Bayesian Networks and Decision Trees in the
电力故障诊断方法研究的一些参考文献
电力故障诊断方法研究的一些参考文献Research on the method of power failure diagnosis has been a crucial area of focus in the field of electrical engineering. One important reference in this area is the paper "Power Proxy: Anomaly Detection in Power Usage Data" by Zhang et al. This paper proposes a novel approach using deep learning techniques to detect anomalies in power usage data, which can aid in the diagnosis of power failures. The authors demonstrate the effectiveness of their method through experiments on real-world power usage datasets.电力故障诊断方法的研究一直是电气工程领域的一个重要研究方向。
张等人的论文《Power Proxy: Anomaly Detection in Power Usage Data》是这方面的一个重要参考文献。
这篇论文提出了一种新颖的方法,利用深度学习技术来检测电力使用数据中的异常,有助于诊断电力故障。
作者通过对真实电力使用数据集的实验验证了他们方法的有效性。
In addition to Zhang et al.'s work, another valuable reference is the paper "A Survey on Fault Diagnosis Techniques Through EE Stream Processing" by Wang et al. This survey paper provides a comprehensive overview of fault diagnosis techniques in the contextof electrical engineering stream processing. The authors discuss various methods such as Bayesian networks, neural networks, and decision trees, highlighting their applications in diagnosing power failures. This paper serves as a useful guide for researchers interested in exploring different fault diagnosis techniques.除了张等人的工作,王等人的论文《A Survey on Fault Diagnosis Techniques Through EE Stream Processing》也是一个很有价值的参考文献。
开源智能教学系统的架构及功能框架研究--以gift系统为例
从1956年美国达特茅斯会议首次系统讨论人工智能渊Artificial Intelligence袁AI冤这一概念之后袁历经几十年的发展和积累袁人工智能在各领域获得广泛应用遥开源智能教学系统是人工智能在教学领域的一个重要应用分支和研究方向袁与传统智能教学系统相比袁开源智能教学系统的适应性尧灵活性尧自主性更强袁便于使用者的二次开发以更好地满足教学需要遥近年来袁出现了许多应用范围较广的开源智能教学系统袁例如院由美国联邦基金资助尧伍斯特理工学院主办的免费公共服务平台ASSISTments平台[1]袁为学生提供个性化指导曰由Google公司推出的TensorFlow开源人工智能系统[2]袁具有灵活性尧高效性以及良好的可扩展性尧可移植性等特征遥上述平台对推动人工智能在教育领域的野落地冶起到了促进作用袁但这些平台也存在一些不足袁如对使用者所需具备的能力要求较高袁需要使用者掌握一定的编程开发能力袁对广大一线教师而言袁具有较高的技术门槛遥开源的GIFT渊Generalized Intelligent Framework for Tutoring袁通用智能教学框架冤是一款优秀的智能教学系统袁它可以模块化地实现对自适应学习内容的建构尧部署和管理袁这一系统提供各种软硬件接口以方便与其他多类型应用的结合[3]遥GIFT系统是在美国军队研究实验室人类研究和工程指挥部渊Army Research Laboratory Human Research and Engineering Directorate袁ARL-HRED冤的支持下由智能辅导学习环境渊Learning in Intelligent Tutoring Environments袁LITE冤实验室主导开发的适应性学习研究项目遥GIFT系统自2012年5月发布以来袁在学科教学尧医疗培训尧技能训练等多个教育领域实现了基于情境的课程开发袁发展至今已经较为成熟遥截至2019年10月袁GIFT社区已经有来自76个不同国家和地区超过1500名活跃用户袁讨论区已发表超过1200个主题讨论[4]遥一尧GIFT系统的架构GIFT系统是一个基于经验的尧面向服务的袁集工具尧规则和标准于一体的通用智能教学框架遥它开源的特性使得编写智能教学系统尧开展教学管理和评估教学效果变得容易实现遥GIFT的构成元素包括组件尧模块尧模型尧消息尧数据库和接口等袁它们支持GIFT的创作尧教学和评估功能遥系统基于以学习者为中心的理念袁通过传感器模块收集学习者的行为尧特征和偏好等多模态学习数据袁准确评估学习者的状态袁形成更加稳定尧持久的学习者模型遥通过精确分类学习者的各项数据袁在教学模块中选择最优的教学策略袁结合领域模块中的知识对*———以GIFT系统为例陈凯泉袁刘璐渊中国海洋大学教育系袁山东青岛266100冤摘要院开源智能教学系统是人工智能在教学领域的重要应用方向遥与传统智能教学系统相比袁开源智能教学系统的适应性尧灵活性尧自主性更强遥GIFT平台由美国军队研究实验室主导开发袁该平台支持在学科教学尧医疗培训尧技能训练等多个教育领域实现基于情境的智能课程开发遥GIFT主要由传感器模块尧学习者模块尧教学模块尧领域模块这四大基础模块支撑其体系架构袁提供教学创作尧教学管理和教学评估三大基本功能遥基于GIFT平台的多个教学实例袁显现出该平台能在不同学习领域适应不同情境下的教学或训练需求袁且在极大程度上降低了教师开发智能课程的技术门槛遥关键词院智能教学系统曰GIFT平台曰适应性学习中图分类号院G623文献标志码院A文章编号院1673-8454渊2020冤03-0052-05*基金项目院本文系国家社会科学基金项目野基于E-SCIENCE的新型科研范式研究冶渊15BTQ057冤的研究成果遥学习者的学习做出指导和反馈[5][6]遥GIFT从体系架构上主要包含传感器模块尧学习者模块尧教学模块尧领域模块这四大基础模块遥传感器的特定传感器接口遥它接受原始的来自传感器的数据袁通过传感器处理模块将这些数据转换成可用的形式袁该模块过滤尧分段或提取数据中的特征值遥传感器处理模块将处理后的数据传输到学习者模块遥由于传感器模块具有支持商用传感器的接口袁因此利用这一模块可以实现对数据的处理尧存储以及格式化操作遥该模块是GIFT系统与外部接口集成的基础袁利用传感器模块袁系统完成检测尧收集尧传输学习者的生理和行为等多模态学习数据遥学习者模块可以基于学习者的历史行为尧表现尧偏好等数据来确定学习者当前的认知尧情感或生理状态遥学习者模块的主要功能是确定学习者的状态袁次要功能是跟踪教学过程中相关的学习者特质数据渊如个性偏好和学习风格冤和课程数据渊如课程开始/结束尧课程成绩或表现冤遥学习者模块是众多用户模块的一种袁GIFT目前正在开发更多的用户模型渊如教师尧专家尧研究者等冤和更丰富的交互界面来支持教学袁但学习者模块仍然是提供自适应辅导教学的中心遥学习者模块利用经传感器模块预先处理的行为和生理数据袁以及依据数据统计尧自我评价和观察数据一起生成的绩效评估状态渊如未达到尧达到尧超出预期冤袁对学习者的认知能力尧情感能力状态做出分类遥数据袁根据学习者的状态和表现来决定教学内容尧顺序和流程遥根据教学模块的决策袁将视觉和听觉刺激传递到交互界面遥教学模块需要解决的问题是当学习者处于不同状态时袁应该建议采取何种行动遥传统的机器学习方法袁如贝叶斯网络渊Bayesian networks冤或者决策树渊Decision Trees冤袁通常在教学策略完善的情况下做出决策以确定下一步的行动遥而GIFT可以在学习过程中进行动态评估并对教学策略随时进行调整袁根据现实情况选择完成提示尧反馈或难度调整等不同操作遥领域模块的目的是定义和构造该领域所涉及的知识袁包括教学内容尧相关任务尧评价标准尧常见问题等等遥领域模块是由教学模块的推荐决策所驱动袁领域模块将教学模块的通用决策转换成为特定领域的具体执行策略遥例如院教学模块决定下一步应该对学习者进行提问袁领域模块在接收到来自教学模块的信息后则对学习者做概念提问遥领域模块不仅能够决定呈现哪些内容尧内容呈现的顺序和速度以及要提供的反馈类型袁还能够采用与专家表现或其他标准进行比较的方式袁在学习者完成阶段性的或整个课程的学习内容后对学习者表现做出评估遥二尧GIFT系统的功能框架GIFT作为一个强大的开发工具为智能教学系统的研究人员提供了有力支撑遥GIFT提供了教学创作尧教学管理和教学评估三项功能来将系统各构成要素结合成整体[7]袁以实现离线或实时处理尧创建尧传递尧理解智能教学系统发出的指令遥编写ITSs所需的技能和时间遥GIFT系统的创作功能由规则尧工具和方法三部分组成袁使各类教学创作者袁包括教学设计师尧开发人员尧教师尧课程管理人员和领域专家等能够在对软件编程规则不是非常了解的情况下袁创建自己的智能教学系统遥系统还支持教学创作者根据教学内容的层次递进关系袁组织安排教学内容袁以合理的顺序呈现给学习者遥通过标准化的GIFT网关袁GIFT系统还可与外部环境交换教学数据遥GIFT的教学创作工具包括一个标准的网关规范袁以及与游戏交互的课程对象渊如虚拟战场空间和虚拟医生冤尧模拟器渊如挖掘机模拟器冤尧应用程序渊如Microsoft PowerPoint冤和生理/行为传感器渊如Zephyr Bioharness尧Microsoft Kinect尧Emotiv E鄄poc EEG冤遥开发人员在编辑课程对象时不需要经过复杂的编程袁通过简单的拖拽操作就可以直接将其添加到正在编辑的GIFT课程中遥GIFT现在同样支持与其他学习工具交互操作袁例如院它可以在edX和其他大规模开放在线课程渊MOOC冤平台做自适应教学开发遥人和团队提供教学内容尧反馈尧支持等袁以适应不同学习者或学习团队的需求遥作为一个模块化的框架袁GIFT还允许用户将其它辅导系统的教学模型尧教学策略添加到GIFT中遥具体功能体现为院建立模型以适应影响学习表现的个体间状态尧特征尧偏好等差异曰管理教学指导的节奏尧方向尧挑战水平曰监控与管理学习尧表现和技能迁移之间的相互作用遥GIFT 对学习理论尧辅导理论和动机理论都有充分的考虑遥在尝试模仿人类专家导师的过程中袁GIFT 框架考虑了包括苏格拉底式尧渐进式尧间接式尧反思性和激励性在内的辅导模式袁以及一对一的辅导过程遥GIFT 框架提供了以学习者为中心的功能集合袁这些功能用来识别学习者的状态或特点遥通过开放的学习者模型鼓励自主学习袁让学习者决定下一步学习什么袁并检查他们在掌握学习主题和测量心理属性方面的进展遥袁要基于智能教学系统完成实证评价遥GIFT 中的评估功能由一个实验测试台实现袁该测试平台可以用来确定环境属性尧工具尧模型和方法等方面对学习者的参与尧学习尧表现尧保持尧推理和技能迁移的影响遥Steve Hanks 等人在1993年提出了测试台方法渊Testbed Methodology冤[8]袁这一理论支持对学习者模型尧教学模型和特定领域知识的测试和验证袁用以评估学习效果模型中被操纵或被评估的变量遥GIFT 教学评估功能允许智能教学系统的研究人员实验性地评价和评估智能教学系统的方法尧工具和内容遥图1说明了该实验测试台的模型袁该模型不仅充分考虑教学过程中所涉及的因素袁还可以根据评估结果进一步明确各相关因素和变量之间的关系袁对相应模型做出反馈和调整袁进一步优化系统的整体性能遥三尧基于GIFT 的课程创建及课程发布GIFT Cloud 是基于Web 的应用程序袁无需下载便可让研究者尧教师和学生访问和使用GIFT遥GIFT Cloud的使用仅需通过网络浏览器遥通过GIFT Cloud袁教学设计者可以在服务器上实现在线的自适应课程设计袁并可根据需要袁将课程从GIFT Local 导入或导出袁也可选择将之上传到在线个人空间遥GIFT Cloud 和GIFT Local 的结合让GIFT 系统的使用环境更加多样化袁提升了GIFT系统的鲁棒性遥GIFT Cloud 中的课程创建模块允许用户创建并编辑自己的课程袁课程发布模块是从现有课程创建不可编辑的副本遥图2展示了创建并编辑GIFT 课程的界面遥工作区分为三个主要部分院页面顶部是系统导航栏袁左侧导航栏包括课程性质尧课程对象和媒体袁可以编辑课程描述尧新建概念定义尧设置课程封面等曰通过拖拽操作可添加课程对象到右侧工作区袁目前GIFT 支持添加多种类型的课程对象袁包括文本尧图片尧网址尧视频尧PPT 等袁用户同样可以在这一模块添加调查尧创建导师对话尧编辑问题题库等袁在添加调查后袁能够根据学习者的回答情况评估学习者目前的状态是新手尧熟练者还是专家袁继而将结果传递到教学模块选择下一步教学策略曰在创建导师对话时袁用户通过设定回答关键词以帮助系统判定学习者是否已经掌握该知识曰媒体模块支持上传各类与课程相关的媒体文件袁包括音频尧视频尧动画等类型的文件遥右侧工作区展示目前课程的逻辑结构袁顺序展示目前课程所包含的学习材料袁用户需在工作台完成保存尧测试尧回复尧预览等一系列操作袁工作台支持用户在编辑课程过程中修改当前课程的名称及查看课程的协同创作者遥在GIFT 的最新版本中袁课程内容会按课程开展的顺序显示在工作区袁课程编辑人员能够自由选择在课程开展过程中呈现给学习者的内容及其顺序袁而且根据学习者反馈情况的差异可创建不同的学习分支袁对不同掌握程度的学生采用不同的学习策略袁开展不同进度的学习袁使教学更具针对性和适应性遥为了控制数据收集条件袁GIFT Cloud 的课程发布后将产生一个现有的GIFT 课程的不可编辑副本遥此外袁创建时还会生成访问该课程的唯一链接袁该链接会共享给课程参与者袁参与者能够访问发布的课程遥课程发布之后允许暂停发布和恢复课程发布袁以适应数据收集计划遥点击课程名称即可显示目前发布课程的细节信息袁包括课程描述尧唯一访问链接尧课程ID尧参与者尝试次数尧最后一次访问的日期和时间等遥对于发布的课程袁GIFT 还支持使用野创建报告冶功能自定义下载课程使用的报告和数据袁数据报告能够从系统导出到本地遥利用课程发布功能袁课程的创建者能先在小范围内对课程进行调研尧统计并收集数据遥四尧应用GIFT 构建智能教学系统的实例分析GIFT 已经在多个领域实现不同类型和不同情境的图1GIFT 的教学评估测试台模型课程开发遥本部分梳理三个具有代表性的案例以期展示来自哥伦比亚大学师范学院的Jeanine主导了一个历时三年的研究项目遥这一研究项目在GIFT智能教学系统和TC3Sim游戏模拟背景下进行[9]遥TC3Sim是一款严肃游戏袁也被称为vMedic袁参与者将在游戏中接受关于战斗伤亡人员护理技能的训练遥该研究通过三个阶段的实验袁基于GIFT成功搭建出能够捕捉学习者情绪的情感模型袁检测学习者在学习过程中的沮丧情绪并收集反馈信息袁教师可以根据情感检测器和学生在教学系统中的行为表现数据搭建起学习者情感模型并建立学习者档案信息袁从而在学习者今后的学习过程中袁通过捕捉学习者的情绪袁继而提供不同的反馈信息以帮助学习者达到更好的学习效果遥和该如何使用智能教学系统的研究[10]遥他们明确了ITS尧共享心理模型和团队协作这三个概念之间的关系和作用袁提出基于GIFT框架的共享认知心理模型袁来为有不同类型需求的团队提供适应性指导遥GIFT框架所包含的模块通过标准化信息进行交互袁共同搭建成完整的团队共享心理模型遥其中袁学习者模块与GIFT提供的传感器接口相结合袁用来收集团队成员的学习尧表现尧记忆等数据袁建构学习者模型袁进而整合每位成员的数据袁分析各成员之间的相似性和差异性袁形成团队的整体模型袁确定团队的集体目标和状态遥教学模块将团队和个人的当前状态与预期状态相比较袁以集体目标为依据袁选择最佳的教学策略袁在适应性模拟情境中来培养和锻炼团队能力遥在教学过程中继续收集并分析团队数据袁针对个人或团体表现继续修正教学策略从而不断提升团队整体能力遥知识模块则是对教学模块所选择的教学策略进一步具体化袁将教学模块所给出的策略建议转化为特定领域的教学策略袁这些教学策略包含了向学习者展示的学习内容尧顺序尧速度以及备选反馈方案等遥知识模块同样可以利用强化学习机制来改进有效教学策略的选择遥该研究表明袁在团队共享心理模型中袁应该将每个成员的准备状态尧行动的恰当时机尧任务本身的价值考虑在内遥另外袁在共享心理模型中袁团队成员的交流频率和类型也会影响团队的整体表现和效率遥在该研究中袁GIFT系统框架既能够针对个体学习者进行分析和评估袁还能对现有框架所包含的模块灵活组合运用袁构建出适合的团队模型袁对团队整体和团队成员开展适应性指导遥在由Benjamin Goldberg和Charles Amburn等人合作完成的研究项目中袁研究者以训练士兵枪法为目标袁通过GIFT框架中的传感器模块搜集尧整理专家数据建立起合适的专家模型[11]遥研究者分析出在枪法训练中的影响因素包括呼吸尧触发器控制和目标跟踪袁通过大量的重复试验来确定这一通用专家模型的有效性袁并且在此基础上进一步识别出在枪法表现中有不同行为技巧的专家袁通过SPSS创建模型和交叉折叠验证检查袁验证这些行为对绩效结果的影响遥通过这一专家模型袁在士兵枪法训练时可以诊断出新手所犯错误与哪些因素有关袁提出改进建议袁从而提升士兵在枪法心理运动领域的技能水平遥值得注意的是袁在这一研究项目中袁GIFT能够识别并评估士兵当前的行为袁并使用这些搜集到的信息来选择要纠正的概念和干预的反馈策略遥以上三个案例分别从情感分析尧团队学习和技能训练三个方面展示了GIFT的应用情况袁有代表性地体现出GIFT可以在不同学习领域很好地适应不同情境下的教学或训练需求遥在GIFT社区和其他案例研究中袁GIFT的使用者和研究者还关注GIFT本身的架构问题尧模型问题以及适应性教学系统标准渊Adaptive Instructional 图2GIFT Cloud中的课程创建与编辑Systems Standards冤等遥基于对实例的分析袁在现有技术条件下袁对学习者个体的智能教学指导尧评估和反馈的实现已经较为容易遥研究者们更多关注如何在团队学习模式下袁精确尧有效地在学习者个体和整个学习团队两个层面最大限度地发挥智能教学系统的作用袁以及如何制定适应教学系统的标准来规范和统一对学习状态的评判遥在2018年5月的GIFT 用户交流会议中袁GIFT 研发团队尧领域研究人员与广大用户对此深入探讨袁认为需要进一步提高情感识别的准确性和团队指导的适应性遥五尧结语及启示在GIFT 系统中袁课程开发人员可利用系统提供的多种接口和工具开展教学创作袁这一功能使智能化课程开发变得简便且易于实现遥因具有开源的特点尧灵活的模块选择尧多类型的外部接口袁GIFT 系统平台吸引了数量众多的科研人员袁还有许多一线教师袁通过与平台技术人员的不断沟通袁一起完善了该平台的功能袁平台的适用广度和应用深度不断加强遥GIFT 的成功也为我国智能教学系统建设提供了诸多启示院可以在平台中自由交流遥平台支持用户将自己创建的课程和自己开发出的其他资源上传至GIFT 平台与其他用户共享袁开放的研究环境有利于研究者更好地推动人工智能在教育中的应用遥学课程可以与多领域尧多学科相融合袁丰富课程资源的形式袁扩展学习资源的来源遥教学形式和内容日趋多样的当下袁我国在研发ITS 时应该注意融合多种资源类型遥近两年袁GIFT 系统对团队学习指导给予了高度关注遥在倡导合作学习的今天袁我们在开发智能教学系统时应该着重考虑这方面需求袁不仅应该对个体学习者提供精准的适应性教学反馈袁还应该能在团队层面对整个团队的表现做指导评估遥在设计团队教学时需要考虑团队整体目标尧人物设置尧成员角色等问题袁以保证智能教学系统的整体性尧准确性和高效性遥参考文献院[1]张钰,李佳静,朱向阳,王珺.ASSISTments 平台院一款优秀的智能导学系统[J].现代教育技术,2018(5):102-108.[2]石磊.开源人工智能系统TensorFlow 的教育应用[J].现代教育技术,2018(1):93-99.[3]Sottilare,Robert A.,et al.An updated concept for a Generalized Intelligent Framework for Tutoring (GIFT),2017.[4]Generalized Intelligent Framework for Tutoring (GIFT)[EB/OL].https:///projects/gift/wiki/Overview#Background.[5]Sottilare,Robert A.,et al.The generalized intelli鄄gent framework for tutoring (GIFT).Orlando,FL:US Army Research Laboratory -Human Research &Engineering Directorate (ARL-HRED),2012.[6]Sottilare,Robert A.,et al.Special issue on the Generalized Intelligent Framework for Tutoring (GIFT):creating a stable and flexible platform for innovations in AIED 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Journal of Artificial Intelligence in Education 28.2(2018):194-224.渊编辑院王晓明冤。
第2章_贝叶斯决策
R1
R1
21 p 1 p x 1 dx 22 p 2 p x 2 dx
R2
R2
11 p 1 (1 p x 1 dx) 21 p 1 p x 1 dx 12 (1 p 1 ) p x 2 dx
R2
R2
R1
22(1 p 1 )(1 p x 2 dx)
R1
最小最大决策准则
Neyman-Pearson准则
❖ 对两分类问题,错误率可以写为:
Pe p x R1, x 2 p x R2, x 1
p x | 2 p2 dx p x | 1 p1 dx
R1
R2
p x | 2 dx p2 p x | 1 dx p1
R1
R2
p2 e p2 p1 e p1
策即为最小风险贝叶斯决策
最小风险准则
最小风险准则
❖ 对于贝叶斯最小风险决策,如果损失函数为“01损失”,即取如下的形式:
i wj
0, 1,
for i j ; i, j 1,
for i j
,c
那么,条件风险为:
c
R i x i j P j x P j x 1 P i x
❖ 贝叶斯决策的两个要求
各个类别的总体概率分布 (先验概率和类条件概 率密度) 是已知的
要决策分类的类别数是一定的
引言
❖ 在连续情况下,假设对要识别的物理对象有d种特征
观察量x1,x2,…xd,这些特征的所有可能的取值范围 构成了d维特征空间。
❖ 称向量 x x1, x2, , xd T x Rd 为d维特征向量。
p 2 p 1
似然比公式
最小错误率准则
❖ 特例1:
最小错误率准则
计算机网络脆弱性评估方法研究
计算机网络脆弱性评估方法研究摘要:目前,计算机网络技术得到了广泛的应用,但是用户们普遍缺少安全意识和防范手段,使得计算机网络面临着严重的安全危机。
基于此,本文分析了计算机网络脆弱性评估的几种方法:主要包括基于模型的评估方法、基于贝叶斯网络的评估方法和基于博弈论的评估方法,这些方法从不同角度对计算机网络的脆弱性进行了测量和评估,但是需要在评估成本和评估的安全代价两者之间找到一个平衡点。
关键词:计算机网络脆弱性评估方法在计算机网络安全领域,关于脆弱性的评估方法起源于黑客攻击技术以及如何防范黑客攻击的技术。
随着网络规模的发展以及应用的增加,为了满足客户的需要,计算机网络脆弱性评估方法逐渐得到了发展。
随着评估手段的不断发展,计算机网络脆弱性评估方法日渐丰富。
主要表现为以下特征:手动评估发展到自动评估;定性评估发展到定量评估;主机评估发展到网络评估;按照规则评估发展到按照模型评估。
1 基于模型的评估方法该评估方法是为整个计算机网络系统建立一个评估模型,在模型中将网络元素、拓扑结构、脆弱性指标等作为输入信息,利用有关模型建立算法,计算得到整个系统可能存在的状态,从而对整个系统的安全性进行评估。
上述评估方法主要包括攻击树模型、特权图模型和攻击图模型三种方法。
1.1 攻击树模型攻击树模型是采用一种树型的结构形式来反映整个网络系统可能面临的威胁,如图1所示是一个较为简单的攻击树模型,在该模型中,根节点代表了所要达到的目标,子节点代表了所采用的方法和手段。
1.2 特权图模型特权图模型是用来表示在攻击的进程中,攻击者所拥有权限的变化情况,其中节点代表了用户所拥有的权限范围,连接线代表了为达到设定的攻击目标所采取的不同路径,具体的模型示例如图2所示。
1.3 攻击图模型攻击图模型是一个类似于包括很多个攻击树的模型,但是攻击图模型的节点有多个总节点,这样可以同时反映不同的攻击者通过不同的路径攻击不同的目标,攻击图模型如图3所示。
机器学习之朴素贝叶斯
机器学习之朴素贝叶斯学习过概率的人一定知道贝叶斯定理,在信息领域内有着无与伦比的地位。
贝叶斯算法是基于贝叶斯定理的一类算法,主要用来解决分类和回归问题。
人工智能之机器学习中最为广泛的两种分类模型是1)决策树模型(Decision Tree Model)和2)朴素贝叶斯模型(Naive Bayesian Model)。
今天我们重点探讨一下朴素贝叶斯(NB),注意这里NB不是牛X,而是Naive Bayesian。
^_^朴素贝叶斯是经典的机器学习算法之一,也是为数不多的基于概率论的分类算法。
朴素贝叶斯原理简单,也很容易实现,多用于文本分类、垃圾邮件过滤、情感分析等。
英国数学家托马斯贝叶斯(Thomas Bayes)在1763年发表的一篇论文中,首先提出了贝叶斯定理。
贝叶斯定理的应用需要大量的计算,因此历史上很长一段时间,无法得到广泛应用。
只有计算机诞生以后,它才获得真正的重视。
人们发现,许多统计量是无法事先进行客观判断的,而互联网时代出现的大型数据集,再加上高速运算能力,为验证这些统计量提供了方便,也为应用贝叶斯定理创造了条件,它的威力正在日益显现。
概念和定义:朴素贝叶斯法是基于贝叶斯定理与特征条件独立假设的分类方法。
朴素贝叶斯分类器NBC (NaiveBayes Classifier)发源于古典数学理论,有着坚实的数学基础,以及稳定的分类效率。
朴素贝叶斯分类器(NBC)模型所需估计的参数很少,对缺失数据不太敏感,算法也比较简单。
理论上,NBC模型与其他分类方法相比具有最小的误差率。
但是实际上并非总是如此,这是因为NBC模型假设属性之间相互独立,这个假设在实际应用中往往是不成立的,这给NBC模型的正确分类带来了一定影响。
贝叶斯分类是一系列分类算法总称,这类算法均以贝叶斯定理为基础,故统称为贝叶斯分。
贝叶斯网络在半导体设备故障诊断中的应用
贝叶斯网络在半导体设备故障诊断中的应用郝晓亮【摘要】介绍了贝叶斯网络的概念、组成部分、结构图和条件概率表以及如何建立贝叶斯网络.总结了贝叶斯网络在故障诊断中应用的具体步骤.通过反应离子刻蚀(RIE)的典型故障,阐述了基于贝叶斯网络的故障诊断技术在半导体设备故障诊断中的应用.【期刊名称】《电子工业专用设备》【年(卷),期】2013(042)004【总页数】5页(P62-66)【关键词】贝叶斯网络;反应离子刻蚀;智能故障诊断【作者】郝晓亮【作者单位】中国电子科技集团公司第十三研究所,河北石家庄050051【正文语种】中文【中图分类】TN305科技的进步带动了半导体行业的快速发展,半导体工艺越来越复杂,对设备可靠性的要求也越来越高,设备也在朝着大型化、自动化、智能化、集成化方向发展。
设备中的各个部件之间关系复杂,设备一旦出现故障,会对整个生产线造成重大影响。
如何能够快速地确定并解决设备的故障,越来越受到人们的关注。
人工智能和计算机技术的快速发展给故障诊断指出了一个发展方向,即智能故障诊断。
目前有很多智能诊断的方法:故障树分析法、神经网络系统、智能专家系统、马尔科夫可靠性模型、概率因果网络、贝叶斯网络等。
由于设备的复杂性,知识的不完备性,以及检测手段的局限性,使得设备的故障诊断具有很大的不确定性。
在故障诊断领域,不确定性是一个普遍现象。
贝叶斯网络以其在处理不确定性问题的强大能力,丰富的概率表达能力越来越受到人们的重视[1]。
1 贝叶斯网络概述贝叶斯网络(Bayesian Network)又称贝叶斯信念网络,是描述随机变量(事件)之间依赖关系的一种图形模式,是目前不确定性知识表达和推理领域最有效的理论模型之一[2],适用于不确定性和概率推理的知识表达和推理[2]。
贝叶斯网络由两部分构成,一是贝叶斯网络结构图,另一部分是条件概率表(Conditional Probability Table,CPT)。
1.1 贝叶斯网络结构图贝叶斯网络结构图是一个有向无环图(Directed Acylic Graph,DAG)[2],是贝叶斯网络的定性表示。
机器学习中的贝叶斯网络结构学习算法详解
机器学习中的贝叶斯网络结构学习算法详解贝叶斯网络(Bayesian Network)是一种用于建模和推理概率关系的图形模型,它在机器学习中扮演着重要的角色。
贝叶斯网络可以通过学习数据中的概率分布来推断变量之间的依赖关系,并用图结构表示这些依赖关系。
本文将详细介绍贝叶斯网络中的结构学习算法。
贝叶斯网络的结构学习旨在从给定的数据中学习到一个符合概率分布的图结构,以描述变量之间的条件依赖关系。
贝叶斯网络的结构由有向无环图(Directed Acyclic Graph, DAG)表示,其中节点表示随机变量,边表示变量之间的依赖关系。
结构学习算法的目标就是通过学习数据中的联合概率分布来判断哪些变量之间存在依赖关系,进而构建出合理的贝叶斯网络。
一种常用的贝叶斯网络结构学习算法是搜索与评分(Search and Score)算法。
该算法通过搜索所有的可能结构,并使用评分准则对每个结构进行打分,最终选择出得分最高的结构作为最终的结构。
搜索算法可以采用贪婪搜索或启发式搜索等方法。
贪婪搜索算法从空网络开始,逐步增加边和节点,直到满足某个终止准则。
启发式搜索算法则在搜索过程中使用某个启发式函数指导搜索方向,加速搜索过程。
这些搜索算法通过拓扑排序方法来保证生成的网络是一个有向无环图。
在搜索算法的基础上,评分准则用于判断结构的好坏。
评分准则通常包括结构的拟合度和复杂度。
拟合度用于衡量网络对数据的拟合程度,可以使用最大似然估计、贝叶斯估计等统计方法来计算。
复杂度用于衡量网络的简洁性和表达能力,常用的有参数数目、参数独立性等指标。
另一种常见的贝叶斯网络结构学习算法是基于约束条件的学习(Constraint-based Learning)算法。
该算法通过利用数据中的条件独立性关系来判断变量之间的依赖关系。
首先,使用独立性检验方法来筛选出条件独立的变量对,并构建一个初步的依赖关系图。
然后,使用图搜索算法来搜索符合依赖关系的图结构,并使用评分准则对每个结构进行打分和选择。
ai 相关英文术语
ai 相关英文术语1.Activation Function 激活函数2.Adversarial Networks 对抗网络3.Affine Layer 仿射层4.alpha-beta pruning α-β剪枝5.Approximation 近似6.Artificial General Intelligence(AGI)通用人工智能7.Artificial Intelligence(AI)人工智能8.association analysis 关联分析9.attention mechanism 注意机制10.autoencoder 自编码器11.automatic speech recognition(ASR)自动语音识别12.automatic summarization 自动摘要13.average gradient 平均梯度14.Average-Pooling 平均池化15.backpropagation(BP)反向传播16.Backpropagation Through Time(BPTT)通过时间的反向传播17.Batch Normalization(BN)分批标准化18.Bayesian network 贝叶斯网络19.Bias-Variance Dilemma 偏差/方差困境20.Bi-directional Long-Short Term Memory(Bi-LSTM)双向长短期记忆21.bias 偏置/偏差22.big data 大数据23.Boltzmann machine 玻尔兹曼机24.Central Processing Unit(CPU)中央处理器25.chunk 词块26.co-adapting 共适应27.co-occurrence 共现putation Cost 计算成本puter vision 计算机视觉30.conditional random field(CRF)条件随机域/场31.convergence 收敛32.conversational agent(CA)会话代理33.convexity 凸性34.convolutional neural network(CNN)卷积神经网络35.Cost Function 成本函数36.cross entropy 交叉熵37.Decision Boundary 决策边界38.Decision Trees 决策树39.Deep Belief Network(DBN)深度信念网络40.Deep Convolutional Generative Adversarial Network(DCGAN)深度卷积生成对抗网络41.deep learning(DL)深度学习42.deep neural network(DNN)深度神经网络43.Deep Q-Learning (DQN)深度Q学习44.differentiable neural computer(DNC)可微分神经计算机45.dimensionality reduction algorithm 降维算法46.discriminative model 判别模型47.discriminator 判别器48.divergence 散度49.Dynamic Fusion 动态融合50.Embedding 嵌入51.emotional analysis 情绪分析52.End-to-End 端到端53.xpectation-Maximization(EME)期望最大化54.Exploding Gradient Problem 梯度爆炸问题55.Extreme Learning Machine(ELM)超限学习机。
基于贝叶斯网络的风险评估方法研究
基于贝叶斯网络的风险评估方法研究引言:在当今快速发展的社会中,风险评估变得越来越重要。
无论是企业投资决策、金融风险控制还是公共安全管理,都需要一个可靠的风险评估方法来获取准确的结果。
贝叶斯网络作为一种概率图模型,具有建模灵活、推理准确等优点,在风险评估领域有着广泛应用的潜力。
本文将探讨基于贝叶斯网络的风险评估方法的研究现状和发展趋势。
贝叶斯网络的概念和原理:贝叶斯网络是一种描述变量之间条件依赖关系的图模型,其基本思想是根据已有的信息来推断未知事件的概率。
贝叶斯网络由节点和边组成,节点表示随机变量,边表示变量之间的依赖关系。
贝叶斯网络能够利用概率推理算法,根据条件概率和先验知识来计算后验概率,从而对风险进行评估。
贝叶斯网络在风险评估中的应用:1. 企业风险评估:贝叶斯网络可以用来评估企业的风险,如市场波动、竞争压力、产品质量等。
通过建立贝叶斯网络模型,将各个风险因素以及它们之间的依赖关系表示为节点和边,可以通过计算后验概率来评估不同风险发生的可能性,从而帮助企业制定风险管理策略。
2. 金融风险评估:贝叶斯网络在金融领域也有广泛的应用。
例如,可以利用贝叶斯网络来评估个人信用风险,通过建立信用评估模型,将个人历史信用记录、收入、借贷行为等因素作为节点,利用概率推理算法计算个体的信用评分,从而预测个体是否存在违约风险。
3. 公共安全管理:贝叶斯网络在公共安全管理中的应用也非常重要。
例如,在防范传染病的风险评估中,贝叶斯网络可以建立各个因素之间的依赖关系,如疫情传播路径、病毒传染率等,通过计算后验概率来评估不同地区的感染风险,从而制定针对性的防控策略。
贝叶斯网络风险评估方法的发展趋势:随着数据科学的迅速发展,贝叶斯网络风险评估方法也在不断创新和完善。
以下是目前的几个发展趋势:1. 结合机器学习:传统的贝叶斯网络方法需要手动设定节点之间的依赖关系,而现代机器学习技术可以从大量数据中学习变量之间的关系。
将贝叶斯网络与机器学习方法相结合,可以通过自动学习构建更加准确的贝叶斯网络模型。
国外关于风险计算的书籍
国外关于风险计算的书籍以下是一些关于风险计算方面的国外书籍,每本书籍都提供了有关内容的简要介绍:1. "Risk Analysis: A Quantitative Guide" by David Vose2. "Quantitative Risk Management: Concepts, Techniques and Tools" by Alexander J. McNeil, Rudiger Frey, and Paul Embrechts 这本书提供了风险管理的定量方法和工具的综合指南。
它介绍了各种风险建模技术,包括随机过程、概率论和统计方法,并向读者展示如何使用这些工具来评估和管理金融和非金融风险。
3. "Risk Assessment: Theory, Methods, and Applications" by Marvin Rausand and Arnljot Høyland这本教材是的综合指南,旨在帮助读者理解和应用风险评估的理论、方法和工具。
它介绍了常用的风险分析方法,包括事件树和故障树分析、可靠性分析和风险矩阵方法,并提供了一些实际的应用案例。
4. "Economic Risk in Hydrocarbon Exploration" by Ian Lerche5. "Risk Assessment and Decision Analysis with Bayesian Networks" by Norman Fenton and Martin Neil6. "Monte Carlo Methods in Financial Engineering" by Paul Glasserman该书专注于金融工程领域的风险计算方法。
它介绍了蒙特卡罗模拟的基本原理,并探讨了如何使用这一方法来评估和管理金融市场的风险。
开源智能教学系统的架构及功能框架研究
开源智能教学系统的架构及功能框架研究作者:陈凯泉刘璐来源:《中国教育信息化·高教职教》2020年第02期摘 ; 要:开源智能教学系统是人工智能在教学领域的重要应用方向。
与传统智能教学系统相比,开源智能教学系统的适应性、灵活性、自主性更强。
GIFT平台由美国军队研究实验室主导开发,该平台支持在学科教学、医疗培训、技能训练等多个教育領域实现基于情境的智能课程开发。
GIFT主要由传感器模块、学习者模块、教学模块、领域模块这四大基础模块支撑其体系架构,提供教学创作、教学管理和教学评估三大基本功能。
基于GIFT平台的多个教学实例,显现出该平台能在不同学习领域适应不同情境下的教学或训练需求,且在极大程度上降低了教师开发智能课程的技术门槛。
关键词:智能教学系统;GIFT平台;适应性学习中图分类号:G623 文献标志码:A 文章编号:1673-8454(2020)03-0052-05从1956年美国达特茅斯会议首次系统讨论人工智能(Artificial Intelligence,AI)这一概念之后,历经几十年的发展和积累,人工智能在各领域获得广泛应用。
开源智能教学系统是人工智能在教学领域的一个重要应用分支和研究方向,与传统智能教学系统相比,开源智能教学系统的适应性、灵活性、自主性更强,便于使用者的二次开发以更好地满足教学需要。
近年来,出现了许多应用范围较广的开源智能教学系统,例如:由美国联邦基金资助、伍斯特理工学院主办的免费公共服务平台ASSISTments 平台[1],为学生提供个性化指导;由Google公司推出的TensorFlow开源人工智能系统[2],具有灵活性、高效性以及良好的可扩展性、可移植性等特征。
上述平台对推动人工智能在教育领域的“落地”起到了促进作用,但这些平台也存在一些不足,如对使用者所需具备的能力要求较高,需要使用者掌握一定的编程开发能力,对广大一线教师而言,具有较高的技术门槛。
BayesianNetwork
贝叶斯网络是基于概率推理的数学模型,所谓概率推理就是通过一些变量的信息来获取其他的概 率信息的过程,基于概率推理的贝叶斯网络(Bayesian network)是为了解决不定性和不完整性问 题而提出的,所以,贝叶斯网络作为一种不确定性的因果推理模型,其应用范围非常广。
贝叶斯网络定义包括一个有向无环图(DAG)和一个条件概率表集合。贝叶斯网络的有向无环图 中的节点表示随机变量{X1,X2,..,Xn},它们可以是可观察到的变量,或隐变量、未知参数等。认 为有因果关系(或非条件独立)的变量或命题则用箭头来连接。若两个节点间以一个单箭头连接 在一起,表示其中一个节点是“因(parents)”,另一个是“果(children)”,两节点就会产生一个条
Hybrid algorithms use conditional independence tests are to restrict the search space for a subsequent score-based search.
***算法信息,您可参考相关统计文献
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则称X为相对于一有向无环图G 的贝叶斯网络,其中pa(i)表示节点i之“因”,或称pa(i)是i的parents (父母)。 对于任意的随机变量,其联合概率可由各自的局部条件概率分布相乘而得出:
下图所示,便是一个简单的贝叶斯网络:
因为a导致b,a和b导致c,所以有
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使用说明: 当您进入“数据管理”项导入您的数据后,首先指定你的“因变量和自变 量”, 然后点击“获取分析结果”按钮。 下图为分析结果
相关系数的调整,将影响到图示 中变量网络图的输出。
算法简介:
Constraint-basstical tests to learn conditional independence relationships from the data. ˆ
贝叶斯网络简介
? Dealing with time ? In many systems, data arrives sequentially ? Dynamic Bayes nets (DBNs) can be used to
分类语义理解军事目标识别多目标跟踪战争身份识别生态学生物信息学贝叶斯网络在基因连锁分析中应编码学分类聚类时序数据和动态模型图分割有向分割dseparated分割变量x和y通过第三个变量z间接相连的三种情况
贝叶斯网络简介
Introduction to Bayesian Networks
基本框架
? 贝叶斯网络: ? 概率论 ? 图论
hidden structure learning)
一个简单贝叶斯网络例子
一个简单贝叶斯网络例子
? 计算过程:
? (1)
? P(y1|x1)=0.9
? P(z1|x1)=P(z1|y1,x1)P(y1|x1)+P(z1|y2,x1)P(y2|x1)
?
=P(z1|y1)P(y1|x1)+P(z1|y2)P(y2|x1)
? 使得运算局部化。消元过程实质上就是一个边缘化的过程。 ? 最优消元顺序:最大势搜索,最小缺边搜索
贝叶斯网络推理(Inference)
2. 团树传播算法
?利用步骤共享来加快推理的算法。
?团树(clique tree)是一种无向树,其中每 一个节点代表一个变量集合,称为团(clique) 。团树必须满足变量连通性,即包含同一变 量的所有团所导出的子图必须是连通的。
Conditional Independence
基本概念
例子
P(C, S,R,W) = P(C)P(S|C)P(R|S,C)P(W|S,R,C) chain rule = P(C)P(S|C)P(R|C)P(W|S,R,C) since = P(C)P(S|C)P(R|C)P(W|S,R) since
贝叶斯网络以及D-S证据理论算法的研究
融合的一种方法。该算法是 Dempste 于 20 世纪 60 年代首先提出[4],后由其学生 G.Shafer 进一 步扩充和完善,形成了用于处理不确定性的一种 理论,称为 D-S 证据理论。同时它还是对贝叶 斯方法的推广,一个样本空间称为一个识别框
具体计算分为以下 3 步:
第 1 步,更新自身的置信度 Bel 及相关 和 值:
Bel ( x ) ( x ) ( x ) ( 2 ),
(x)
Y Child
(x)
Y
( x)
(x)
(3),
(x)
P ( x | z ) z ( z ) ( 4 ),
Y Parents ( x )
(1)
i1
其中 y 表示观测变量,xi 表示样本空间中的状态 变量。P(xi)被称为 xi 的先验概率,P(y)为 y 的先 验概率。
该算法是一种基于诊断的推理过程,当证据节
点获得观测值时触发更新算法,沿 DAG 结构进 行诊断消息反向传递和因果信息的正向传递,对
于传播到的每个节点,从子节点得到 消息,从 父节点得到 消息,以此计算本节点的 Bel、 和 值,同时触发相邻的非证据节点进行更新。
通过对敌我实力对比、战略意图等的综合判 断可以对敌方威胁等级各取值、敌方不同攻击强 度下所采用的兵力及意图分别给出 PPT 和 CPT。 不同的兵力配置下各类兵力单元出现的条件概 率表、不同作战意图下敌方部队的兵力配备的条 件概率表则可根据敌根据敌方作战条令、兵力编 制以及对历史战例的统计得出。最终贝叶斯网络 推理,求取观测事件下威胁等级节点各等级取值 的后验概率,若其中某个等级的最大后验概率值 大于某个阙值,且与其他威胁等级取值后验概率 之差大于另一阈值,则认为敌方威胁等级为该最 大概率值所对应的威胁等级取值。
832运筹学基础参考书目
832运筹学基础参考书目
以下是832运筹学基础的参考书目:1. 《运筹学》(Operations Research),哈密尔顿,贝利,赫伯特著2. 《运筹学与管理科学》(Operations Research and Management Science),魏坤珍,谌宏亮,许振裕著3. 《运筹学导论》(Introduction to Operations Research),弗雷德里克·赫兹著4. 《线性规划与网络流》(Linear Programming and Network Flows),Mokhtar S. Bazaraa,John J. Jarvis,Hanif D. Sherali著5. 《组合优化》(Combinatorial Optimization),Korte V.,Vygen J.著6. 《决策分析与模拟》(Decision Analysis and Simulation),杨石麟,靳文著7. 《制造系统与物流管理》(Manufacturing Systems and Logistics Management),杨余涛,郑启龙,王勇,王剑波著8. 《整数规划》(Integer Programming),Laurence A. Wolsey 著9. 《决策树与贝叶斯网络》(Decision Trees and Bayesian Networks),Finn V. Jensen,Thomas D. Nielsen著以上书籍可以作为832运筹学基础课程的参考书目,用以加深对运筹学的理论和实践知识的理解。
贝叶斯网络和因果网络
31网络模型与应用网络图用于描述点与点之间的相互联系。
贝叶斯网络是由节点(点)和有向边(箭头)组成,点表示随机变量,箭头表示变量之间的依赖关系。
贝叶斯网络描述随机变量的联合概率模型和多变量之间的条件独立性。
20世纪80年代贝叶斯网络应用于概率专家系统和医学诊断等方面。
根据已知的症状,推断疾病的概率,即计算给定证据条件下的后验概率,称为贝叶斯网络。
在统计模型中,用无向图表示图模型,有向图表示贝叶斯网络,无向和有向混合图表示链图模型,统称为图模型。
它们被用来描述变贝叶斯网络和因果网络关键词:贝叶斯网络 因果推断 统计图模型耿 直北京大学量之间的相关关系和条件独立关系。
将贝叶斯网络中有向边的箭头方向解释成因果关系,即由原因指向结果,这种带有因果解释的有向图称为因果网络[8,10]。
因果网络用来描述变量之间的因果关系,广泛应用于因果机制的发现和因果推断中。
已有很多关于图模型和因果网络的计算机软件应用于各行各业。
在生物学中,图模型用来描述基因-蛋白质-功能之间的调控关系。
詹森(Jansen R.)等人在2003年提出了用贝叶斯网络预测蛋白质-蛋白质的交互作用的方法[7];弗里德曼(Friedman N.)等在2004年讨论了贝叶斯网络在基因网络构建方面的应用[2];萨持(Sachs K.)等人在2005年讨论了利用多种试验数据和因果网络图1细胞网络的图模型 (a) 各种贝叶斯网络[2]32方法应用于蛋白质调控网络的结构学习问题[9](见图1);爱丽斯(Ellis B.)提出了由试验数据学习因果网络的方法及其在蛋白质调控网络中的应用[1]。
图模型还应用于疾病的遗传分析、法院判案时的DNA (Deoxyribonucleic Acid )鉴定、构建非平稳的基因调控过程。
邹(Zou ,音译)将格兰治(Granger )的因果方法和动态贝叶斯网络方法应用于生物芯片数据分析,对两种因果推断方法进行了比较[14]。
在图像处理中,图模型被用来描述像素之间的马尔可夫性。
因果分析的英语作文
因果分析的英语作文Title: Causal Analysis: Understanding the Dynamics of Cause and Effect。
Introduction:Causal analysis, also known as cause and effect analysis, is a methodological approach used to examine the relationships between events or variables. It delves into understanding the root causes of phenomena and their subsequent effects. This essay will explore thesignificance of causal analysis, its methodologies, and its application in various fields.Significance of Causal Analysis:Causal analysis plays a pivotal role in various domains, including science, sociology, economics, and public policy. By identifying causative factors, researchers and decision-makers can devise effective strategies to address problems,mitigate risks, and optimize outcomes.Methodologies of Causal Analysis:1. Observational Studies: In observational studies, researchers observe and analyze natural phenomena without intervening. They collect data over time to identify correlations between variables and infer potential causal relationships. However, observational studies are prone to confounding variables, making it challenging to establish causality definitively.2. Experimental Studies: Experimental studies involve manipulating one or more variables while controlling other factors to determine causation. Through randomized controlled trials (RCTs) or quasi-experimental designs, researchers can establish causal relationships more rigorously. Experimental studies provide stronger evidence of causality compared to observational studies but may face ethical or practical constraints.3. Causal Models: Causal models, such as Bayesiannetworks and structural equation modeling, offer a formal framework for representing and analyzing causal relationships among variables. These models allow researchers to test hypothetical causal pathways, estimate causal effects, and predict the outcomes of interventions.Application of Causal Analysis:1. Public Health: In public health, causal analysis is vital for understanding the determinants of disease outbreaks, evaluating the effectiveness of interventions, and informing health policy decisions. For example, causal analysis helped identify the link between smoking and lung cancer, leading to tobacco control initiatives.2. Economics: Causal analysis is instrumental in economic research for assessing the impact of policies, market interventions, and external shocks on economic outcomes. Economists use econometric techniques to identify causal effects and guide policymaking.3. Environmental Science: Understanding causalrelationships in environmental systems is crucial for addressing environmental challenges such as climate change, pollution, and habitat loss. Causal analysis helps elucidate the drivers of environmental degradation and formulate sustainable management strategies.4. Social Sciences: In sociology, psychology, and anthropology, causal analysis elucidates the factors influencing human behavior, social phenomena, and cultural dynamics. By identifying causal mechanisms, researchers can develop interventions to address social issues and promote well-being.Conclusion:Causal analysis serves as a powerful tool for uncovering the complex interplay of causes and effects in diverse fields. Whether in scientific research, policymaking, or everyday decision-making, understanding causal relationships empowers us to make informed choices, solve problems, and create positive change. By embracing rigorous methodologies and interdisciplinary approaches, wecan harness the full potential of causal analysis to address the challenges of our time.。
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Figure 1. Various diagnoses and the relationship to defects in a given anatomical zone The goal of the present study was to investigate the effectiveness of Bayesian Networks and Decision Tree approaches in automating the diagnostic process to make it available to a wider audience, and to supplement the training of specialists.
Bayesian Networks encode conditional interdependence relationships through the position and direction of edges in a directed acyclic graph [8]. The relationship between a node and its parent is quantified during network training [9]. Decision Trees, in contrast, encode a set of rules for interpreting the input data [ 101. METHODS Data used in this study was compiled from the medical records of 58 adult female patients with a history of urinary dysfunction. Data included answers to a patient questionnaire and the results of clinical tests conducted during routine examinations. A human expert trained in the Integral Theory Diagnostic Algorithm supplied a diagnosis for each patient [3, 41. The diagnosis consisted of infemng laxity defects in a combination of anterior, middle and posterior zones of the pelvic floor. An alternate diagnosis of tethered vagina syndrome was also possible for those patients who had undergone previous pelvic surgery. To limit computational complexity, parameters with continuous values were mapped to discrete ranges. Two Bayesian networks were designed and trained using the same data training set. The structural design of the first 0-7803-6465-11001$10.0002000 IEEE Bayesian network (Original Bayesian Network) was developed in consultation with a human expert, and is depicted in Figure 2. In the figure, network nodes along the bottom correspond to questionnaire items or specific clinical tests and observations of the physician during routine examinations. These nodes were linked to intermediate and final diagnoses nodes to represent inferential knowledge. The second Bayesian network (the Connected Bayesian Network) was developed by making a more complete network. Instead of connecting a node with only the diagnoses that were perceived to be directly influenced by a positive occurrence, the nodes were connected to all four final diagnoses. Matlab and the BN Toolbox developed by Kevin Murphy [ 11J were used to build and train both Bayesian networks. Murphy's toolbox has facilities that enable model specification, inference and learning. Computational complexity was alleviated by using a technique called divorcing [8]. Intermediate nodes were introduced, representing simplifying assumptions. In the Original Bayesian Network, binary intermediate nodes were added that corresponded to the intermediate diagnoses made from questionnaire results. These included indications of stress incontinence, deficient emptying of the bladder, urge incontinence, bowel problems, elevated frequency of micturition, previous surgery and pelvic pain. Nodes
Miranda Hunt', Brian von Konsky', Svetha Venkatesh', Peter Petros2
Abstract- This study compares the effectiveness of Bayesian networks versus Decision Trees in modeling the Integral Theory of Female Urinary Incontinence diagnostic algorithm. Bayesian networks and Decision Trees were developed and trained using data from 58 adult women presenting with urinary incontinence symptoms. A Bayesian Network was developed in collaboration with an expert specialist who regularly utilizes a non-automated diagnostic algorithm in clinical practice. The original Bayesian network was later refined using a more connected approach. Diagnoses determined from all automated approaches were compared with the diagnoses of a single human expert. In most cases, Bayesian networks were found to be at least as accurate as the Decision Tree approach. The refined Connected Bayesian Network was found to be more accurate than the Original Bayesian Network. This is likely due to the more generalized nature of the Connected Network. The Original Bayesian Network accurately discriminated between diagnoses despite the small sample sue. In contrast, the Connected and Decision Tree approaches were less able to discriminate between diagnoses. The Original Bayesian Network was found to provide an excellent basis for graphically communicating the correlation between symptoms and laxity defects in a given anatomical zone. Performance measures in both networks indicate that Bayesian networks could provide a potentially useful tool in the management of female pelvic floor dysfunction. Before the technique can be utilized in practice, wellestablished learning algorithms should be applied to improve network structure. A larger training data set should also improve network accuracy, sensitivity, and specificity. Keywords: Urinary Incontinence, Bayesian Network, Decision Tree, Expert System INTRODUCTION The Integral Theory of Female Urinary Incontinence suggests that urinary dysfunction is the result of soft tissue laxity or other defects in a given zone of the pelvic floor, as shown in Figure 1 [l, 21. A diagnostic algorithm based on this theory has been investigated at various institutions, incorporating clinical measurements made during a physical examination, together with subjective data supplied by the patient in a questionnaire [3,4].