自-基于思维导图的仿真试验设计方法

基于思维导图的仿真试验设计方法陈欣１(1.复杂系统仿真国家重点实验室，北京1０01０1）摘　要:概念模型是对现实世界的首次抽象，传统的基于UML和文本的概念模型描述方法,存在语义歧义,形式化描述不足，缺乏完整性和一致性检查机制等问题。因此无法为仿真想定的自动生成和仿真模型的组合重用提供支撑，本文提出了基于本体的军事概念模型描述方法,基于W３C组织所提出的OWＬ语言建立概念模型描述语言。介绍了OＷL各个语义元素在军事概念模型中的描述作用。建立了通用本体和领域本体两个层次的军事仿真概念模型框架,定义了通用本体的基本类和属性。将领域本体化分为军事组织本体、军事装备本体、军事活动本体。论述了基于本体的仿真概念模型描述方法支持概念模型一致性和完整性检查，支持仿真模型的组合重用的机制，仿真想定的辅助生成和一致性检验。并提出了下一步的工作。关键词:概念模型（ＨＬA）；本体;ＯWＬ语言;仿真想定中图分类号:TP39１．９　　文献标识码:A　文章编号：　ＴｈeDescriptｉon　Meｔhod　ｏfConcｅptuaｌ　Model　BaｓedofthｅOｎtologyＣHＥNＸｉn(1.　SchooloｆCｏmｐuｔｅrScｉeｎｃｅ　aｎdTecｈnologｙ，BeiｊｉngUnivｅrsityOＦPｏstsanｄCｏmmｕnicａtionsBeijing100876,Cｈina;)Absｔｒaｃｔ:CoｎcepｔuａｌModeｌｉs　ｆirｓt　ｔiｍeabstracttoｔｈｅrealｉsｔicworld,ｔradｉtｉonaｌCｏｎcｅｐｔual　Ｍoｄel　ｄeｓcriptionmeｔhoｄbaｓedonｔheＵMLandthｅｔextｏｒiginalｌy,eｘisting　tｈe　seｍantｉｃ　ambiｇｕｉty,foｒｍalｄescription　ｓhｏｒｔａgｅ,　laｃｋthｅmechanisｍof　intｅgrｉtｙ　ａndconｓｉsｔencyｃｈeck.Thereforｅcａn'ｔ　supｐort　ｔｈe　siｍulatioｎSｃenarｉoDeｓcrｉpｔｉoｎandｔhｅｍｏｄeｌcomposability，TｈｉsＰaperｐｕｔsfｏｒward　ｔheｓimulatｉｏnＣonｃeptuａldｅscriptionｍethod　bａseｄoftｈｅOｎtoｌogｙ,　ａｃcoｒdingto　ｔheOWLlanｇuage　put　fｏrｗaｒdｂｙthe　Ｗ3Coｒｇaｎizatｉonestａblishment　ConcepｔｕａlMｏdel　dｅscｒiptiｏｎｌanguage,iｎｔrｏdｕcｉnｇｔheOWLlaｎｇuagesemaｎｔicｅleｍenｔｉntｈedescｒiｐtionfｕnctioniｎ　ｔｈｅmiliｔaryConｃeptuａl　Modｅl.Buｉｌd　ｕｐｔhｅGeｎerａｌOntｏlogｙaｎdtheＤomaｉｎOｎtoloｇｙtwolayers　of　themiliｔaryCoｎcｅｐtual　Ｍodel　fｒａme　oｆｔｈeＯntolｏgｙ.InthegeneralOnｔolｏgyｇｉve　theｃlａssａndｔhePropertydefiｎｉtｉｏｎ，andgｉｖeａ　relatｅd　soｌｉdｅxample.Iｎｔｒｏduｃe　tｈe　tｅchｎｉｑuｅadvaｎtaｇｅwitｈ　ｔｈe　ｓｉmulaｔｉon　CｏnceptuaｌMoｄel　dｅscripｔｉoｎbasedｏn　theＯnｔolｏgy,inclｕdｅ　theConceptual　Modelcｏnsiｓtｅncyａnｄｉntegrｉtｙ　ｃｈeck,sｕｐpｏrtｔhe　Comｐosａｂleｏftｈeｓimｕlation　modeｌ,simulation　Scenａriｏ　aｕtomaｔｉcｃreaｔｉｎg,fiｎalｌy　Ｐutｆorｗａrdthenextwork.Keyworｄs:ConcepｔｕaｌModｅl；Ｏｎtoloｇy；OWＬ　(WｅbOntologｙ　Languａge）；SimｕｌaｔionScenａrio1引言仿真试验设计（ＤesigｎｏfExperiｍｅnｔs,DOE）是指正式进行仿真试验之前,根据试验的目的和要求,运用概率论和数理统计等有关的数学原理,对试验因子、研究方法和试验步骤的预先设定，经济、科学地安排试验的一项技术。试验设计在整个仿真试验研究中,占有极其重要的地位。一个试验如果涉及因素很多，可能需要大量的试验才能得到所需要的结果。因此，在试验设计中就必须仔细考虑哪些试验要做，关注哪些因素,设置什么样的环境条件,各试验的先后顺序等。如果试验设计得合理、周密、科学,便可使用比较经济的人力、物力，在较短的时间里获得丰富而可靠的资料和科学的结果。反之,如果试验设计存在着缺陷，不仅会造成浪费，而且还可能造成试验过程不严密，降低研究成果的科学价值。武器装备论证仿真的试验设计是根据武器装备论证目的和要求，在仿真试验方法确定的试验模式、类型和试验方法基本框架的基础上,运用概率论、统计学原理,研究如何合理选取试验样本，控制试验中的各种因素及水平的变化，制定出一个优化的可行试验方案的过程，使之以尽可能少的试验次数来获取足够的、有效的试验数据或资料,有助于对试验结果做出有用的推断,得出比较可靠的试验结论。经典实验设计主要是指对于武器装备体系仿真而言,存在不确定性。处理复杂问题时采取的是“人机结合、以人为主”为主的综合集成策略,将专家对复杂问题的认识体现在对问题关键因素的把握和理解，通过引入专家的先验知识可大大减少仿真试验空间,通过仿真试验结论可以进一步引导专家探索不同的方向，或是不同因素的思维导图作为一种体现将仿真试验空间,对应于问题的所有可能解空间，而仿真试验设计就是利用最少的仿真试验次数，在解空间中找到最优解。对于体系问题两点,第一,判断最优解的问题；第二，最优解是否可寻问题；第三，如何寻找最优解的问题;对于第一个问题，在体系中,判断体系方案的优劣往往不确定，不同的价值趋向往往导致影响不同方案最优解的判断。因此对于第二个问题,由于体系问题异常复杂，解空间的规模异常大,解空间的规模与实验因子成指数化变化关系,如3０个实验因子，每个取5个,其解空间达到530到,目前的计算机无法穷举所有的可能的解空间,因此最优解往往不可寻。基于上述两点认识,可认为体系问题的最优解是无法可寻的,也无需可寻。因此目标是仿真实验寻找局部最优解,或者寻找满意解。如何寻找局部最优解或满意解，探索性分析方法,主要从引入专家的先验知识，寻找接近局部最优解或满意解的路径,将定性定量相结合，将专家的思维与基于数学的实验设计方法相结合，本文提出了基于思维导图的仿真实验描述方法,专家通过思维导图表述对体系问题的分析过程,对不同条件，不同环境下体系分析过程进行引导。但是思维导图最大的问题在于缺乏形式化的描述，是形象化描述方式,因此本文利用本体论对仿真实验设计思维导图进行了形式化的描述，力求将思维导图能够与数学方法相结合2基本理论和相关工作经典实验设计基于探索性分析的实验设计广义实验设计，狭义实验设计利用1基于思维导图的仿真试验描述思维导图最初是2０世纪６0　年代英国人托尼·巴赞（ＴｏnｙＢuｚan)创造的一种笔记方法。托尼·巴赞认为:传统的草拟和笔记方法有埋没关键词、不易记忆、浪费时间和不能有效的刺激大脑四大不利之处，而简洁、效率和积极的个人参与对成功的笔记有至关重要的作用。在草拟和笔记的办法成效越来越小的情况下，需要一种可以不断增多回报的办法,这种办法就是思维导图。尽管思维导图的初始目的只是为了改进笔记方法,它的作用和威力还是在日后的研究和应用中不断显现了出来，被广泛应用于个人、家庭、教育和企业［4]。图2是一个思维导图的例子，从同一层次的节点数目我们能看到思维的广度，从一个分支的长度我们能看到思维的深度,离中心节点表示的包容度高，离中心节点远的包容度低,更趋向于具体。思维导图的优势1、思维导图容易展现宏观的分析过程,体现出体系仿真实验全局性影响因素的作用。2、思维导图体现了由宏观到微观,由抽象到具体的思维过程。可以先从整体上分析体系问题的趋势，再从，可解决体系问题复杂性和关联性造成的分析层面的问题,反映体系问题层次之间，分支之间、节点之间的联系,既有层次又兼顾联系的方式能够较好反映复杂性和关联性强的问题３、形象化的图形方式容易实现专家之间的沟通和交流,通过基于思维导图的协作研讨,即可以相互启发，又可以避免相互主导性的影响。思维导图的基本步骤专家分析主要因素，头脑风暴法２基于本体论的形式化描述