、可拓论可拓论包括基元理论、可拓集合理论和可拓逻辑。
1、基元理论基元理论提出了描述事物基本元的“物元”、“事元”和“关系元”,讨论了基元的可拓性和可拓变换规律,研究了定性与定量相结合的可拓模型。
提供了描述事物变化与矛盾转化的形式化语言。
(1)物元定义:把物 N ,特征 c 及关于 c 的量值 v 构成的有序三元组 R=(N,c,v)作为描述物的基本单元,称为一维物元,N,c,v三者称为物元R的三要素,其中c和v构成的二元组M=(c,v)称为物N的特征元。
例如:曹冲称象问题中,R1=(大象A,重量,xkg),R2=(小称B,称量,100kg)。
如何用小称B来称大象的重量呢?可以将物元R1经过物元可拓变换转化为R3=(石块,重量,ykg),那么用一个称量仅有100kg的称来称大象的重量的矛盾问题就解决了。
当然这只是一个极简单的例子。
一个事物有许多特征,所以要完整准确描述事物就有了“n维物元”的概念。
这里就不细介绍了。
(2)事元物与物之间的相互作用称为事,事以事元来描述。
可拓基元的形式化表示与实现摘要:研究用广义表存储物元、事元、关系元以及复合元的方法,以及广义表作为数据结构表示基元时,基本的基元可拓变换的算法实现。
研究基元的形式化可以巩固可拓学在计算机中的实现基础,为编程提供了新的思路。
关键词:可拓学;基元;数据结构0 引言可拓学是用形式化、定量化和逻辑化的方法研究处理矛盾问题的科学,为用计算机帮助人们处理矛盾问题提供了理论和方法[1]。
为了形式化描述客观世界的物、事和关系,提出了基元的概念,基元是可拓学的逻辑细胞[2]。
随着可拓策略生成系统[3]和可拓数据挖掘理论[4]的发展,基元在计算机中的形式化表示已经成为实现基元可拓变换等可拓算法的前提和基础。
文献[3]中提出了表示基元的3种数据结构:关系数据表、结构体和类。
为了适应更复杂的算法设计,需要更符合基元逻辑结构的形式化方法,本文提出了以广义表作为数据结构表示基元的方法,以及在此方法上进行可拓变换等操作的算法实现。
1 预备知识物元、事元和关系元统称为基元。
限于篇幅,本文只给出基元的定义,物元、事元和关系元的定义请读者参考文献[5]。
为了更好地阐述本文的思想,本节还将介绍可拓变换的基本概念。
对于其它类型的可拓变换,只要找到要变换的元素所在结点,变换的方法与上述方法原理是一致的,在此不再赘述。
对于需要处理大量基元的情况,可以将数据库中的基元提取出来后用广义表表示,再调用相应的算法,这样可以大幅提高算法效率。
参考文献:[1] 蔡文,石勇.可拓学的科学意义与未来发展[J].哈尔滨工业大学学报,2006(7).[2] 蔡文,杨春燕,何斌.可拓逻辑初步[M].北京:科学出版社,2003:20.[3] 李立希,杨春燕,李铧汶.可拓策略生成系统[M].北京:科学出版社,2006.[4] 陈文伟.数据仓库与数据挖掘教程[M].北京:清华大学出版社,2006.[5] 杨春燕,蔡文.可拓工程[M].北京:科学出版社,2007.[6] 严蔚敏,吴伟民.数据结构:C语言版[M].北京:清华大学出版社,1997.[7] 谭浩强.C程序设计[M].第2版.北京:清华大学出版社,1999.。
元建模知识
嘿,朋友们!今天咱来聊聊元建模知识这玩意儿。
你说元建模知识像啥?就好比是搭积木,每一块积木就是一个模型,而元建模知识呢,就是告诉你怎么去设计这些积木,怎么把它们搭得又稳又好看。
咱平时生活中其实也经常碰到元建模知识呢。
比如说你打算装修房子,那你不得先想想怎么布局呀,哪里放床,哪里放桌子,这就是一种元建模呀!再比如你玩游戏,创建角色的时候,怎么分配属性点,让角色更厉害,这也是一种元建模嘛。
元建模知识可重要了呀!没有它,那可就乱套啦。
就好像你盖房子不打地基,那能行吗?肯定不行呀!它能让我们做事更有条理,更有规划。
你想想看,要是没有元建模知识,我们做事情不就跟没头苍蝇似的乱撞吗?一会儿这样,一会儿那样,最后啥也没做成。
有了它,我们就可以先想好怎么做,然后一步一步来,多靠谱呀!
而且元建模知识还能让我们不断地优化和改进呢。
就像你搭积木,搭完了觉得不好看,还能拆了重新搭呀,元建模知识也一样,发现问题了就改进,让事情变得越来越好。
那怎么才能掌握好元建模知识呢?这可得下点功夫。
首先得学习呀,多看看相关的资料,多听听别人的经验。
然后呢,自己得多实践,光说不练假把式呀,只有在实践中才能真正理解和掌握。
咱可不能小瞧了这元建模知识,它可是能帮我们解决大问题的呢!你想想,要是在工作中,你能运用元建模知识把项目规划得井井有条,那领导不得对你刮目相看呀?在生活中,你能运用元建模知识把家里打理得妥妥当当,那家人不得更爱你呀?
所以呀,大家都要重视起来这元建模知识呀,别不当回事儿。
它就像一把钥匙,能打开很多扇门,让我们的生活和工作都更加顺利,更加精彩呢!这可不是开玩笑的哟!。
可拓学—搜狗百科
中国科学院吴文俊院士和中国工程院李幼平院士为首的鉴定委员会对“可拓论及其应用研究”的鉴定
鉴定意见
《可拓论及其应用研究》总结古往今来种种矛盾现象的表现与处理方法,经过形式化、逻辑化与数学化,形成一门原创性的学问:可拓学。
可拓学的推广应用,又形成“ 可拓工程方法”。
1988年至今,国家自然科学基金用6个项目支持可拓学的研究。
本项目是20多年来可拓学理论框架和方法体系研究成果的综合。
本项目用形式化语言描述物、事与关系,研究化解矛盾问题的形式化方法,把哲学上用自然语言表示的规律与逻辑,转化为用计算机可操作、可处理的方法体系。
到现在为止,我们还没有见到国内外有人做过如此全面深入的类似工作。
我们一致认为,这是一项值得支持、奖励与继续发展的原创性成果。
基元理论、可拓集合理论和可拓逻辑是可拓论的三大支柱。
其中,基元理论用物元、事元与关系元描述被研究对象;可拓集合理论是在康托集合与模糊集合之后的一项创造,它对实变函数中距离的概念加以拓展,引入描述客观事物性质变化的关联函数工具,为表达矛盾问题的转化提供了定量手段;可拓逻辑则是辨证逻辑和形式逻辑的科学集成。
本项目为计算机帮助工程领域处理矛盾问题提供了基础理论和基础方法。
目前,已经在控制与检测、人工智能与计算机、经济与管理等领域得到初步的应用,表明可拓学方法在工程技术领域将有广阔的应用前景。
在人工智能方面,本项目建立了描述信息和知识的一种新模型,为生成策略提供了可操作的方法。
综上所述,经历20多年连续研究,蔡文教授等人已经建立一门横跨哲学、数学与工程的新学科--可拓学,它是一门由我国科学家自已建立的、具有深远价值的原创性学科,应当给予支持与奖励。
可拓学现实世界存在很多矛盾问题,需求与条件的矛盾,事物与事物之间的矛盾。
而由于诸多不和谐因素的存在,人们不得不用一根最多称200千克重的秤,去称取数吨重的大象;公安部门不得不凭借少量的信息,去侦破复杂的案件。
矛盾渗透于社会的每寸肌肤,伴随着社会的产生和发展。
为了更加系统简便的去解决问题,人们下意识的去总结古今的矛盾问题和相应的解决办法,于是,可拓学便应运而生了。
通俗地说,可拓学研究产生创意的理论和方法,成为生产创意的理论依据和方法来源。
可拓学是由我国学者蔡文研究员在1983年创立的一门新学科。
它以不相容问题为研究中心,去寻求事物矛盾的内在机制。
它使我们更加睿智地面对复杂的矛盾问题。
一定程度上来说,可拓学识一门很圆滑的学科,它有自己的支柱理论(基元理论、可拓集合理论和可拓逻辑)和固有的理论模型,另一方面,它有不是死板的套用,正如每个事物都具有多个特征,而每个特征都蕴含有多种功能,所以,可拓学是灵活多变的。
从北京到上海,始末位置虽然已经固定下来了,但可供选择的方式确是多变的,你可以选择单一的交通工具,也可以是不同的不同交通方式的组合;你可以选择水路,或者航空路线;你可以去乘大巴或者是搭载火车,你可以选择任意一种你喜欢的方式。
可拓学作为“介于试验与数学之间的一门边缘学科。
自可拓学创立以来,它就开始和各个领域的不同企业产生着千丝万缕的联系。
也许是因为实用性的缘故,导致了可拓学的早熟。
经过数十年的发展,可拓学已经有了比较成熟的理论系统。
而近年来,可拓学理论开始知道可拓学向应用方面发展可拓工程。
可拓工程作为可拓学特有的方法,在产品设计,企业策划,过程控制,识别与评价,技术科学与人工智能领域有着广泛的应用前景。
香港的交通规则是汽车靠左行驶,而内地的汽车则靠右行驶。
你是否想过,如果将这两个不同运行规则的交通系统连接在一起会怎样呢?这似乎是个令人头疼的问题,但深圳修建的黄岗桥使得靠左行驶的香港来车经过它,自动变成靠右行驶进入内地,同样内地来车经过它进入香港时也变成靠左行驶。
可拓学原理与应用一、概述可拓学(Kriging)是一种用于空间插值和预测的统计方法,其原理基于地质学家Danie G. Krige的研究成果。
可拓学通过对已知数据点的空间相关性进行分析,从而推断未知位置的数值。
本文将详细介绍可拓学的原理和应用。
二、可拓学原理1. 可拓函数模型可拓学的核心是可拓函数模型,其基本形式为:Z(x) = μ + ε(x)其中,Z(x)表示位置x处的数值,μ是整体均值,ε(x)是误差项。
可拓函数模型假设误差项满足以下条件:- 误差项的均值为0,即E[ε(x)] = 0;- 误差项之间具有空间相关性,即Cov[ε(x), ε(x')] = C(x, x')。
2. 可拓函数的空间相关性可拓函数的空间相关性可以通过半方差函数来描述,其定义为:γ(h) = Var[ε(x) - ε(x+h)]其中,h表示距离。
半方差函数可以用来衡量两个位置之间的相似性,距离越近,半方差越小,说明两个位置之间的相关性越强。
3. 可拓函数的参数估计为了估计可拓函数模型的参数,需要根据已知数据点的数值和位置,通过最小二乘法求解出半方差函数的参数。
常用的参数估计方法有最小二乘估计和最大似然估计。
4. 可拓函数的插值和预测在得到可拓函数模型的参数后,可以利用该模型进行插值和预测。
对于插值问题,可拓学通过已知数据点的数值和位置,以及半方差函数的参数,推断未知位置的数值。
对于预测问题,可拓学可以根据已知数据点的数值和位置,以及半方差函数的参数,预测未来某一位置的数值。
三、可拓学应用1. 地质勘探可拓学在地质勘探中广泛应用。
通过对已知地质数据点的分析,可以推断未知位置的地质特征,如矿产分布、地下水含量等。
这对于矿产勘探和水资源管理具有重要意义。
2. 环境监测可拓学在环境监测中也有广泛应用。
通过对已知环境数据点的分析,可以预测未来某一位置的环境状况,如空气质量、水质状况等。
这对于环境保护和污染治理具有重要意义。
第三章元建模技术1、领域特定的语言产生及建立2、技术基础元建模技术概述3、UML外扩利用UML外扩定义元模型4、MOF使用元对象基础设施定义元模型5、元模型的扩展级别6、元建模工具现状13.1 领域特定的语言(Domain-Specific Language,DSL)MARJAN MERNIK, et al.When and How to Develop Domain-Specific LanguagesACM Computing Surveys, Vol. 37, No. 4, 20052领域特定的语言是用于特定应用领域的语言,与通用的(编程、建模)语言相比,在表达力、易用性和维护性方面具有优势。
曾称:application-oriented, special purpose, specialized, task-specific, fourth-generation , or application languages.益处:除了用于描述系统模型外,用于分析、验证、优化、并行化、转换模型,而用通用化语言难以做到这点或不易进行描述。
构造难点:领域知识+语言开发技术和经验DSL的可执行性:•具有定义良好可执行语义,如Excel 宏语言, HTML*•应用程序生成器的输入语言,如ATMOL用于大气建模,能据其生成代码•纯的声明性语言,如用BNF定义的语言,它具有解析器•不可执行的,如特定领域的数据结构表示,用于specialized editors, prettyprinters, consistency checkers, analyzers, and visualizers.*34例如:Microsoft Excel 宏语言是用于电子表格应用的DSL ,Excel 的实现已经放在COM 库中,C++, Java 和Basic 可通过COM 接口结合该宏语言编程。
*5DSL 开发阶段决策、分析、设计、实现、部署——这些阶段不一定是顺序的一、决策按定义衡量,新的DSL 要增加表达力、易用性和维护性,减少对编程知识的要求。