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计算机理论论文精选
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定性仿真理论及其应用
摘要：
本文首先介绍了定性仿真的产生背景及理论发展状况，然后说明了定性仿真在各领域的应用情况，最后对定性仿真的发展方向进行了探讨。
关键词：
定性仿真，定性模型
1定性仿真的产生与理论现状
定性仿真（aaa）是以非数字手段处理信息输入、建模、行为分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，是系统仿真与人工智能理论交叉产生的新领域。
相对于传统的数字仿真，定性仿真有其独到之处：
这种仿真能处理多种形式的信息，有推理能力和学习能力，能初步模仿人类思维方式，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，美国实验室的d和B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方法难以使学生很快明白电路的工作过程，而在实际教学中，老师并不是先给出数学公式，而是先讲解电路的工作原理，采用定性的描述方法，那么是否可以用计算机来模拟这一方法呢?
同样在许多的实际工作中，人们更多的是依靠这种对系统原理性的理解，而这种理解的基础就是定性知识。
很多专家学者开始探索如何在数字仿真中引入定性知识。
1983年，d和B发表了有关定性仿真的第一篇论文AaacBadCc?
[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D.b则对定性仿真理论作了全面的总结[2];1986年美国德州大学的Ba在aaa"一文中提出了动态仿真算法[3]，使定性仿真接近于实用。
1984年人工智能杂志第一次出版了关于定性问题的专集。
此后定性问题的研究成为人工智能和系统建模与仿真领域的一个热点，许多学者加入到这一研究领域中，产生了大量的研究成果。
1991年，人工智能杂志又出版了有关定性推理的第二本专集，标志着该领域理论研究逐渐成熟并且向应用领域扩展。
90年代以来，该领域的研究情况可谓方兴未艾，在的相关杂志上和撊斯ぶ悄軘等国际刊物上经常可以看到定性仿真方面的研究成果。
国内该领域的研究起步较晚，目前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，研究者们根据自己的见解提出了各自的建模和仿真理论。
目前，基本可分为三个理论派别，即模糊仿真方法、基于归纳学习的方法和朴素物理学方法。
模糊数学方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手段。
最初，系统的定性值是采用区间模糊数的行为来描述的，英国的a进一步将其发展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。
当前的模糊定性理论，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，即如何确定描述系统的模糊量。
归纳推理法是定性仿真的一个新方向，它起源于通用系统理论，主要利用其中的通用系统问题求解（ab）技术。
输入尽可能多的行为，通过归纳学习的方式，构造系统的定性模型，进行仿真研究。
归纳推理法最突出的优势在于它完全不需要对象系统的结构信息，不需要预先提供任何模型。
但是，这种方法需要采集大量的数据并处理和维护;而且，由于现实条件的限制，不能保证归纳的完备性。
朴素物理方法在理论和应用上发展得最为成熟，它兴起于一些人工智能专家对朴素物理系统的定性推理研究。
根据建立系统定性模型的方法，又可分为很多派别，比较有影响的有：
B和d提出的基于摿鲾的概念的理论，.D.b的定性过程理论，B..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
现在，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、故障诊断、系统行为分析、解释以及预测等方面发挥着越来越大的作用。
国外文献报导较多而且应用取得成效比较明显的应用领域主要有：
工程和工业过程;电子电路分析和故障诊断;医药和医疗诊断;社会经济领域。
下面有选择地按照应用领域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领域及一些工程设备，如蒸馏塔、高压锅炉、汽轮机等人造设备;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。
A是欧洲的计划中的一个项目[5]，项目领导者是苏格兰的-a大学的c.，完成于1993年7月。
此项目建立了定性动态模型，应用于过程监测与故障诊断。
c等人建立了一个基于定性微分方程（D）和模糊量空间的定性仿真器：
现已应用在输配电络和化工厂蒸馏塔的过程监控、分析、诊断上。
计划中另一应用定性推理的重要项目是：
工程-汽轮机的监测、诊断系统[6]。
现已应用在化工厂的大型工业汽轮机以及Daa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电子电路分析和故障诊断
定性仿真的一个很重要的应用领域便是电子电路分析和故障诊断。
定性推理的先驱人物d早在1976年便开发了使用定性知识研究电子线路的系统CA，即根据电路部件已测知的正常行为和错误行为，分析实际行为和预测行为的不一致之处，然后指出电路的故障点。
这种思想后来发展成了基于模型的故障诊断理论（d-badda）。
时至今日，由于定性推理和仿真技术的不断进步，该应用领域的发展前景更为广阔。
这类项目中，最为典型的是Da.等人开发的模拟电路故障诊断工具-DDA[7]。
Da对该系统进行了一系列实验，声称：
DDA系统能诊断出电路故障的75%，另外的25%故障没有构成对电路性能的显著影响，并且可以通过其他手段检测出。
cDaa继续这个领域的研究工作，已推出一个名为"DAA"的商业化产品。
2.3医药和医疗诊断
人工智能中的专家系统，尤其是医疗专家系统，为人工智能的振兴起了推波助澜的作用。
而定性仿真在医疗专家系统的应用方面也很活跃。
Ba.将定性推理应用在心电图的识别上[8]，目的在于根据心电图辨识心律，判断病症。
定性模型用来产生心脏工作状况，规则归纳系统用于产生诊断规则库。
他给出了心电图诠释系统-AD，澳大利亚的cc公司已将此系统的部分成果应用于他们的心脏病诊治系统aca中。
和a给出了理论的定性推理和模型简化方法[9]，并给出了在医学专家系统中的具体应用过程。
该系统可以对肾脏的水份、盐份平衡过程进行仿真，作为肾炎综合诊治系统的辅助分析工具。
2.4社会经济领域
定性推理由于其处理不完全知识及模糊数据的突出能力，一直在社会科学、人文科学、商业流通等领域的研究上占有重要位置。
Da.A，d.A给出了一个商业行为分析定性仿真模型[10]。
作为例子，他们对某个公司的销售量、商品价格、资金状况进行建模，分析其商业行为的变化，如为什么广告量的减少会带来销售量的下降，什么原因导致公司资产减少，是否存在经营危机等。
对于银行贷款之前的商业调查，该模型具有广阔的应用前景，荷兰的A银行正在此基础上进行深入的研究工作。
美国的a.A，.B使用算法，研究市场预测的定性仿真模型，即当市场需求、供给、价格等诸因素变动时，预测可能引起的市场变化[11]。
3定性仿真的发展方向
定性仿真目前仍然是新兴的研究领域，很多基础性的理论工作尚待完善和突破，因此该领域的发展前景十分广阔。
对于定性仿真理论，概括来说，有以下几个发展方向：
（1）采用定量与定性结合的仿真方法
由于定性模型中包含系统的不完全知识，定性仿真会产生一些虚假和二义的多余行为，当实际系统很复杂时，定性仿真产生相当数量的多余行为，如何有效地减少定性仿真产生的行为数，成为当今定性推理研究的主题。
很多研究者纷纷采用定量与定性结合的仿真方法。
在定性仿真中加入相当的定量知识，将定量与定性有机地结合起来，将大大减少系统的预测行为数，增强定性仿真的生命力。
（2）采用模型分解方法
定性仿真走向应用时，往往涉及到规模较大的系统，即使省略某些细节，模型仍是非常复杂的。
所以，定性理论中，必须有处理这种复杂性的手段。
模型分解方法将系统模型分为若干部分，称为部件（），系统的联系紧密的变量将集中在一个部件中，并为部件建立状态，系统的描述将以这种状态为单位，若需要不同部分的变量的事件对应性，可以通过不同部分之间的连接来产生。
并且，仿真算法上也作了相应的变动，以局部的部件描述为基础的仿真取代了以全局状态为基础的定性仿真算法。
大大提高了模型建立工作的效率和准确性，并降低了仿真的时间和空间运行代价。
（3）采用并行定性仿真方法
当前定性仿真在减少冗余或虚假行为的研究上取得了很大进展，但同时也带来了一些始料未及的副作用：
定性与定量知识的结合，使知识的表示和推理机制复杂化，数据量明显增加;由于信息不完备，系统的搜索空间增大，使得定性仿真在一定的情况下比定量仿真的速度更慢;再者随着定性仿真逐渐走向应用，参数数量的增长使问题的规模成指数增长，仿真的速度也明显下降。
并行定性仿真能较大幅度地提高定性仿真的效率，因此成为一个新兴的发展方向。
鉴于定性仿真技术的诸多优点及巨大的实用价值，许多学者纷纷投入到该领域的研究中，各国政府部门及研究机构在研究经费等方面大力扶助，我们有理由相信在不远的将来定性仿真研究会取得更大的进展。
参考文献
d,B.AaacBadCc.A,1983,59:
7-15.
bD.aac.A,1984,24:
85-168.
B.aaa.A,1986,29:
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11aA,.aaaccc:
Aa.CccD,
,A.&ccDa,ada,,A,1991.
美国政府在计算机技术发展中的作用及其启示
内容提要:
计算机产业是一个收益丰厚，而且高度竞争的产业，但是美国政府大力资助计算机产业技术的发展，并取得了明显的效果。
本文重点介绍和分析了美国政府在计算机产业技术发展的各个阶段所发挥的作用，对我国政府如何支持产业技术发展具有重要借鉴。
关键词:
美国的计算机产业在世界上占主导地位，政府起了重要作用。
美国政府对计算机产业的支持
之所以能够产生明显的效果，关键是政府职能明确，不断根据产业发展需要调整支持方向，改进资助体系和管理。
总结美国联邦政府支持计算机技术研究开发的经验，对我国政府支持产业技术发展有着重要的借鉴作用。
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一、美国政府对计算机技术发展的支持?
第二次世界大战结束后，联邦政府一直是计算机技术的强有力支持者。
按1995年不变价计算，1976-1995年间，联邦政府对计算机科学研究和技术开发的支持由1.8亿美元增加到9.6亿美元，增长了5倍。
其中，基础研究投入由6500万美元增加到2.65亿美元;应用研究投入由1.16亿美元增加到7亿美元。
联邦政府资助中约35-45%投向大学，其余55-65%投向政府实验室和产业界;政府基础研究资金的70%投向大学。
联邦政府还对其他与计算机技术相关的研究给予资助。
联邦政府对与计算机研究相关的其他技术和电子工程研究方面的投入由1972年的不到10亿美元增加到1995年的17亿美元，占联邦总投入的比重由5%增至7%。
联邦政府从其职能出发决定资助方向，政府资金主要投向以下几个方面。
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（一）重点支持长期的基础性研究?
美国政府在长期基础性研究和共性应用技术的研究开发方面发挥了重要作用。
长期基础性研究的主要特点，一是其效益往往在短期内无法显现出来，风险较大。
特别是在产业发展初期，企业没有实力进行这样的研究工作;二是其应用领域往往比较广泛，一家公司无法完全利用，而且又无力阻止竞争者利用其研究成果。
因此，产业界较少对长期基础性研究进行投资。
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美国联邦政府对计算机技术的长期基础性研究的资助项目已经取得了明显的效果。
如，政府资助的计算机人工智能技术研究开始于70年代早期，直到1997年才研制出能够成功识别持续性语音的个人电脑。
与此相似的是，国防基金从60年代就开始资助可用于三维图像的基础性系统研究，直到90年代才形成消费性产品。
尽管这项成果在高性能仪器中早已开始应用，但近些年才广泛应用于医疗、娱乐及国防产业。
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（二）资助计算机研究的基础设施?
联邦政府在计算机基础设施建设方面发挥了关键作用，为美国发展计算机产业提供了源源不断的人才。
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1.为产业发展培养了大量人力?
联邦政府的资助计划培养了一大批电子工程和计算机科学的研究生和优秀研究人员，为计算机和电子工程的发展提供源源不断的后续人才。
国家科学基金的数据表明，1985-1996年间，获得联邦资金资助的计算机和电子工程专业的研究生比例从14%增加到20%。
联邦政府对研究生的资助主要采取助教奖学金的形式，助教奖学金占总资助额的75%以上。
1985年到1995年，全国最好的计算机系里，如、卡内基·梅隆、加利弗尼亚大学勃克力分校等的计算机和电子工程专业的研究生中约有56%得到了联邦政府的资助，其中一半是助教奖学金。
1997年，斯坦福大学电子工业和计算机专业27%的研究生获得联邦政府资助，50-60%的博士得到资助。
同时，政府资助的一些大型研究项目还培养了一批学术带头人。
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2.为大学教育和研究提供了良好的设备和设施?
配备和维护研究的硬件设备需要较高的资金投入，一般的大学很难筹集到这笔资金。
联邦政
府采取多种形式来支持大学购买计算机设备，主要有两种形式：
一种是为大学教学提供计算机设备;另一种是通过资助特定研究项目为大学提供精良设备。
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联邦政府在支持大学研究设备方面的主要贡献，一是支持建立大学计算中心，资助大学计算机系开展研究工作。
国家科学基金（以下简称""）于1956年就开始了为大学提供普通教学和研究用计算机的资助计划。
该计划每年提供的资助金额增长很快，1958-1970年间，共资助了66,00万美元。
60年代，国防部高级项目处（以下简称"DAA"）重点资助了少数几个基础好的大学计算机系（如，卡内基-梅隆大学，斯坦福大学）开展专门项目研究，资助项目的大部分资金用来采购设备。
据估计，60年代，全美大学中约一半的计算设备是由政府机构资助提供。
1981-1995年间，联邦政府资助了计算机科学系研究设备采购的65%，1985年高达83%。
在电子工程方面，联邦政府的设备资助也维持在较高的水平，1982年为75%，1995年为60%。
启动了两套专门为计算机科学系提供设备的计划：
计算机研究设备计划和一个更加广泛的协作实验研究计划。
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二是研制高性能计算设备和建设络设施。
80年代中期，政府资助了B701等高性能计算机
的研制，造出了供研究人员进行各种研究使用的大型计算机系统。
1985年，启动了一项建立超级计算机中心的计划，资助建立了5个全国范围的计算机中心，为那些不能在普通计算机上进行的高级的、运算复杂的研究提供了条件。
后来，这些中心成为高性能计算机的早期试验场，还对一些计算机科学系的教学起了重要作用。
同时，这项计划还带动州、私人部门出资在其他大学建立超级计算机中心。
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随着络技术的发展，政府加大对络设施的资助力度。
1973年起，着手进行一项科学络的计划，每年提供60万美元到75万美元为大学的研究人员建立计算机络。
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（三）支持利用高新技术的大型应用系统的研究开发和推广?
联邦政府有效资助了大型应用系统的研究开发项目。
DAA支持了计算机间相互联结的分批转换络（AA）的研究项目。
这项研究促进了有关入协议、分批转换及路线安排等项研究。
同时也推进了对大型络管理模式的开发研究，如，域名系统及开发电子邮件等。
DAA的研究成果显示了大型分批转换络的价值，促进了其他络的开发。
络的建立形成了络的基础。
政府通过资助大型高新技术应用系统的开发，把学术界和产业界的研究者汇聚起来共同建立共用的实验室，交流思想，从而创造出一支有能力最终推动技术发展的研究力量。
如，50年代的A项目组织了来自、B及其它研究实验室的研究者，整个项目过程中出现了许多创新思想，目前在计算机行业已经获得广泛认可的想法都是当时提出来的。
许多计算机行业中的先驱人物也从50-60年代的控制计算机系统（A）项目中获得了经验，后来这些人在代表着计算机及通讯事业新兴的公司及实验室中工作。
A的影响在后来的几十年中才逐步显现出来。
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构造大型应用系统的实践表明，有些研究并不一定直接导致某一项技术的创新，而是导致开发与技术推广。
应用开发是对已经研究出来的技术进行分析和合理组合，形成新的应用系统。
如，建立大型应用系统的研究项目就是把电子通讯系统的原理应用到AA项目开发中，形成了络技术的基础。
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（四）对产业技术的早期资助?
20世纪50年代，联邦政府资助了绝大部分计算机技术的研究。
那时，政府对计算机技术研究
开发的资助超过工业界&D投入的3倍，几乎覆盖了整个计算机界的研究与开发。
直到1963年，政府还资助着B计算机&D的35%，B公司的50%，C-Daa公司的40%。
从60年代末开始，因为整个计算机行业快速发展，政府对计算机&D资助的比例急剧下降。
直到70年代中期，政府资助仅占计算机&D投入的25%，1979年达到战后的最低点15%。
随着新项目的启动和里根执政时期的国防建设，1983年，政府对计算机技术研究的资助比例又有回升，约占20%。
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美国政府对产业界的资助重点放在推动技术商业化方面。
一是对产业界早期研究的资助。
政府对企业实验室提出的一些有市场前景的技术给予资助，将其推向商业化。
例如，B最先提出了相关性数据库的构想，但B考虑到这项技术构想可能对自己已经成熟的产品造成潜在的竞争威胁，没有继续进行商业化研究开发投入。
而资助加州大学伯克立分校对这一构想进行深入研究，并将其推向商业化;二是支持共性技术研究开发。
有些研究开发具有商业价值，但属于共性技术，单个企业难以研究开发，或者企业担心难以控制竞争者使用技术成果。
B最先开发了C（精简指令系统计算机），但直到DAA资助加州大学伯克立分校及斯坦福大学进行深入研究时，C才实现了商业化。
该研究是作为70年代末、80年代初"大规模集成电路"（）项目的一部分来进行的。
后来许多公司把以C为基础的产品引入了市场领域。
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（五）联邦政府的资助对创新起到重要作用?
联邦政府的资助计划促进了计算机技术的创新。
据统计，1993至1994年间，美国全国共批准了1619项与计算机产业有关的专利。
尽管这些专利的所有者75%是美国企业，但它们所引用的论文大部分是由大学或政府的研究人员撰写的。
在按资助分类统计的论文中，51%的资助来自于联邦政府，37%来自产业界的资助。
政府资助中占22%，DAA占6%。
尽管这些数据仅限于两年的专利统计，但反映出联邦所资助的项目，特别是在大学里进行的资助研究，推动了计算机行业的技术创新。
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二、美国政府在计算机产业技术发展各阶段中的主要作用?
政府在计算机科学技术发展过程中的作用，随计算机产业成长和发展阶段不同而变化。
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（一）50年代--计算机技术发展的初期阶段，政府的主要作用是用户和资助者?
在1960年以前，美国政府作为用户和资助者，主导着电子计算机技术的研究开发。
这一期间，政府支持计算机技术主要出于国防需要，资助面比较窄，重点是对技术本身的试验，而且没有一个系统的长期战略计划。
但是，这一时期的政府资助项目尝试了不同类型的资助机制，对私营部门产生了非常重要的影响。
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50年代，几个主要计算机公司的&D都得到过联邦政府的各种形式的资助。
例如，在B公司的&D投入中，政府合同资助投入占50%以上，直到1963年还有35%。
联邦政府不仅在资金上对私营部门提供资助，而且从项目设计、技术思路、人力等方面提供了支持。
资助的项目涉及到有关国家安全、人力培养等各方面，还包括一些综合性、高投入、不确定性大、具有长期影响的技术开发项目。
政府资助的许多项目研究出了设备的原型，在这些原型基础上，研究人员可以进行更深入的探索。
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（二）60-70年代--技术扩散和产业增长阶段，政府扶持的重点转向长期基础性研究和培养人才?
60年代初期，美国的计算机行业开始商业化，可以独立于政府的资助和采购，全国出现了几个大型的计算机公司。
这些大型公司建立了自己的实验室，并且有能力自己研究开发计算机应用技术，从而促进了计算机产业的商业化。
如，B公司与美国航空公司在部分采用军事指挥和A技术的基础上，开发了计算机订票系统（AB系统）。
计算机定票系统的迅速发展成为推动计算机产业化的一个重要动力。
与此同时，产业界对计算机人才的需求大大增加。
出现了计算机科学领域，几个重要学校的计算机系已经成立。
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随着计算机技术产业化和商业化，政府的资助重点开始转向长期基础性研究和培养人才。
60年代后期至70年代，由于计算机产业界对&D的投入增加，尽管政府资助产业界的绝对数额还在上升，但比例却急剧下降。
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（三）80-90年代--计算机产业成熟阶段，政府积极组织和支持联合研究开发?
随着产业界增加对计算机技术研究开发的投入，政府资助所占比例开始下降。
80年代初期，日本的电子工程和计算机存储器等技术开发，使美国的计算机产业感到了竞争威胁。
同时，美国半导体生产设备的国际市场份额从75%下降到了40%。
"增强竞争力"成了美国80年代技术政策的关键字眼，国内要求政府采取行动的呼声提高。
同时，大学与实业界开始以合资、协议等方式进行合作，或组织行业协会抵制来自日本的威胁。
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为了提高美国计算机产业的竞争力，使其在世界占据领先地位，联邦政府不仅继续支持计算机科学和技术的研究，而且调整了支持重点和资助方式。
政府对计算机技术的资助重点开始转向支持各界联合开发，通过支持行业协会等一些新机构，组织和促进产业界联合开发。
1984年的国家合作研究法案从不信任法案中把研究协会的名字去掉了，从而使研究协会的合作合法化。
政府支持半导体制造技术协会（AC）等行业性组织机构，发挥其在计算机技
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