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構(gòu)建解決組合爆炸問題的級聯(lián)貝葉斯網(wǎng)絡(luò)的方法

文檔序號:10613013閱讀:415來源:國知局
構(gòu)建解決組合爆炸問題的級聯(lián)貝葉斯網(wǎng)絡(luò)的方法
【專利摘要】一種構(gòu)建解決組合爆炸問題的級聯(lián)貝葉斯網(wǎng)絡(luò)的方法,本發(fā)明包含兩個核心部分:A由系統(tǒng)通路構(gòu)建級聯(lián)貝葉斯網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的方法;B級聯(lián)貝葉斯網(wǎng)絡(luò)的中間節(jié)點概率參數(shù)設(shè)置方法。首先完成貝葉斯網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的構(gòu)建,該網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)與工程實踐中的故障級聯(lián)構(gòu)型一致,再完成并貝葉斯網(wǎng)絡(luò)各節(jié)點條件概率表的設(shè)置,最后共同完成了級聯(lián)貝葉斯網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建。當(dāng)級聯(lián)貝葉斯網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建完畢,能夠運用任何已有貝葉斯網(wǎng)絡(luò)推理技術(shù)對該級聯(lián)貝葉斯網(wǎng)絡(luò)進行推理計算,以求得系統(tǒng)可靠度。本發(fā)明能夠在保證系統(tǒng)可靠度計算結(jié)果正確的同時,有效減少網(wǎng)絡(luò)中的概率參數(shù),具體是將各通路上概率參數(shù)個數(shù)從指數(shù)級降低到線性級,提高了計算效率,解決了組合爆炸問題。
【專利說明】
構(gòu)建解決組合爆炸問題的級聯(lián)貝葉斯網(wǎng)絡(luò)的方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明涉及系統(tǒng)工程可靠性分析領(lǐng)域,具體是一種將系統(tǒng)可靠性框圖轉(zhuǎn)化為貝葉 斯網(wǎng)絡(luò)的方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 可靠性框圖是研究系統(tǒng)可靠性的重要工具。對于復(fù)雜系統(tǒng),用方框系統(tǒng)各組成元 件,用連線描述各組成元件狀態(tài)對系統(tǒng)狀態(tài)影響的邏輯圖稱為可靠性框圖,可靠性框圖簡 稱RBD。按照方框之間的連接方式,可靠性框圖分為串聯(lián)、并聯(lián)、混聯(lián)和橋連等。通過可靠性 框圖建立的系統(tǒng)任務(wù)可靠性模型具有簡明直觀的特點,也最容易為工程人員所掌握,是可 靠性工程領(lǐng)域應(yīng)用最為廣泛、成熟的模型之一。然而,該方法涉及大量的不交化布爾運算, 對于串并聯(lián)形式復(fù)雜的系統(tǒng),例如橋聯(lián)系統(tǒng)、多功能系統(tǒng)等,可靠度的精確計算難以實現(xiàn)。 近年來,由于其高效的計算推理能力,貝葉斯網(wǎng)絡(luò)日益發(fā)展成為一種有效的系統(tǒng)可靠性分 析手段。貝葉斯網(wǎng)絡(luò)簡稱BN,每個節(jié)點都對應(yīng)一張條件概率表,條件概率表簡稱CPT。在利用 貝葉斯網(wǎng)絡(luò)計算系統(tǒng)可靠度時,僅涉及到貝葉斯網(wǎng)絡(luò)各節(jié)點條件概率表中條件概率值的代 數(shù)運算,此處的代數(shù)運算主要包括加法和乘法運算。因此,應(yīng)用貝葉斯網(wǎng)絡(luò)計算系統(tǒng)可靠 度,能夠有效避免RBD存在的大量不交化布爾運算,在可靠性分析計算方面比RBD更為有效。
[0003] 對系統(tǒng)分析人員而言,直接構(gòu)建系統(tǒng)的可靠性框圖比直接構(gòu)造貝葉斯網(wǎng)絡(luò)更為簡 單嫻熟。因此,將可靠性框圖轉(zhuǎn)化為等價貝葉斯網(wǎng)絡(luò),然后利用貝葉斯網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)秀的推理能 力計算系統(tǒng)可靠度,對系統(tǒng)的可靠性具有重要的工程意義。
[0004] 目前存在的將RBD轉(zhuǎn)化為貝葉斯網(wǎng)絡(luò)的方法為Jose Gerardo提出的一種將RBD轉(zhuǎn) 化為等價三層節(jié)點BN網(wǎng)絡(luò)的方法,具體方法參考文獻(xiàn)Torres-Toledano J G,Sucar L E.Bayesian networks for reliability analysis of complex systems〇
[0005] Jose Gerardo提出的RBD等價三層節(jié)點BN網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建方法的關(guān)鍵在于尋找RBD中存 在的所有通路;然后三層節(jié)點BN網(wǎng)絡(luò)構(gòu)造第1層節(jié)點,第1層中各節(jié)點與RBD中各方框一一對 應(yīng);繼而為三層節(jié)點BN網(wǎng)絡(luò)構(gòu)造第2層節(jié)點,第2層貝葉斯網(wǎng)絡(luò)節(jié)點數(shù)與通路個數(shù)相同且表 示對應(yīng)通路的狀態(tài);最后為三層節(jié)點BN網(wǎng)絡(luò)構(gòu)造第3層節(jié)點,該層僅包含一個貝葉斯網(wǎng)絡(luò)節(jié) 點,節(jié)點表示了系統(tǒng)狀態(tài)。所謂通路,表示一個能使系統(tǒng)正常工作的元件集合,只要這些元 件正常,系統(tǒng)就能正常工作。當(dāng)通路中任何元件故障時,該條通路失效;當(dāng)所有通路失效時, 系統(tǒng)失效。系統(tǒng)中元件在RBD中對應(yīng)方框。目前三層貝葉斯網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建方法已得到廣泛應(yīng)用, Jaime Solano-Soto將該方法應(yīng)用于可靠性結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計中,Michel 1將該方法應(yīng)用于復(fù)雜 系統(tǒng)可靠性分析等。但三層節(jié)點BN網(wǎng)絡(luò)存在條件概率參數(shù)組合爆炸問題:當(dāng)系統(tǒng)中任意通 路包含的元件過多時,對于表示該條通路狀態(tài)的第2層貝葉斯網(wǎng)絡(luò)節(jié)點,其條件概率表中條 件概率參數(shù)的數(shù)目將隨著通路包含的元件數(shù)目呈指數(shù)級增長,指數(shù)級的增長方式必將導(dǎo)致 三層貝葉斯網(wǎng)絡(luò)的條件概率參數(shù)數(shù)目隨著通路上元件數(shù)目的增加而急劇增加,并最終出現(xiàn) 因數(shù)據(jù)過多而不能存儲的爆炸問題,使得貝葉斯網(wǎng)絡(luò)推理無法實現(xiàn)。因此,需尋求一種新的 能夠有效避免組合爆炸問題的RBD等價貝葉斯網(wǎng)絡(luò),以取代目前的三層節(jié)點BN網(wǎng)絡(luò)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 為克服由RBD轉(zhuǎn)化而來的等價三層節(jié)點BN網(wǎng)絡(luò)存在的概率參數(shù)組合爆炸問題,本 發(fā)明提出一種構(gòu)建解決組合爆炸問題的級聯(lián)貝葉斯網(wǎng)絡(luò)的方法。
[0007] 本發(fā)明的具體過程是:
[0008] 步驟1,為可靠性框圖中的各方框建立分別對應(yīng)的貝葉斯網(wǎng)絡(luò)根節(jié)點:所述每個貝 葉斯網(wǎng)絡(luò)根節(jié)點包含0/1兩種狀態(tài)。其中,"〇"表示正常,"Γ表示故障。
[0009] 所述貝葉斯網(wǎng)絡(luò)是一個有向無環(huán)圖,由代表變量的節(jié)點及連接這些節(jié)點的有向邊 構(gòu)成。有向邊用單箭頭表示,與箭尾連接的節(jié)點稱為父節(jié)點,與箭頭連接的節(jié)點稱為子節(jié) 點。在貝葉斯網(wǎng)絡(luò)中,不存在任何父節(jié)點的節(jié)點稱為根節(jié)點;既存在父節(jié)點又存在子節(jié)點的 節(jié)點稱為中間節(jié)點;僅存在父節(jié)點不存在子節(jié)點的節(jié)點稱為葉節(jié)點。
[0010]各貝葉斯網(wǎng)絡(luò)根節(jié)點的變量符號與各自在可靠性框圖中分別對應(yīng)的方框符號相 同。
[0011]所述可靠性框圖依靠方框和連線布置,繪制出系統(tǒng)各元件發(fā)生故障時對系統(tǒng)功能 特性的影響。所述方框與系統(tǒng)元件一一對應(yīng),且各方框具有元件的可靠性值;所述連線用于 反映系統(tǒng)功能流程,連線的箭頭方向表明了功能流程的方向,連線并無可靠性值。所述可靠 性框圖中的所有方框相互獨立;各框圖只有故障和正常兩種狀態(tài)。
[0012] 步驟2,找出可靠性框圖中的所有通路及各通路上的元件:通過圖的遍歷算法找出 可靠性框圖中的所有通路及各通路上的元件。所述可靠性框圖存在一個起點和一個終點。 所述通路在可靠性框圖中指的是從可靠性框圖起點到終點的路徑。在所述可靠性框圖中同 時存在多條通路。所述的每條通路上若先后多次重復(fù)出現(xiàn)同一個元件,則重復(fù)出現(xiàn)的同一 個元件僅保留一個。對于任意一條通路,其任意元件故障時,系統(tǒng)故障;當(dāng)通路上所有元件 均正常時,系統(tǒng)正常。
[0013] 所述圖的遍歷算法在可靠性框圖中的包括5步,具體是:
[0014] 第1步,將可靠性框圖中的每個方框看作一個節(jié)點;如果可靠性框圖中有k個方框, 那么包括起點和終點在內(nèi),可靠性框圖共有k+2個節(jié)點。
[0015] 第2步,新建一個棧,并初始化棧為空;將可靠性框圖的初始節(jié)點入棧。
[0016] 第3步,查看棧頂節(jié)點V在可靠性框圖中是否存在鄰接的、且沒有入棧、從節(jié)點V出 發(fā)未被訪問過的節(jié)點W。
[0017] 如果存在節(jié)點W:將節(jié)點W入棧,并標(biāo)記從節(jié)點V出發(fā)節(jié)點W已訪問過,轉(zhuǎn)到重新循環(huán) 第3步;
[0018] 如果不存在節(jié)點W:若節(jié)點V為可靠性框圖的終點,則進入第4步,否則將棧頂節(jié)點V 出棧,重新循環(huán)第3步。
[0019] 第4步,當(dāng)棧頂節(jié)點為可靠性框圖的終點節(jié)點時,此時棧中所存儲的節(jié)點構(gòu)成了一 條由可靠性框圖起點到終點的路徑,即從棧底到棧頂依次列出的節(jié)點就構(gòu)成了可靠性框圖 中的一條通路,且棧中節(jié)點的順序標(biāo)志了通路上的元件的次序。將棧頂存儲的節(jié)點出棧。
[0020] 第5步,重復(fù)第3步和第4步,直至棧中不再存有任何節(jié)點,使棧S為空時,算法結(jié)束。 [0021]所述棧是一個線性表,該線性表所有的插入和刪除均是限定在表的一端進行,允 許插入和刪除的一端稱為棧頂,不允許插入和刪除的一端稱為棧底。若給定一個棧S = ai, ε?2,ε?3,· · ·,ε?η,其中ειι為枝底兀素,ε?η為枝頂兀素,兀素 Euil/·于兀素 su-ιΖt。枝中兀素彳去£11,ε?2, a3,…,an的次序入棧,如果從這個棧中取出所有兀素,貝lj出棧的次序為an,an-i,a n-2,…,ai。
[0022] 在可靠性框圖中,若一個節(jié)點由單箭頭指向另一個節(jié)點,則前一個節(jié)點的鄰接節(jié) 點為后一個節(jié)點。
[0023] 步驟3,對通路上除第一個元件外的所有元件建立貝葉斯網(wǎng)絡(luò)中間節(jié)點,并連接貝 葉斯網(wǎng)絡(luò)中間節(jié)點與步驟1中的貝葉斯網(wǎng)絡(luò)根節(jié)點。對于每條通路,為通路上除過第一個元 件外的所有元件,建立唯一對應(yīng)的貝葉斯網(wǎng)絡(luò)節(jié)點作為貝葉斯網(wǎng)絡(luò)中的中間節(jié)點,并按通 路上元件順序,依次用單箭頭連接建立的貝葉斯網(wǎng)絡(luò)的中間節(jié)點:由通路上前一個元件對 應(yīng)的中間節(jié)點指向通路上后一個元件的中間節(jié)點。各中間節(jié)點依次相連后形成的結(jié)構(gòu)稱為 級聯(lián)構(gòu)型。同時,在已建立的級聯(lián)構(gòu)型上,對每條通路上除過第一個元件外的所有元件,繪 制單箭頭并連線:由元件的對應(yīng)貝葉斯網(wǎng)絡(luò)根節(jié)點指向元件的對應(yīng)貝葉斯網(wǎng)絡(luò)中間節(jié)點。 [0024]在該步驟中,建立的所有貝葉斯網(wǎng)絡(luò)中間節(jié)點均包含0/1兩種狀態(tài)。"0"正常,"Γ 表示故障。須對步驟2中找出的所有通路依次進行步驟3所述操作。
[0025] 步驟4,連接各通路上第一個元件對應(yīng)的貝葉斯網(wǎng)絡(luò)根節(jié)點與通路上第二個元件 對應(yīng)的貝葉斯網(wǎng)絡(luò)中間節(jié)點。具體為,對于步驟2中的所有通路,繪制單箭頭并連線:由通路 上第一個元件在步驟1中建立的對應(yīng)貝葉斯網(wǎng)絡(luò)根節(jié)點指向通路上第二個元件在步驟3中 建立的對應(yīng)貝葉斯網(wǎng)絡(luò)中間節(jié)點。
[0026] 步驟5,建立表示系統(tǒng)狀態(tài)的貝葉斯網(wǎng)絡(luò)葉節(jié)點Sys。該節(jié)點包括0/1兩種狀態(tài),"0" 表示系統(tǒng)正常,"Γ表示系統(tǒng)故障。
[0027] 步驟6,連接通路上末端元件的對應(yīng)貝葉斯網(wǎng)絡(luò)中間節(jié)點與葉節(jié)點Sys。所述的連 接具體指的是,繪制單箭頭并由各條通絡(luò)上最后一個元件在步驟3中建立的對應(yīng)貝葉斯網(wǎng) 絡(luò)中間節(jié)點指向步驟5中所建立的貝葉斯網(wǎng)絡(luò)葉節(jié)點Sys。
[0028] 步驟7:設(shè)置根節(jié)點的條件概率表。為步驟1建立的所有貝葉斯網(wǎng)絡(luò)根節(jié)點設(shè)置根 節(jié)點的條件概率表3。
[0029]表3根節(jié)點條件概率表
[0030]
[0031 ]各根節(jié)點的條件概率表中包括2個條件概率值Pr (X)。其中X為貝葉斯網(wǎng)絡(luò)中的根 節(jié)點。當(dāng)根節(jié)點為〇時,條件概率值Pr (X) = R;當(dāng)根節(jié)點為1時,條件概率值Pr (X) = 1.0-R。 所述的R為各根節(jié)點在系統(tǒng)中對應(yīng)元件的可靠度。
[0032]所述條件概率表指的是在貝葉斯網(wǎng)絡(luò)中各節(jié)點對應(yīng)的一張條件概率表。在貝葉斯 網(wǎng)絡(luò)中,每個節(jié)點對應(yīng)的條件概率表所涉及的節(jié)點除了該節(jié)點自身外,還包括該節(jié)點的所 有父節(jié)點,并且該節(jié)點和其父節(jié)點的各個狀態(tài)組合都與一個條件概率值對應(yīng)。條件概率表 須列舉節(jié)點與其父節(jié)點的所有狀態(tài)組合,以及各狀態(tài)組合對應(yīng)的條件概率值。條件概率表 中每行數(shù)據(jù)表達(dá)的含義為:父節(jié)點狀態(tài)為表中所列狀態(tài)時,節(jié)點為所列狀態(tài)的概率等于表 中所列條件概率值。在條件概率表中,節(jié)點的條件概率值通常用符號Pr(X|3i(X))表示,其中 X表示貝葉斯網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點,<X)為節(jié)點X的父節(jié)點集合。當(dāng)貝葉斯網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點X不存在父 節(jié)點時,在條件概率表中,各節(jié)點的條件概率值用符號Pr(X)表示。
[0033]每個根節(jié)點在可靠性框圖中均有對應(yīng)的方框,同時可靠性方框均與系統(tǒng)中某元件 對應(yīng)。
[0034]步驟8,為所有貝葉斯網(wǎng)絡(luò)中間節(jié)點設(shè)置中間節(jié)點的條件概率表。為步驟3建立的 所有貝葉斯網(wǎng)絡(luò)中間節(jié)點設(shè)置中間節(jié)點的條件概率表6。各中間節(jié)點均有兩個父節(jié)點,且每 個中間節(jié)點及其父節(jié)點均為有兩種狀態(tài);
[0035]表6中間節(jié)點條件概率表設(shè)置
[0036]
[0037] 表6中,Pr(X|ji(X))中的X表示貝葉斯網(wǎng)絡(luò)中的中間節(jié)點,jt(X)表示貝葉斯網(wǎng)絡(luò)中 間節(jié)點的兩個父節(jié)點。在表6所示的條件概率表中,每行數(shù)據(jù)表達(dá)的含義為:父節(jié)點狀態(tài)為 表中所列狀態(tài)時,節(jié)點為所列狀態(tài)的概率等于表中所列條件概率值。例如,表6第1行數(shù)據(jù)表 示:當(dāng)父節(jié)點1為〇、父節(jié)點2為0時,中間節(jié)點為0的概率等于1.0。
[0038] 步驟9,為貝葉斯網(wǎng)絡(luò)葉節(jié)點Sys設(shè)置條件概率表。
[0039]表7葉節(jié)點Sys的條件概率表
[0040]
[0041] 在葉節(jié)點Sys的條件概率表7中,葉節(jié)點及其父節(jié)點狀態(tài)組合、狀態(tài)組合對應(yīng)的概 率值須服從"與"邏輯;所述"與"邏輯有兩層含義:當(dāng)且僅當(dāng)葉節(jié)點所有的父節(jié)點失效時,葉 節(jié)點Sys才必然失效;當(dāng)葉節(jié)點的任意父節(jié)點狀態(tài)正常時,葉節(jié)點必然正常。
[0042] 至此,步驟1~9完成了可靠性框圖等價級聯(lián)貝葉斯網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建。
[0043] 本發(fā)明的等價級聯(lián)BN網(wǎng)絡(luò)能夠在保證系統(tǒng)可靠度計算結(jié)果正確的同時,有效減少 網(wǎng)絡(luò)中的概率參數(shù),具體是將各通路上概率參數(shù)個數(shù)從指數(shù)級降低到線性級,提高了計算 效率,解決了組合爆炸問題。
[0044] 本發(fā)明包含兩個核心部分:A由系統(tǒng)通路構(gòu)建級聯(lián)貝葉斯網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的方法;B 級聯(lián)貝葉斯網(wǎng)絡(luò)的中間節(jié)點概率參數(shù)設(shè)置方法。
[0045] 本發(fā)明中,步驟1~6完成貝葉斯網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的構(gòu)建,該網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)與工程實 踐中的故障級聯(lián)構(gòu)型一致,故本發(fā)明將該網(wǎng)絡(luò)定義為級聯(lián)貝葉斯網(wǎng)絡(luò);步驟7~9完成并貝 葉斯網(wǎng)絡(luò)各節(jié)點條件概率表的設(shè)置;步驟1~9共同完成了級聯(lián)貝葉斯網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建。當(dāng)級聯(lián) 貝葉斯網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建完畢,可運用任何已有貝葉斯網(wǎng)絡(luò)推理技術(shù)對該級聯(lián)貝葉斯網(wǎng)絡(luò)進行推理 計算,以求得系統(tǒng)可靠度。
[0046] 相對現(xiàn)有技術(shù),本發(fā)明的有益效果為:
[0047] 本發(fā)明提出的級聯(lián)貝葉斯網(wǎng)絡(luò),可將每條通路包含的概率參數(shù)從指數(shù)級降低到線 性級,通過降低貝葉斯網(wǎng)絡(luò)中條件概率參數(shù)的數(shù)量提高了貝葉斯網(wǎng)絡(luò)推理效率,可解決三 層貝葉斯網(wǎng)絡(luò)由于通路上元件過多導(dǎo)致的組合爆炸問題。
[0048] 貝葉斯網(wǎng)絡(luò)各節(jié)點的條件概率表中條件概率參數(shù)數(shù)目由該節(jié)點狀態(tài)數(shù)目、父節(jié)點 個數(shù)及各父節(jié)點狀態(tài)數(shù)目共同決定。對于節(jié)點均為二態(tài)的貝葉斯網(wǎng)絡(luò),各節(jié)點條件概率表 中的條件概率參數(shù)數(shù)目為2 n+1,n為父節(jié)點個數(shù)。
[0049] 對于一個具有a個元件,b條通路的系統(tǒng),應(yīng)用本發(fā)明提出的方法構(gòu)建的級聯(lián)貝葉 斯網(wǎng)絡(luò)條件概率參數(shù)數(shù)目如下:
[0050] 根節(jié)點:2a
[0051] 中間節(jié)點:Σ8(Α _】),其中叫為第i條通路上的元件總數(shù) i-1.
[0052] 葉節(jié)點:2b+1
[0053] 網(wǎng)絡(luò)中條件概率參數(shù)數(shù)目總計2? + &8(/?, -l) + 26+1 /=1
[0054] 而上述網(wǎng)絡(luò)所對應(yīng)的三層節(jié)點BN網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)條件概率參數(shù)數(shù)目為:
[0055] 根節(jié)點:2a
[0056] 中間節(jié)點:t2'Ht+1,其中nu為第i條通路上的元件總數(shù)
[0057] 葉節(jié)點:2b+1
[0058] 網(wǎng)絡(luò)中條件概率參數(shù)數(shù)目總計2α +12m<+1 + 2fc+1 .Μ
[0059] 對比三層節(jié)點BN網(wǎng)絡(luò)和級聯(lián)貝葉斯網(wǎng)絡(luò)包含的條件概率參數(shù)數(shù)目可知,兩類網(wǎng)絡(luò) 的條件概率參數(shù)數(shù)目的差別在于中間節(jié)點包含的概率參數(shù)數(shù)目。在三層節(jié)點BN網(wǎng)絡(luò)中,中 間節(jié)點的條件概率參數(shù)總數(shù)與通路上元件個數(shù)呈指數(shù)增長關(guān)系,隨著各通路包含的元件個 數(shù)增多,三層貝葉斯網(wǎng)絡(luò)的概率參數(shù)總數(shù)將必然出現(xiàn)組合爆炸問題,數(shù)據(jù)無法正常存儲,更 無法正常計算。而在本發(fā)明提出的級聯(lián)貝葉斯網(wǎng)絡(luò)中,中間節(jié)點的條件概率參數(shù)總數(shù)與通 路包含的元件個數(shù)呈線性增長關(guān)系,隨著通路上元件個數(shù)的增多,線性的增長關(guān)系并不會 使得級聯(lián)貝葉斯網(wǎng)絡(luò)中的條件概率參數(shù)數(shù)目急劇增加,因此相對于三層節(jié)點BN網(wǎng)絡(luò),本發(fā) 明提出的級聯(lián)貝葉斯網(wǎng)絡(luò)具有更高的推理效率,且可有效避免現(xiàn)有的三層貝葉斯網(wǎng)絡(luò)由于 通路上元件過多導(dǎo)致的組合爆炸問題。
【附圖說明】
[0060] 圖1是某客戶機/服務(wù)器數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖;
[0061 ]圖2是某客戶機/服務(wù)器數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)可靠性框圖;
[0062]圖3是應(yīng)用Jose Gerardo所提方法構(gòu)成的某客戶機/服務(wù)器數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)的三層 貝葉斯網(wǎng)絡(luò);
[0063]圖4是應(yīng)用本發(fā)明提出方法所構(gòu)成的某客戶機/服務(wù)器數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)的級聯(lián)貝葉 斯網(wǎng)絡(luò)。
[0064]圖5是本發(fā)明的流程圖。
【具體實施方式】
[0065]本實施例是一種解決組合爆炸問題的級聯(lián)貝葉斯網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建方法。
[0066]若可靠性框圖中各通路包含元件過多,則會引起等價三層節(jié)點BN網(wǎng)絡(luò)推理出現(xiàn)存 在組合爆炸問題。針對組合爆炸問題,本發(fā)明提出了一種級聯(lián)貝葉斯網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建方法,具體過 程是:
[0067]步驟1,為可靠性框圖中的各方框建立分別對應(yīng)的貝葉斯網(wǎng)絡(luò)根節(jié)點,且每個貝葉 斯網(wǎng)絡(luò)根節(jié)點包含0/1兩種狀態(tài)。其中,"〇"表示正常,"Γ表示故障。在本實施例中,所述可 靠性框圖是從可靠性角度出發(fā)研究客戶機/服務(wù)器數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)與其組成元件之間的邏輯 圖,是元件及其可靠性意義下連接關(guān)系的圖形表達(dá),表示元件的正?;蚴顟B(tài)對系統(tǒng)狀 態(tài)的影響。
[0068] 可靠性框圖依靠方框和連線布置,繪制出系統(tǒng)各元件發(fā)生故障時對系統(tǒng)功能特性 的影響。所述方框與系統(tǒng)元件一一對應(yīng),且各方框具有元件的可靠性值;所述連線用于反映 系統(tǒng)功能流程,連線的箭頭方向表明了功能流程的方向,連線并無可靠性值。此外,所述可 靠性框圖中的所有方框相互獨立;各框圖只有故障和正常兩種狀態(tài)。
[0069] 所述貝葉斯網(wǎng)絡(luò)指的是一個有向無環(huán)圖,由代表變量的節(jié)點及連接這些節(jié)點的有 向邊構(gòu)成。有向邊用單箭頭表示,與箭尾連接的節(jié)點稱為父節(jié)點,與箭頭連接的節(jié)點稱為子 節(jié)點。在貝葉斯網(wǎng)絡(luò)中,不存在任何父節(jié)點的節(jié)點稱為根節(jié)點;既存在父節(jié)點又存在子節(jié)點 的節(jié)點稱為中間節(jié)點;僅存在父節(jié)點不存在子節(jié)點的節(jié)點稱為葉節(jié)點。
[0070] 在本實施例中,圖1中Node 〇為客戶機,節(jié)點Node j為服務(wù)器,圖1描述了一個由轉(zhuǎn) 換節(jié)點以及數(shù)據(jù)傳輸線構(gòu)成的客戶機/服務(wù)器數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng),系統(tǒng)可將客戶端的數(shù)據(jù)經(jīng)轉(zhuǎn) 換節(jié)點轉(zhuǎn)換后,由傳輸線傳輸?shù)椒?wù)器。換句話來講,客戶機/服務(wù)器數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)是一個 由數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化節(jié)點和數(shù)據(jù)傳輸線有機結(jié)合起來完成客戶端和服務(wù)器間數(shù)據(jù)傳輸功能的有機 整體??蛻魴C/服務(wù)器數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)包括19個元件,其中9個轉(zhuǎn)化節(jié)點和10個數(shù)據(jù)傳輸線。9 個轉(zhuǎn)換節(jié)點元件依次用符號a,b,c,d,e,f,g,h和i表示;10個數(shù)據(jù)傳輸線元件依次用符號 ab,ac,bd,ce,df,eg,fh,gi,hi和i j表示。各轉(zhuǎn)換節(jié)點可靠度為0.9;各數(shù)據(jù)傳輸線可靠度為 0 · 99 〇
[0071] 圖2為客戶機/服務(wù)器數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)的可靠性框圖??煽啃钥驁D中的每個方框與客 戶機/服務(wù)器數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)元件一一對應(yīng)。在可靠性框圖中,19個元件對應(yīng)19個方框,且方 框中變量符號與圖1中元件的表示符號相同。
[0072] 在本實施例中,步驟1的實施過程如下:
[0073] 為圖2所示的客戶機/服務(wù)器數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)的可靠性框圖中的19個方框建立分別 對應(yīng)的貝葉斯網(wǎng)絡(luò)根節(jié)點,每個根節(jié)點包含0/1兩種狀態(tài)。其中,"0"表示正常,"Γ表示故 障。此外,表示這19個貝葉斯網(wǎng)絡(luò)根節(jié)點的變量符號與各自在可靠性框圖中分別對應(yīng)的方 框符號相同,19個貝葉斯網(wǎng)絡(luò)根節(jié)點的變量符號依次為a,b,c,d,e,f,g,h,i,ab,ac,bd,ce, df,eg,fh,gi,hi和ij。在接下來的步驟中,此19個節(jié)點只能成為某些貝葉斯網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的父 節(jié)點,而不會成為任何貝葉斯網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的子節(jié)點。
[0074] 步驟2,通過圖的遍歷算法找出可靠性框圖中的所有通路及各通路上的元件。所述 可靠性框圖存在一個起點和一個終點。所述通路在可靠性框圖中指的是從可靠性框圖起點 到終點的路徑。在所述可靠性框圖中同時存在多條通路。所述的每條通路上若先后多次重 復(fù)出現(xiàn)同一個元件,則重復(fù)出現(xiàn)的同一個元件僅保留一個。對于任意一條通路,其任意元件 故障時,系統(tǒng)故障;當(dāng)通路上所有元件均正常時,系統(tǒng)正常。
[0075] 對于可靠性框圖,從可靠性框圖起點出發(fā)一定存在和圖中其它所有元件相連的路 徑,所以從可靠性框圖起點出發(fā)一定可以遍歷該圖。所述圖的遍歷算法在可靠性框圖中的 包括5步,具體如下:
[0076] 第1步,將可靠性框圖中的每個方框看作一個節(jié)點,那么,如果可靠性框圖中有k個 方框,那么包括起點和終點在內(nèi),可靠性框圖共有k+2個節(jié)點。
[0077] 第2步,新建一個棧,并初始化棧為空;將可靠性框圖的初始節(jié)點入棧。
[0078] 第3步,查看棧頂節(jié)點V在可靠性框圖中是否存在鄰接的、且沒有入棧、從節(jié)點V出 發(fā)未被訪問過的節(jié)點W。
[0079] 如果存在節(jié)點W:將節(jié)點W入棧,并標(biāo)記從節(jié)點V出發(fā)節(jié)點W已訪問過,轉(zhuǎn)到重新循環(huán) 第3步;
[0080] 如果不存在節(jié)點W:若節(jié)點V為可靠性框圖的終點,則進入第4步,否則將棧頂節(jié)點V 出棧,重新循環(huán)第3步。
[0081] 第4步,當(dāng)棧頂節(jié)點為可靠性框圖的終點節(jié)點時,此時棧中所存儲的節(jié)點就構(gòu)成了 一條由可靠性框圖起點到終點的路徑,也就是說,在棧中,從棧底到棧頂依次列出的節(jié)點就 構(gòu)成了可靠性框圖中的一條通路,且棧中節(jié)點的順序標(biāo)志了通路上的元件的次序。然后將 棧頂存儲的節(jié)點出棧。
[0082] 第5步,重復(fù)第3步和第4步,直至棧中不再存有任何節(jié)點,即當(dāng)棧S為空時,算法結(jié) 束。
[0083]所述棧是一個線性表,該線性表所有的插入和刪除均是限定在表的一端進行,允 許插入和刪除的一端稱為棧頂,不允許插入和刪除的一端稱為棧底。若給定一個棧s = ai, a2,a3,…,an,則稱ai為棧底元素,an為棧頂元素,元素 ai位于元素 ai-i之上。棧中元素按ai,a2, a3,…,an的次序入棧,如果從這個棧中取出所有兀素,貝lj出棧的次序為an,an-i,a n-2,…,ai。 也就是說,棧中元素的進出時按照后進先出的原則進行。因此棧又稱為后進先出表。所述鄰 接指的是,在可靠性框圖中,若一個節(jié)點由單箭頭指向另一個節(jié)點,則前一個節(jié)點的鄰接節(jié) 點為后一個節(jié)點。
[0084] 在本實施例中,圖2客戶機/服務(wù)器數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)的可靠性框圖的起點和終點分別 用start和end表示。依照所述的圖的遍歷算法中的各步驟,尋找圖2所示的可靠性框圖的所 有通路,具體過程如下:
[0085] 第1步,將圖2所示的可靠性框圖中的每個方框看作一個節(jié)點,圖2所示的可靠性框 圖中共有19個方框,那么包括起點start和終點end在內(nèi),該可靠性框圖共有21個節(jié)點。
[0086] 第2步,新建一個棧S,并設(shè)置棧S為空;將圖2所示的可靠性框圖中的初始節(jié)點 start放入棧S中。
[0087] 第3步,查看棧頂節(jié)點V在可靠性框圖中是否存在鄰接的、且沒有入棧、從節(jié)點V出 發(fā)未被訪問過的節(jié)點W。
[0088]如果存在節(jié)點W:將節(jié)點W入棧,并標(biāo)記從節(jié)點V出發(fā)節(jié)點W已訪問過,重新循環(huán)第3 步;
[0089] 如果不存在節(jié)點W:若節(jié)點V為可靠性框圖的終點,則轉(zhuǎn)到第4步,否則將節(jié)點V出 棧,重新循環(huán)第3步。
[0090] 在圖2所示的可靠性框圖中,棧S= (start),棧頂節(jié)點start存在鄰接、且沒有入 棧、也沒有從這個節(jié)點star t出發(fā)訪問過的節(jié)點a。將節(jié)點a入棧,并標(biāo)記從節(jié)點start出發(fā)節(jié) 點a已訪問過,重新循環(huán)第3步;
[0091]此時棧S=(start,a),棧頂節(jié)點為a;節(jié)點a存在鄰接的、且沒有入棧、從節(jié)點a出發(fā) 未被訪問過的節(jié)點ab。將ab入棧,并標(biāo)記從節(jié)點a出發(fā)節(jié)點ab已訪問過,重新循環(huán)第3步; [0092] 此時棧S= (start,a,ab),棧頂節(jié)點為ab;節(jié)點ab存在鄰接的、且沒有入棧、從節(jié)點 ab出發(fā)未被訪問過的節(jié)點b。將b入棧,并標(biāo)記從節(jié)點ab出發(fā)節(jié)點b已訪問過,繼續(xù)重新循環(huán) 第3步;
[0093] 依次類推,重復(fù)循環(huán)第3步,直至棧S = (start,a,ab,b,bd,d,df,f,fh,h,h j,end)。 此時,棧S的頂端節(jié)點為e n d,不存在鄰接的、且沒有入棧,從節(jié)點e n d出發(fā)未被訪問過的節(jié) 點,轉(zhuǎn)到第4步。
[0094] 第4步,棧S頂端存儲的節(jié)點為圖2所示的可靠性框圖的終點end,那么棧S從棧底到 棧頂所存儲的節(jié)點就構(gòu)成了可靠性框圖中的一條通路,即通路1為{Start,a,ab,b,bd,d, df,f,fh,h,hj,end}。然后將棧頂節(jié)點 end出棧,此時棧S = (start,a,ab,b,bd,d,df,f,fh, h,hj)〇
[0095] 第5步,重復(fù)第3步和第4步,直至棧S為空。重復(fù)過程描述如下:
[0096] 第一次重復(fù)步驟m :棧S = (start,a,ab,b,bd,d,df,f,fh,h,h j),棧頂節(jié)點為h j ; 節(jié)點hj不存在鄰接的、且沒有入棧、從節(jié)點hj出發(fā)未被訪問過的節(jié)點,節(jié)點hj也非可靠性框 圖的終點,因此將節(jié)點hj從棧S中出棧;
[0097] 此時S= (start,a,ab,b,bd,d,df,f,fh,h),棧頂節(jié)點為h,節(jié)點h不存在鄰接的、且 沒有入棧、從節(jié)點h出發(fā)未被訪問過的節(jié)點,節(jié)點h也非可靠性框圖的終點,因此將節(jié)點h從 棧S中出棧;
[0098]依次類推,重復(fù)第3步,直至棧S= (start,a)。此時,棧S的頂端節(jié)點為a,存在鄰接 的、且沒有入棧,從節(jié)點a出發(fā)未被訪問過的節(jié)點ac。將ac入棧,并標(biāo)記從節(jié)點a出發(fā)節(jié)點ac 已訪問過,轉(zhuǎn)到第3步;
[00"]此時棧S=(start,a,ac),棧頂節(jié)點為ac;節(jié)點ac存在鄰接的、且沒有入棧、從節(jié)點 ac出發(fā)未被訪問過的節(jié)點c。將c入棧,并標(biāo)記從節(jié)點ac出發(fā)節(jié)點c已訪問過,轉(zhuǎn)到第3步;
[0100]此時棧S = (start,a,ac,c),棧頂節(jié)點為c;節(jié)點c存在鄰接的、且沒有入棧、從節(jié)點 c出發(fā)未被訪問過的節(jié)點ce。將ce入棧,并標(biāo)記從節(jié)點c出發(fā)節(jié)點ce已訪問過,繼續(xù)轉(zhuǎn)到第3 步;
[0101 ]依次類推,重復(fù)循環(huán)第3步,直至棧S= (start,a,ac,c,ce,e,eg,g,gi,i,i j,end)。 此時,棧S的頂端節(jié)點為e n d,不存在鄰接的、且沒有入棧,從節(jié)點e n d出發(fā)未被訪問過的節(jié) 點,轉(zhuǎn)到第4步。
[0102] 第一次重復(fù)第4步:棧S頂端存儲的節(jié)點為圖2所示可靠性框圖的終點end,那么棧S 從棧底到棧頂所存儲的節(jié)點就構(gòu)成了可靠性框圖中的一條通路,即通路2為{start,a,aC, c,ce,e,eg,g,gi,i,i j,end}。然后將棧頂節(jié)點end出棧,此時棧S= (start,a,ac,c,ce,e, eg,g,gi,i,ij)〇
[0103] 重復(fù)完第3步和第5步后,棧S不為空,因此,繼續(xù)重復(fù)第3步和第4步。
[0104] 第二次重復(fù)第3步:棧S= (start,a,ac,c,ce,e,eg,g,gi,i,i j),棧頂節(jié)點為i j ;節(jié) 點ij不存在鄰接的、且沒有入棧、從節(jié)點ij出發(fā)未被訪問過的節(jié)點,節(jié)點ij也非可靠性框圖 的終點,因此將節(jié)ij從棧S中出棧;
[0105] 此時S= (start,a,ac,c,ce,e,eg,g,gi,i),棧頂節(jié)點為i,節(jié)點i不存在鄰接的、且 沒有入棧、從節(jié)點i出發(fā)未被訪問過的節(jié)點,節(jié)點i也非可靠性框圖的終點,因此將節(jié)點i從 棧S中出棧;
[0106] 依次類推,重復(fù)第3步,最終得到棧S為空,計算停止。
[0107] 綜上,根據(jù)所述遍歷搜索算法的實施步驟,確定的通路有兩條:通路1 {star t,a, ab,b,bd,d,df,f,fh,h,hj,end}和通路 2{s tart,a,ac,c,ce,e,eg,g,gi,i,ij,end}。每條上 均有10個元件,且每條通路上并無元件重復(fù)出現(xiàn)的情況。綜上,通路1上的元件依次是a,ab, b,bd,d,df,f,fh,h,hj ;通路 2 上的元件依次是 a,ac,c,ce,e,eg,g,gi,i,i j〇
[0108] 步驟3,對通路上除第一個元件外的所有元件,建立貝葉斯網(wǎng)絡(luò)中間節(jié)點,并連接 貝葉斯網(wǎng)絡(luò)中間節(jié)點與步驟1中的貝葉斯網(wǎng)絡(luò)根節(jié)點。對于每條通路,為通路上除過第一個 元件外的所有元件,建立唯一對應(yīng)的貝葉斯網(wǎng)絡(luò)節(jié)點作為貝葉斯網(wǎng)絡(luò)中的中間節(jié)點,并按 通路上元件順序,依次用單箭頭連接建立的貝葉斯網(wǎng)絡(luò)的中間節(jié)點:由通路上前一個元件 對應(yīng)的中間節(jié)點指向通路上后一個元件的中間節(jié)點。各中間節(jié)點依次相連后形成的結(jié)構(gòu)稱 為級聯(lián)構(gòu)型。同時,在已建立的級聯(lián)構(gòu)型上,對每條通路上除過第一個元件外的所有元件, 繪制單箭頭并連線:由元件的對應(yīng)貝葉斯網(wǎng)絡(luò)根節(jié)點指向元件的對應(yīng)貝葉斯網(wǎng)絡(luò)中間節(jié) 點。
[0109] 在該步驟中,建立的所有貝葉斯網(wǎng)絡(luò)中間節(jié)點均包含0/1兩種狀態(tài)。"0"正常,"Γ 表示故障。須對步驟2中找出的所有通路依次進行步驟3所述操作。
[0110] 本實施例中,通路1包含10個元件,依次為:a,ab,b,bd,d,df,f,fh,h和hj,為后9個 元件構(gòu)建對應(yīng)的貝葉斯網(wǎng)絡(luò)中間節(jié)點,依次用符號abi,bi,bdi,di,dfi,fi,fhi,hdPhj^*。 在表示這9個中間節(jié)點的符號中,下標(biāo)1表示通路1,字母表示構(gòu)建的貝葉斯網(wǎng)絡(luò)中間節(jié)點在 可靠性框圖中的對應(yīng)元件。按通路上的先后順序依次連接這9個貝葉斯網(wǎng)絡(luò)中間節(jié)點,形成 級耳關(guān)構(gòu)型:abi^bi^bdi^di^df i^f l^fhi^hi^h ji 〇
[0111 ] 對于通路1的后9個元件ab,b,bd,d,df,f,fh,h和h j,在本步驟中對應(yīng)的貝葉斯網(wǎng) 絡(luò)中間節(jié)點依次為&131,131沁(11,(11,(1;^,;^,;〇11,111和11」1,在步驟1中對應(yīng)的貝葉斯網(wǎng)絡(luò)根節(jié)點 依次是ab,b,bd,d,df,f,f h,h和h j。對于通路1中的后9個元件,分別將找出的各元件對應(yīng)根 節(jié)點連線指向找出的對應(yīng)中間節(jié)點,結(jié)合已建立的級聯(lián)構(gòu)型,則可形成如下結(jié)構(gòu):
[0112]
[0113] 通路2包含10個元件,依次為:3,3(:,(3,〇6,6,68,8,8;[,;[和;[」_,為后9個元件構(gòu)建對 應(yīng)的貝葉斯網(wǎng)絡(luò)中間節(jié)點,依次用符號302,02,062,62,682,82#2,12和:[」2表示。在表示這9 個中間節(jié)點的符號中,下標(biāo)2表示通路2,字母表示構(gòu)建的貝葉斯網(wǎng)絡(luò)中間節(jié)點在可靠性框 圖中的對應(yīng)元件。按通路上的先后順序依次連接這9個貝葉斯網(wǎng)絡(luò)中間節(jié)點,形成的級聯(lián)構(gòu) 型:ac2^C2^ce2^e2^eg2^g2^gi2^i2^i j20
[0114] 在本步驟中該新建立的9個中間節(jié)點在步驟1中對應(yīng)的貝葉斯網(wǎng)絡(luò)根節(jié)點依次為 ab,b,bd,d,df,f,fh,h和hj。
[0115] 對于通路1的后9個元件ac,c,ce,e,eg,g,gi,i和i j,在本步驟中對應(yīng)的貝葉斯網(wǎng) 絡(luò)中間節(jié)點依次為ac2,C2,ce2,e2,eg2,g2,gi2,i2和i j2,在步驟1中對應(yīng)的貝葉斯網(wǎng)絡(luò)根節(jié)點 依次是ac,c,ce,e,eg,g,gi,i和i j。對于通路2中的后9個元件,分別將找出的各元件對應(yīng)根 節(jié)點連線指向找出的對應(yīng)中間節(jié)點,結(jié)合已建立的級聯(lián)構(gòu)型,則可形成如下結(jié)構(gòu):
[0116]
[0117] 在本實施例中,根據(jù)步驟3新建的的貝葉斯網(wǎng)絡(luò)中間節(jié)點共有18個,且每個中間節(jié) 點均包含0/1兩種狀態(tài),"〇"表示正常,"Γ表示故障。
[0118] 步驟4,連接各通路上第一個元件對應(yīng)的貝葉斯網(wǎng)絡(luò)根節(jié)點與通路上第二個元件 對應(yīng)的貝葉斯網(wǎng)絡(luò)中間節(jié)點。具體為,對于步驟2中的所有通路,繪制單箭頭并連線:由通路 上第一個元件在步驟1中建立的對應(yīng)貝葉斯網(wǎng)絡(luò)根節(jié)點指向通路上第二個元件在步驟3中 建立的對應(yīng)貝葉斯網(wǎng)絡(luò)中間節(jié)點。
[0119] 在本實施例中,通路1上的第一個元件為a,第二個元件為ab;第一個元件在步驟1 中建立的對應(yīng)貝葉斯網(wǎng)絡(luò)根節(jié)點為a,第二個元件在步驟3中建立的對應(yīng)貝葉斯網(wǎng)絡(luò)中間節(jié) 點為abi。繪制箭頭,由前一節(jié)點a指向后一節(jié)點abi,形成的結(jié)構(gòu)為:a-abi。
[0120] 通路2上的第一個元件為a,第二個元件為ac;第一個元件在步驟1中建立的對應(yīng)貝 葉斯網(wǎng)絡(luò)根節(jié)點為a,第二個元件在步驟3中建立的對應(yīng)貝葉斯網(wǎng)絡(luò)中間節(jié)點為ac2。繪制箭 頭,由前一節(jié)點a指向后一節(jié)點ac2,形成的結(jié)構(gòu)為:a-ac2。
[0121] 步驟5,建立表示系統(tǒng)狀態(tài)的貝葉斯網(wǎng)絡(luò)葉節(jié)點Sys。該節(jié)點包括0/1兩種狀態(tài),"0" 表示系統(tǒng)正常,"Γ表示系統(tǒng)故障。
[0122] 在本實施例中,為客戶機/服務(wù)器數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)建立表示其狀態(tài)的貝葉斯網(wǎng)絡(luò)葉 節(jié)點Sys,Sys取0/1兩種狀態(tài),"0"表示系統(tǒng)正常,T表示系統(tǒng)故障。
[0123 ] 步驟6,連接通路上末端元件的對應(yīng)貝葉斯網(wǎng)絡(luò)中間節(jié)點與葉節(jié)點Sys。所述的連 接具體指的是,繪制單箭頭并由各條通絡(luò)上最后一個元件在步驟3中建立的對應(yīng)貝葉斯網(wǎng) 絡(luò)中間節(jié)點指向步驟5中所建立的貝葉斯網(wǎng)絡(luò)葉節(jié)點Sys。
[0124] 在本實施例中,通路1上的最后一個元件在步驟3中的對應(yīng)貝葉斯網(wǎng)絡(luò)中間節(jié)點為 hji,繪制由貝葉斯網(wǎng)絡(luò)中間節(jié)點hji指向貝葉斯網(wǎng)絡(luò)葉節(jié)點Sys的單箭頭:hji-Sys。
[0125] 通路2上的最后一個元件在步驟3中的對應(yīng)貝葉斯網(wǎng)絡(luò)中間節(jié)點為i j2,繪制由貝 葉斯網(wǎng)絡(luò)中間節(jié)點i j 2指向貝葉斯網(wǎng)絡(luò)葉節(jié)點Sy s的單箭頭:i j 2-Sy s。
[0126] 通過本發(fā)明的前6個步驟完成系統(tǒng)等價貝葉斯網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的構(gòu)建,完整拓?fù)浣Y(jié) 構(gòu)見圖4。
[0127] 步驟7:設(shè)置根節(jié)點的條件概率表。為步驟1建立的所有貝葉斯網(wǎng)絡(luò)根節(jié)點設(shè)置根 節(jié)點的條件概率表。各根節(jié)點的條件概率表中包括2個條件概率值,條件概率表中各參數(shù)見 表3。在表3中,X表示貝葉斯網(wǎng)絡(luò)中的根節(jié)點。當(dāng)根節(jié)點為0時,條件概率值Pr (X )= R;當(dāng)根節(jié) 點為1時,條件概率值Pr(X) = 1.0-R。所述的R為各根節(jié)點在系統(tǒng)中對應(yīng)元件的可靠度。
[0128] 表3根節(jié)點條件概率表 「01291
[0130]所述條件概率表指的是在貝葉斯網(wǎng)絡(luò)中各節(jié)點對應(yīng)的一張條件概率表。在貝葉斯 網(wǎng)絡(luò)中,每個節(jié)點對應(yīng)的條件概率表所涉及的節(jié)點除了該節(jié)點自身外,還包括該節(jié)點的所 有父節(jié)點,并且該節(jié)點和其父節(jié)點的各個狀態(tài)組合都與一個條件概率值對應(yīng)。條件概率表 須列舉節(jié)點與其父節(jié)點的所有狀態(tài)組合,以及各狀態(tài)組合對應(yīng)的條件概率值。也就是說,條 件概率表中的每行數(shù)據(jù)包括節(jié)點與父節(jié)點的狀態(tài)組合、以及狀態(tài)組合對應(yīng)的條件概率值兩 項。條件概率表中每行數(shù)據(jù)表達(dá)的含義為:父節(jié)點狀態(tài)為表中所列狀態(tài)時,節(jié)點為所列狀態(tài) 的概率等于表中所列條件概率值。在條件概率表中,節(jié)點的條件概率值通常用符號p r(x| π (χ))表示,其中χ表示貝葉斯網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點,3i(x)為節(jié)點χ的父節(jié)點集合。當(dāng)貝葉斯網(wǎng)絡(luò)中的 節(jié)點X不存在父節(jié)點時,在條件概率表中,各節(jié)點的條件概率值用符號Pr (X)表示。
[0131]根節(jié)點不存在父節(jié)點,且本發(fā)明方法提出的貝葉斯網(wǎng)絡(luò)中各節(jié)點均為二態(tài),因此 根節(jié)點的條件概率表中僅存在兩種狀態(tài)組合,即根節(jié)點為〇或為1。此外,依據(jù)步驟1,每個根 節(jié)點在可靠性框圖中均有對應(yīng)的方框,同時可靠性方框均必然與系統(tǒng)中某元件對應(yīng)。也就 是說,貝葉斯網(wǎng)絡(luò)中的每個根節(jié)點均與系統(tǒng)中的某元件對應(yīng),每個根節(jié)點都可在系統(tǒng)中找 出對應(yīng)元件的可靠度。
[0132] 在本實施例中,存在19個貝葉斯網(wǎng)絡(luò)根節(jié)點,并與系統(tǒng)中的19個元件對應(yīng)。其中9 個根節(jié)點表示系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化節(jié)點,10個根節(jié)點表示系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)傳輸線。系統(tǒng)中各數(shù) 據(jù)轉(zhuǎn)換節(jié)點的可靠度為R=〇.9。依據(jù)表3,貝葉斯網(wǎng)絡(luò)根節(jié)點a,b,c,d,e,f,g,h和i的條件概 率表均為表4。表4中,Pr(X)中的X表示客戶機/服務(wù)器數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)中數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化節(jié)點的對應(yīng) 貝葉斯網(wǎng)絡(luò)根節(jié)點??蛻魴C/服務(wù)器數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)中各數(shù)據(jù)傳輸線的可靠度為R = 〇.99。根 據(jù)表3,貝葉斯網(wǎng)絡(luò)根節(jié)點ab,ac,bd,ce,df,eg,fh,gi,hi和i j的條件概率表均為表5。表5 中,Pr(X)中的X表示客戶機/服務(wù)器數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)中數(shù)據(jù)傳輸線的對應(yīng)貝葉斯網(wǎng)絡(luò)根節(jié)點。
[0133] 表4對應(yīng)系統(tǒng)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換節(jié)點的根節(jié)點條件概率表
[0134]
[0135] 表5對應(yīng)系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸線的根節(jié)點條件概率表
[0136]
[0137] 步驟8,為所有貝葉斯網(wǎng)絡(luò)中間節(jié)點設(shè)置中間節(jié)點的條件概率表。為步驟3建立的 所有貝葉斯網(wǎng)絡(luò)中間節(jié)點設(shè)置中間節(jié)點的條件概率表。各中間節(jié)點均有兩個父節(jié)點,且每 個中間節(jié)點及其父節(jié)點均為有兩種狀態(tài),因此每個中間節(jié)點與其父節(jié)點的狀態(tài)組合共有8 種,也就是說各中間節(jié)點的條件概率表包括8種狀態(tài)組合,且每種狀態(tài)組合對應(yīng)了一個條件 概率值。條件概率表中參數(shù)設(shè)置見表6。表6中,Pr (X | π (X))中的X表示貝葉斯網(wǎng)絡(luò)中的中間 節(jié)點,<Χ)表示貝葉斯網(wǎng)絡(luò)中間節(jié)點的兩個父節(jié)點。在表6所示的條件概率表中,每行數(shù)據(jù) 表達(dá)的含義為:父節(jié)點狀態(tài)為表中所列狀態(tài)時,節(jié)點為所列狀態(tài)的概率等于表中所列條件 概率值。例如,表6第1行數(shù)據(jù)表示:當(dāng)父節(jié)點1為0、父節(jié)點2為0時,中間節(jié)點為0的概率等于 1.0〇
[0138] 表6中間節(jié)點條件概率表設(shè)置
[0139]
[0140] 在本實施例中,步驟3建立了 18個貝葉斯網(wǎng)絡(luò)中間節(jié)點,依次是abi,bi ,山,(^, fi,fhi,hi,hji,ac2,C2,ce2,e2,eg2,g2,gi2, i2和i j2。為這18個中間節(jié)點,依次建立與表6中8 行數(shù)據(jù)完全系統(tǒng)的條件概率表。例如,對于中間節(jié)點ah,其存在兩個父節(jié)點,分別為a和ab, 那么將表6中表頭中的"父節(jié)點Γ置換為a或ab,將"父節(jié)點2"置換為ab或a,將"中間節(jié)點"置 換為ah,將"條件概率值Pr(X 13i(X))"置換為條件概率值PrUh | a,ab)后,表6就是中間節(jié)點 ah的條件概率表。其余17個中間節(jié)點的條件概率表與中間節(jié)點條件概率表獲取方式 相同。
[0141]步驟9,為貝葉斯網(wǎng)絡(luò)葉節(jié)點Sys設(shè)置條件概率表。在葉節(jié)點Sys的條件概率表中, 葉節(jié)點及其父節(jié)點狀態(tài)組合、狀態(tài)組合對應(yīng)的概率值須服從"與"邏輯,"與"邏輯隱藏兩層 含義:當(dāng)且僅當(dāng)葉節(jié)點所有的父節(jié)點失效時,葉節(jié)點Sys才必然失效;當(dāng)葉節(jié)點的任意父節(jié) 點狀態(tài)正常時,葉節(jié)點必然正常。"與"邏輯隱藏的兩層含義的數(shù)學(xué)表示依次為:
[0142] pr(Sys = 1 |Υι = 1,Υ2 = 1,···,Υη=1) = 1·0;
[0143] pr(Sys = 0 |Υι = 1,Υ2 = 1,···,Υη=1)=0·0;
[0144] Pr(Sys = 0 | Yi = 0) = l .0;
[0145] Pr(Sys = l IYi = 0)=0.0。
[0146] 其中,n為葉節(jié)點Sys的父節(jié)點個數(shù);¥1、¥2、一、¥!!分別表示葉節(jié)點378的11父節(jié)點4 表示葉節(jié)點Sys的第i個父節(jié)點,且0〈i〈n+l。第1式和第2式與"與"邏輯第一層含義對應(yīng);第3 式和第4式與"與"邏輯第二層含義對應(yīng)。根據(jù)此四式,構(gòu)建葉節(jié)點Sys的條件概率表。
[0147] 在本實施例中,葉節(jié)點Sys包含兩個父節(jié)點hj#Pij2,見圖4。也就是說,在本實施例 中,n = 2,且hj#Pij2分別等于心和心。在本發(fā)明提出級聯(lián)貝葉斯網(wǎng)絡(luò)中,所有節(jié)點均僅有0/ 1兩態(tài),因此葉節(jié)點及其父節(jié)點hj#Pij 2的狀態(tài)組合共有8種,依次列于表7。對于表7第一行 數(shù)據(jù){節(jié)點h ji = 0,節(jié)點i j2 = 0,節(jié)點Sys = 0},根據(jù)步驟9中的第3個表達(dá)式,當(dāng)葉節(jié)點Sys的 父節(jié)點hj#Pij2具取0時候,節(jié)點Sys狀態(tài)取0的概率為1.0。因此,根據(jù)第3個表達(dá)式,可確定 表7中第1行的條件概率值為1.0。類似的,根據(jù)第4個表達(dá)式,可確定表7第2行的條件概率值 為〇. 〇;根據(jù)第3個表達(dá)式,可確定表7第3行的條件概率值為1.0;根據(jù)第4個表達(dá)式,可確定 表7第4行的條件概率值為0.0;根據(jù)第3個表達(dá)式,可確定表7第5行的條件概率值為1.0;根 據(jù)第4個表達(dá)式,可確定表7第6行的條件概率值為0.0;根據(jù)第2個表達(dá)式,可確定表7第7行 的條件概率值為〇.〇;根據(jù)第1個表達(dá)式,可確定表7第8行的條件概率值為1.0。對于葉節(jié)點 Sys,當(dāng)8行條件概率值都確定完后,最終形成的條件概率表如表7所示。
[0148] 表7葉節(jié)點Sys的條件概率表
[0149]
[0151] 至此,步驟1~9完成了可靠性框圖等價級聯(lián)貝葉斯網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建。貝葉斯網(wǎng)絡(luò)可從 定性和定量兩層次來理解。從定性方面講,貝葉斯網(wǎng)絡(luò)以一個有向無環(huán)圖描述了節(jié)點之間 的依賴關(guān)系;從定量方面講,貝葉斯網(wǎng)絡(luò)用條件概率表刻畫了網(wǎng)絡(luò)中各節(jié)點對其父節(jié)點的 依賴關(guān)系。本發(fā)明提出的級聯(lián)貝葉斯網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建方法中,步驟1~6用于完成貝葉斯網(wǎng)絡(luò)的定 性方面的構(gòu)建,步驟7~9用于完成貝葉斯網(wǎng)絡(luò)的定量方面的構(gòu)建。由于本發(fā)明提出的可靠 性框圖等價貝葉斯網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建方法的基礎(chǔ)是可靠性框圖中的通路,由步驟2可知,對于每條通 路,均須構(gòu)建一個對應(yīng)的級聯(lián)構(gòu)型,因此本發(fā)明提出的系統(tǒng)可靠性框圖等價貝葉斯網(wǎng)絡(luò)命 名為級聯(lián)貝葉斯網(wǎng)絡(luò)。
[0152] 當(dāng)可靠性框圖等價級聯(lián)貝葉斯網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建完畢后,應(yīng)用任何現(xiàn)有的貝葉斯網(wǎng)絡(luò)推理 方法計算系統(tǒng)可靠度。在本實施例中,采用貝葉斯網(wǎng)絡(luò)的變量消元算法,應(yīng)用計算軟件 Samlam對構(gòu)建的級聯(lián)貝葉斯網(wǎng)絡(luò)進行推理計算,求得系統(tǒng)可靠度為0.772724,計算時間為 3milliseconds〇
[0153] 為了驗證級聯(lián)貝葉斯網(wǎng)絡(luò)相對于三層貝葉斯網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)越性,此處對三層貝葉斯網(wǎng) 絡(luò)進行分析計算。圖3為利用Jose Gerardo方法構(gòu)建的三層貝葉斯網(wǎng)絡(luò),所述的Jose Gerardo構(gòu)建方法見文南犬Torres-Toledano J G,Sucar L E.Bayesian networks for reliability analysis of complex systems。根節(jié)點、葉節(jié)點條件概率表中的概率參數(shù)取 值與級聯(lián)貝葉斯網(wǎng)絡(luò)完全相同,表示通路狀態(tài)的中間節(jié)點的條件概率表取值與故障樹中的 "或"邏輯相同:當(dāng)通路上任一節(jié)點失效時,該通路失效。為對兩種網(wǎng)絡(luò)進行客觀比較,均采 用變量消元算法對兩種網(wǎng)絡(luò)進行計算,計算軟件為Samlam,計算結(jié)果的比較見表8。
[0154] 表8兩種方法計算結(jié)果對比
[0155]
[0156] 通過對比發(fā)現(xiàn),兩種網(wǎng)絡(luò)概率參數(shù)數(shù)目的區(qū)別主要來源于中間節(jié)點概率參數(shù)數(shù) 目,且級聯(lián)貝葉斯網(wǎng)絡(luò)中間節(jié)點的概率參數(shù)數(shù)目的由三層貝葉斯網(wǎng)絡(luò)的指數(shù)級降低到了線 性級,能夠提高計算效率。
【主權(quán)項】
1. 一種構(gòu)建解決組合爆炸問題的級聯(lián)貝葉斯網(wǎng)絡(luò)的方法,其特征在于,具體過程是: 步驟1,為可靠性框圖中的各方框建立分別對應(yīng)的貝葉斯網(wǎng)絡(luò)根節(jié)點:所述每個貝葉斯 網(wǎng)絡(luò)根節(jié)點包含0/1兩種狀態(tài);其中,"0"表示正常,"Γ表示故障; 所述貝葉斯網(wǎng)絡(luò)是一個有向無環(huán)圖,由代表變量的節(jié)點及連接運些節(jié)點的有向邊構(gòu) 成;有向邊用單箭頭表示,與箭尾連接的節(jié)點稱為父節(jié)點,與箭頭連接的節(jié)點稱為子節(jié)點; 在貝葉斯網(wǎng)絡(luò)中,不存在任何父節(jié)點的節(jié)點稱為根節(jié)點;既存在父節(jié)點又存在子節(jié)點的節(jié) 點稱為中間節(jié)點;僅存在父節(jié)點不存在子節(jié)點的節(jié)點稱為葉節(jié)點;各貝葉斯網(wǎng)絡(luò)根節(jié)點的 變量符號與各自在可靠性框圖中分別對應(yīng)的方框符號相同; 步驟2,找出可靠性框圖中的所有通路及各通路上的元件:通過圖的遍歷算法找出可靠 性框圖中的所有通路及各通路上的元件;所述可靠性框圖存在一個起點和一個終點;所述 通路在可靠性框圖中指的是從可靠性框圖起點到終點的路徑;在所述可靠性框圖中同時存 在多條通路;所述的每條通路上若先后多次重復(fù)出現(xiàn)同一個元件,則重復(fù)出現(xiàn)的同一個元 件僅保留一個;對于任意一條通路,其任意元件故障時,系統(tǒng)故障;當(dāng)通路上所有元件均正 常時,系統(tǒng)正常; 步驟3,對通路上除第一個元件外的所有元件建立貝葉斯網(wǎng)絡(luò)中間節(jié)點,并連接貝葉斯 網(wǎng)絡(luò)中間節(jié)點與步驟1中的貝葉斯網(wǎng)絡(luò)根節(jié)點;對于每條通路,為通路上除過第一個元件外 的所有元件,建立唯一對應(yīng)的貝葉斯網(wǎng)絡(luò)節(jié)點作為貝葉斯網(wǎng)絡(luò)中的中間節(jié)點,并按通路上 元件順序,依次用單箭頭連接建立的貝葉斯網(wǎng)絡(luò)的中間節(jié)點:由通路上前一個元件對應(yīng)的 中間節(jié)點指向通路上后一個元件的中間節(jié)點;各中間節(jié)點依次相連后形成的結(jié)構(gòu)稱為級聯(lián) 構(gòu)型;同時,在已建立的級聯(lián)構(gòu)型上,對每條通路上除過第一個元件外的所有元件,繪制單 箭頭并連線:由元件的對應(yīng)貝葉斯網(wǎng)絡(luò)根節(jié)點指向元件的對應(yīng)貝葉斯網(wǎng)絡(luò)中間節(jié)點; 在該步驟中,建立的所有貝葉斯網(wǎng)絡(luò)中間節(jié)點均包含0/1兩種狀態(tài);"0"正常,"Γ表示 故障;須對步驟2中找出的所有通路依次進行步驟3所述操作; 步驟4,連接各通路上第一個元件對應(yīng)的貝葉斯網(wǎng)絡(luò)根節(jié)點與通路上第二個元件對應(yīng) 的貝葉斯網(wǎng)絡(luò)中間節(jié)點;具體為,對于步驟2中的所有通路,繪制單箭頭并連線:由通路上第 一個元件在步驟1中建立的對應(yīng)貝葉斯網(wǎng)絡(luò)根節(jié)點指向通路上第二個元件在步驟3中建立 的對應(yīng)貝葉斯網(wǎng)絡(luò)中間節(jié)點; 步驟5,建立表示系統(tǒng)狀態(tài)的貝葉斯網(wǎng)絡(luò)葉節(jié)點Sys;該節(jié)點包括0/1兩種狀態(tài),"0"表示 系統(tǒng)正常,"Γ表示系統(tǒng)故障; 步驟6,連接通路上末端元件的對應(yīng)貝葉斯網(wǎng)絡(luò)中間節(jié)點與葉節(jié)點Sys;所述的連接具 體指的是,繪制單箭頭并由各條通絡(luò)上最后一個元件在步驟3中建立的對應(yīng)貝葉斯網(wǎng)絡(luò)中 間節(jié)點指向步驟5中所建立的貝葉斯網(wǎng)絡(luò)葉節(jié)點Sys; 步驟7:設(shè)置根節(jié)點的條件概率表;為步驟1建立的所有貝葉斯網(wǎng)絡(luò)根節(jié)點設(shè)置根節(jié)點 的條件概率表3; 表3根節(jié)點條件概率表_^各根節(jié)點的條件概率表中包括2個條件概率值Pr(X);其中X為貝葉斯網(wǎng)絡(luò)中的根節(jié)點 當(dāng)根節(jié)點為加寸,條件概率值Pr (X) = R;當(dāng)根節(jié)點為1時,條件概率值Pr (X) = 1. ο-R;所述的 R為各根節(jié)點在系統(tǒng)中對應(yīng)元件的可靠度; 步驟8,為所有貝葉斯網(wǎng)絡(luò)中間節(jié)點設(shè)置中間節(jié)點的條件概率表;為步驟3建立的所有 貝葉斯網(wǎng)絡(luò)中間節(jié)點設(shè)置中間節(jié)點的條件概率表6;各中間節(jié)點均有兩個父節(jié)點,且每個中 間節(jié)點及其父節(jié)點均為有兩種狀態(tài); 表6中間節(jié)點條件概率表表6中,ΡΗΧ|π(Χ))中的X表示貝葉斯網(wǎng)絡(luò)中的中間節(jié)點,3i(X)表示貝葉斯網(wǎng)絡(luò)中間節(jié) 點的兩個父節(jié)點;在表6所示的條件概率表中,每行數(shù)據(jù)表達(dá)的含義為:父節(jié)點狀態(tài)為表中 所列狀態(tài)時,節(jié)點為所列狀態(tài)的概率等于表中所列條件概率值;例如,表6第1行數(shù)據(jù)表示: 當(dāng)父節(jié)點1為0、父節(jié)點2為加寸,中間節(jié)點為0的概率等于1.0; 步驟9,為貝葉斯網(wǎng)絡(luò)葉節(jié)點Sys設(shè)置條件概率表; 表7葉節(jié)點Sys的條件概率表在葉節(jié)點Sys的條件概率表7中,葉節(jié)點及其父節(jié)點狀態(tài)組合、狀態(tài)組合對應(yīng)的概率值 須服從"與"邏輯;所述"與"邏輯有兩層含義:當(dāng)且僅當(dāng)葉節(jié)點所有的父節(jié)點失效時,葉節(jié)點 Sys才必然失效;當(dāng)葉節(jié)點的任意父節(jié)點狀態(tài)正常時,葉節(jié)點必然正常; 至此,通過步驟1~9完成了可靠性框圖等價級聯(lián)貝葉斯網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建。2. 如權(quán)利要求1所述構(gòu)建解決組合爆炸問題的級聯(lián)貝葉斯網(wǎng)絡(luò)的方法,其特征在于,所 述可靠性框圖依靠方框和連線布置,繪制出系統(tǒng)各元件發(fā)生故障時對系統(tǒng)功能特性的影 響;所述方框與系統(tǒng)元件一一對應(yīng),且各方框具有元件的可靠性值;所述連線用于反映系統(tǒng) 功能流程,連線的箭頭方向表明了功能流程的方向,連線并無可靠性值;所述可靠性框圖中 的所有方框相互獨立;各框圖只有故障和正常兩種狀態(tài)。3. 如權(quán)利要求1所述構(gòu)建解決組合爆炸問題的級聯(lián)貝葉斯網(wǎng)絡(luò)的方法,其特征在于,所 述圖的遍歷算法在可靠性框圖中的包括5步,具體如下: 第1步,將可靠性框圖中的每個方框看作一個節(jié)點;如果可靠性框圖中有k個方框,那么 包括起點和終點在內(nèi),可靠性框圖共有k+2個節(jié)點; 第2步,新建一個找,并初始化找為空;將可靠性框圖的初始節(jié)點入找; 第3步,查看找頂節(jié)點V在可靠性框圖中是否存在鄰接的、且沒有入找、從節(jié)點V出發(fā)未 被訪問過的節(jié)點W; 如果存在節(jié)點W:將節(jié)點W入找,并標(biāo)記從節(jié)點V出發(fā)節(jié)點W已訪問過,重新循環(huán)第3步; 如果不存在節(jié)點W:若節(jié)點V為可靠性框圖的終點,則進入第4步,否則將找頂節(jié)點V出 找,重新循環(huán)第3步; 第4步,當(dāng)找頂節(jié)點為可靠性框圖的終點節(jié)點時,此時找中所存儲的節(jié)點構(gòu)成了一條由 可靠性框圖起點到終點的路徑,即從找底到找頂依次列出的節(jié)點就構(gòu)成了可靠性框圖中的 一條通路,且找中節(jié)點的順序標(biāo)志了通路上的元件的次序;將找頂存儲的節(jié)點出找; 第5步,重復(fù)第3步和第4步,直至找中不再存有任何節(jié)點,使找S為空時,算法結(jié)束; 所述找是一個線性表,該線性表所有的插入和刪除均是限定在表的一端進行,允許插 入和刪除的一端稱為找頂,不允許插入和刪除的一端稱為找底;若給定一個找S = ai,a2, 33,…,an,其中ai為找底兀素,an為找頂兀素,兀素 ai位于兀素 ai-i之上;找中兀素按ai,日2, 33,…,an的次序入找,如果從運個找中取出所有元素,則出找的次序為an,an-l,an-2,…,曰1; 在可靠性框圖中,若一個節(jié)點由單箭頭指向另一個節(jié)點,則前一個節(jié)點的鄰接節(jié)點為 后一個節(jié)點。4. 如權(quán)利要求1所述構(gòu)建解決組合爆炸問題的級聯(lián)貝葉斯網(wǎng)絡(luò)的方法,其特征在于,所 述條件概率表指的是在貝葉斯網(wǎng)絡(luò)中各節(jié)點對應(yīng)的一張條件概率表;在貝葉斯網(wǎng)絡(luò)中,每 個節(jié)點對應(yīng)的條件概率表所設(shè)及的節(jié)點除了該節(jié)點自身外,還包括該節(jié)點的所有父節(jié)點, 并且該節(jié)點和其父節(jié)點的各個狀態(tài)組合都與一個條件概率值對應(yīng);條件概率表須列舉節(jié)點 與其父節(jié)點的所有狀態(tài)組合,W及各狀態(tài)組合對應(yīng)的條件概率值;條件概率表中每行數(shù)據(jù) 表達(dá)的含義為:父節(jié)點狀態(tài)為表中所列狀態(tài)時,節(jié)點為所列狀態(tài)的概率等于表中所列條件 概率值;在條件概率表中,節(jié)點的條件概率值通常用符號Pr(Xh(X))表示,其中X表示貝葉 斯網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點,n(X)為節(jié)點X的父節(jié)點集合;當(dāng)貝葉斯網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點X不存在父節(jié)點時,在 條件概率表中,各節(jié)點的條件概率值用符號Pr(X)表示; 每個根節(jié)點在可靠性框圖中均有對應(yīng)的方框,同時可靠性方框均與系統(tǒng)中某元件對 應(yīng)。5. 如權(quán)利要求1所述構(gòu)建解決組合爆炸問題的級聯(lián)貝葉斯網(wǎng)絡(luò)的方法,其特征在于,所 述"與"邏輯隱藏的兩層含義的數(shù)學(xué)表示依次為: P;r(Sys = l I Υι = 1,Υ2=1,...,Υη=1) = 1.0; Pr(Sys = 0 I Υι = 1,Υ2=1 ,··· ,Υη= !)=〇.〇; Pr(Sys = 0|Yi = 0) = 1.0; Pr(Sys = l|Yi = 0)=0.0; 其中,n為葉節(jié)點Sys的父節(jié)點個數(shù);Υι、Υ2、···、Υη分別表示葉節(jié)點Sys的n父節(jié)點;Y康示 葉節(jié)點Sys的第i個父節(jié)點,且0<i<n+l;第1式和第2式與"與"邏輯第一層含義對應(yīng);第3式和 第4式與"與"邏輯第二層含義對應(yīng);根據(jù)此四式,構(gòu)建葉節(jié)點Sys的條件概率表。
【文檔編號】G06F17/50GK105975694SQ201610297916
【公開日】2016年9月28日
【申請日】2016年5月6日
【發(fā)明人】王瑤, 孫秦
【申請人】西北工業(yè)大學(xué)
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