动态贝叶斯网络
动态贝叶斯网络（Dynamic Bayesian Network, DBN），是一个随着毗邻时间步骤把不同变量联系起来的贝叶斯网络。这通常被叫做“两个时间片”的贝叶斯网络，因为DBN在任意时间点T，变量的值可以从内在的回归量和直接先验值（time T-1）计算。DBN是BN（Baysian Network）的扩展，BN也称作概率网络（Probabilistic Network）或信念网络（Belief Network）。前言不确定性理论在人工智能机器学习、自动控制领域已经得到越来越广泛的应用。本书以当前国际上不确定性研究领域的核心工具—动态贝叶斯网络为线索,进行了动态网络推理算法、平稳系统动态贝叶斯网络结构学习模型设计、非平稳系统动态网络变结构学习模型设计、基于概率模型进化算法的动态贝叶斯网络结构寻优算法的研究。推理算法以隐变量作为划分依据,讨论了离散、连续、混合模型的推理算法,并进行了算法复杂度及应用领域的讨论;结构学习研究首先从度量体制人手,讨论了动态网络度量体制的可分解性,提出了平稳及非平稳系统网络结构学习模型,以及基于贪婪算法思想的遗传算法寻优思想;最终将推理及结构学习理论用于无人机路径规划、战场态势感知、动态数据挖掘、自主控制领域,并通过大量仿真检验。本书的研究工作得到了西安工业大学专着甚金及国家自然科学基金重大研究计划(90205019)的资助。本书全面系统地介绍了动态贝叶斯网络的相关理论,重点介绍了动态网络的经典应用和国内外的新发展。全书共分9章。第1章概述了动态贝叶斯网络的产生与发展、基本操作及表达。第2章和第3章为本书的理论基础部分,首先从静态网络已经取得的理论成果及研究内容人手,由浅入深引出动态贝叶斯网络的基本概念及研究方向,确定本书将要解决的主要问题:DBN推理问题和连续变量的DBN结构学习问题。第4章在第3章基础上,详细讨论了三类动态贝叶斯网络的推理即隐变量离散、隐变量连续、隐变量混合DBN推理;隐马尔科夫模型是所有离散动态网络的基础,故首先介绍其表达及推理,由此派生出其他离散动态网络,并讨论了奶何将复杂离散网络转化为简单HMM的方法,通过算法复杂度实验分析,明确了离散动态网络的相应属性,得出了相应结论,为合理选择DBN推理算法提供依据;在推理中,若系统参数未知或为时变系统,必然涉及参数学习,故在讨论三类网络的推理中亦涉及参数学习问题。第5章从静态网络结构度量机制入手,讨论并推导出动态贝叶斯网络结构用于网络结构度量的BIC及BD度量机制;通过描述基于概率模型进化算法的构图基础,引出动态贝叶斯网络结构学习机制,即基于贝叶斯优化(BOA)的动态网络结构寻优算法,BOA算法的关键是根据优良解集学习得到动态贝叶斯网络,以及根据动态贝叶斯网络推理生成新个体,前者更为重要,按照本书提出的基于贪婪箅法思想的遗传算法解决动态网络学习,然后应用动态贝叶斯网络前向模拟完成后一步。第6章在此基础上,刻画了基于BD度量体制的平稳动态系统DBN结构学习模型设计,并通过仿真验证了其有效性针对非平稳随机系统DBN的结构学习模型,提出了一种自适应窗口法用于在线自适应学习变结构DBN结构,仿真结果可行。第7章在第4章DBN推理理论的基础上,从以往UCAⅴ路径规划中使用的方法以及涉及的定义、术语等出发,讨论了静态路径规划、动态路进规划及空间路径规划三方面的基本问题,通过对原始 Voronoi图的改进,提出了平面改进型Voronoi图、空间改进型 Voronoi图的概念,以及平面及空间动态路径重规划区域原则等,为动态路径规划提供有力的整体构型支撑,进而应用前几章理论基础,建立基于DBN的战场环境感知模型,仿真结果均表明了构图及动态决策模型的正确性。第8章在DBN推理及结构学习的理论基础上,将其用于自主优化及动态数据挖掘。将BOA及基于概率模型的遗传算法的静态图形的优化机制进行推广,提出了一种动态优化的新方法,利用DBN作为t到t+1代转移网络,适时改变优化的基本条件,实时确立新的种群及优化的方向,使得自主智能体在无人干预下顺利完成一系列复杂任务成为可能,将变结构DBN结构学习模型设计用于动态数据挖掘,实时确定个因素之间的关系。第9章通过两个典型的应Ⅳ用实例,将DN推理学习理论进行融合,并用于实际模型。附录给出了与DN结构度量相关定理、性质的证明,为读者进一步研究和学习动态贝叶斯网络提供参考。本书是作者近年来潜心学习和研究国内外不确定性算法理论、方法和应用成果的一个总结。在本书的编写过程中,得到了西安电子科技大学焦李成教授和清华大学戴琼海教授及英国BankUniversity陈大庆教授的热心指导和鼓励,新加坡南洋理工大学的王海芸博土后审阅了书稿,并提出了许多宝贵意见,特向他们表示衷心的感谢。由于涉及内容广泛及限于作者的学识水平,书中疏漏和不当之处在所难免,希望读者不吝赐教指正。作者目录第1章图模型与贝叶斯网络1.1图模型简介1.2动态贝叶斯网络鲁+垂香曲1.3动态贝叶斯网络应用研究1.3.1动态时序数据分析与挖掘曾··會世57781.3.2无人机的态势感知与路径规划1.3.3.进化算法与动态贝叶斯网络混合优化…10第2章静态贝叶斯网络…112.1静态贝叶斯置信网络2.2贝叶斯网络的特点与应用范围……………152.3贝叶斯网络的研究内容162.3.1计算复杂性162.3.2网络结构的确定问题2.3.3已知结构的参数确定问题…………182.3.4在给定结构上的概率计算…4福通而看高自曲着看西画192.3.5贝叶斯网络推理算法…………………19第3章动态贝叶斯网络基础283.1从静态网到动态网283.1.1概述283.1.2推导…………………………293.1.3动态贝叶斯网络表达要鲁垂鲁鲁中t曲·曹市壘曾曹吾普·量313.2动态贝叶斯网络的研究内容…………353.2.1动态贝叶斯网络推理……………………363.2.2动态贝叶斯网络学习…………………………39第4章动态贝叶斯网络推理464.1隐变量离散动态网络推理464.1.1模型数学描述…………………464.1.2马尔科夫的研究内容…4.1.3隐马尔科夫推理学习仿真…534.1.4隐马尔科夫其他拓扑形式…………564.1.5一般离散动态网络和隐马尔科夫关系584.2动态贝叶斯网络推理算法性能分析604.2.1动态网络转化隐马尔科夫仿真…614.2.2离散动态网络推理算法比较仿真……634.2.3连续动态网络推理比较仿真………724.3模糊推理与隐马尔科夫结合炮火校射……………754.3.1概述…音曲曹香音音音吾晋自粤吾·自·754.3.2模糊动态网络环境感知框架754.4隐变量连续动态网络推理4.4.1模型数学描述…794.4.2卡尔曼滤波图模型推理·日·曹曹曾鲁····804.5混合隐状态动态贝叶斯网络834.5.1模型数学描述……b音量章申曾要中命要即命·甲看834.5.2混合动态贝叶斯网络推理864.5.3混合动态贝叶斯网络学习89第5章动态贝叶斯网络结构学习算法……915.1动态贝叶斯网络结构度量体制…………915.1.1概述…………915.1.2动态网络的贝叶斯信息度量935.1.3动态贝叶斯网络BD度量965.2动态贝叶斯网络度量分解性能分析省着带鲁曹曹曹鲁鲁鲁虚鲁鲁中·985.3构建动态网络结构寻优算法…1145.3.1基于概率模型的进化算法…1155.3.2基于贝叶斯优化构造动态网络结构算法…1165.3.3学习动态贝叶斯网络……………1185.3.4动态夏叶斯网络推理1275.4基于贝叶斯优化构建动态网络结构算法仿真…128第6章动态贝叶斯网络结构学习模型1346.1平稳系统动态网络结构学习模型设计1346.1.1模型设计1356.1.2仿真试验1386.2变结构动态网络自适应结构学习模型设计…………1446,2,1模糊自适应双尺度1446.2.2动态系统非平稳程度和平稳性的测量1516.3非平稳系统网络结构学习仿真试验153第7章基于动态贝叶斯网络的路径规划1657.1无人机平面静态路径规划…1657.1.1基本概念……………1657.1.2基于相同威胁体的路径规划…1667.1.3不同威胁体下平面路径规划1717.1.4路径细化暨要命要曹吾帝吾辛事壶要面要吾吾曹中垂要晋吾曹事1767.2无人机动态路径规划1787,2.1概述1797.2.2平面动态环境下局部路径构图原则1797.2.3威胁变化下无人机平面路径规划………1827.2.4突发威胁体下无人机平面路径重规划研究1867.3无人机空间路径规划研究………………………1907.3.1空间改进型 Voronoi图………1907.3.2威胁变化下局部路径构图区域原则1957.3.3局部路径选择原则及战场感知模型…197第8章基于动态贝叶斯网络的自主控制…1998.1概述…1998.2快速构建决策网络结构方法…2008.2.1链形决策网络模型的建立………2018.2.2决策网络树形模型结构学习算法…2048.2.3一般决策网络结构学习算法2058.3进化算法与动态网络混合优化……2068.3.1算法基本思想2068.3.2转移网络作用中鲁鲁··章鲁···自··………2108.3.3混合优化自主控制算法描述…2108.3.4混合优化自主控制算法软件实现………211第9章无人机自主控制应用研究2249.1基于混合优化的无人机路径重规划.2249.1.1自主控制过程描述2249.1.2混合优化无人机路径规划仿真…2259.2无人机攻击多目标路径规划………………2379.2.1自主控制过程描述……………2389.2.2初始动态网络图构型2399.2.3无人机自主攻击多随机运动目标仿真240附录贝叶斯网络局部结构度量数学基础250A.1链形模型局部结构度量250A.2树形模型局部结构度量253A.3局部贝叶斯网络度量………………………………257参考文献…………………………………262
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CANOpen应用层和通讯协议（CiA301）
CANOpen应用层和通讯协议，基于CiA301的中文翻译，整理好了书签，学习CANopen必备资料。CANopen应用层和通信协议目录1适用范围2参考资料2.规范性引用2.2信息参考3缩写和定义·非·垂8888831缩写3.2定义…标准帧扩展帧.999CAN-工DCOB-ID·········实体FSA,,,设备域9逻辑设备,++Node-ID+++++,.,+·+···对象9虚拟设备建模…104.1设备域模型104.2通信参考模型.4.2.1简述14.2.2 CANopen应用层………….114.2.2.1概述··::············::··114.2.22服务原语1142.2.3应用层服务124.3 CANopen设备模型43.1简述..124.4通信协议分类··;·······∴134.4.1简述4.4.2主/从协议6··134.4.3客户端/服务器协议1444.4生产者/消费者协议-推/拉模式144.45对象字典网络系统模型1545.1设备协议154.5.2应用协议155物理层5.1OS参考模型.∴…16介质相关接口53物理介质连接.54物理信令…166数据链路层186.1简述…∴186.2AN帧类型·4···:·;··4·44···.···:·4·4·4··4··+∴187应用层.197.1数据类型和编码规则..197.1.1数据类型和编码规则简述.19⊙CA2011-保留所有权利CANopen应用层和通信协议7.1.2数据类型定X位序207.1.3位序列7.1.3.1位序列定义7.1.3.2位序列的传输语法……207.1.4基本数据类型217.1.4.1简述217.1.4.27.1,4.3 Boolean.……7.1.4.4Void.7.1. 4.5 Unsigned interge222222111127.1.4.6 Signed Integer....7.1.4.7浮点数.··+·“·4·“··+:···;4······+······7.1.5复合数据类型237.1.6扩展数据类型7.1.6.1简述7.1.6.2八进制字符…27.1.6.3可显示字符串7.1.6.4 Unicode字符串7.1.6.5时间2223444247.1.6.6时间差.47.1.6.7域247.2通信对象247.2.1简述247.2.2过程数据对象(PDO).257.2.2.1简述257.2.2.2传输模式267.2.2.3触发模式.….267.2.2.4PD0服务7.2.2.5PD0协议287.2.3寻址PD0MPD0)7.2.3.1简述.287.2.3.2MPD0寻址模式297.2.3.3PD0服务297.2.3.4MD0协议307.2.4服务数据对象(SD)7.2.4.1简述317.2.4.2SD0服务7.2.4.3S00协议…43服务器49服务器49客户端服务器.…537.25同步对象(SYNC)597.2.5.1简述597.2.5.2SYNC服务597.2.5.3同步协议…7.2.6时间戳对象(TIME)7.2.6.1简述607.2.6.2TIME服务607.2.6.3TIME协议和“……………617.2.7应急对象(EMCY617.2.7.1应急对象的使用617.2.7.2应急的对象服务…ccⅰA2011-保留所有权利CANopen应用层和通信协议7.2.7.3应急对象协议…1547.28网络管理···.·:4·········7.2.8.1简述7.2.8.2NM服务7.2.8.3NMT协议6973网络初始化和系统 boot-up∴747.3.1简化的MMT启动∴747.3.2NT状态机.757.3.2.1概述7.3.2.2MMT状态767.3.2.3MT状态转换7.3.3通用预定义连接集7.3.4特定预定义连接集…787.3.5受限CAN-IDs7974对象字典7.4.1常规结构·++·“+“797.42索引和子索引的使用.807.4.3对象代码的使用7.4.4数据类型的使用.817.4.5访问权限的使用∴817.4.6类别和条目类别的使用.7.4.7数据类型条目的使用827.4.7.1简述7.4.7.2对象字典条目的组织结构7.4.8预定义复合数据类型规范7.4.8.1PD0通讯参数记录规格847.4.8.2PD0映射参数记录规格7.4.8.3SD0参数记录规格857.4.8.4身份记录规格857.4.8.50S调试记录规格.857.4.8.60S命令记录规格通信协议规范867.51对象及其条目说明规范∴867.5.2通信协议对象的详细规范877.5.2.1对象1000:设备类型1877.5.2.2对象1001h:错误寄存器7.5.2.3对象10021:制造商状态寄存器7.5.24对象1003:预定义错误域897.5.2.5对象1005:COB-ID同步消息∴917.5.2.6对象1006:通信循环周期.927.5.27对象1007:同步窗长度.927.5.28对象1008:制造商设备名称7.5.2.9对象1009:制造商的硬件版本937.5.2.10对象100A1:制造商软件版本947.5.2.11对象1000:监护周期947.5.2.12对象100D:生存周期因子7.5.2.13对象1010:保存参数957.5.2.14对象1011:恢复缺省参数977.5.2.15对象10121:时间戳对象COB-ID1007.5.2.16对象1013:高分辨率时间戳1017.5.2.17对象1014: EMCY COB-ID1017.5.2.18对象1015:EMCY抑制时间.1027.5.2.19对象1016:消费者心跳超时.103⊙CA2011-保留所有权利CANopen应用层和通信协议7.52.20对象1017:生产者心跳超时………1047.5.221对象1018:对象身份1057.5.2.22对象1019:同步计数器溢出值7.5.2.23对象1020:验证配置1077.5.2.24对象1021:存储EDS1087.5.2.25对象1022:存储格式1097.5.2.26对象1023:0S命令7.5.2.27对象1024:0s命令模式…·;·中1117.5.2.28对象10251:0s调试接口.1127.5.2.29对象1026:0S提示符命令接口.1137.5.2.30对象1027:模块列表1147.5.231对象1028:应急消费对象7.5.2.32对象1029:错误行为对象.1177.5.2.33对象1200127F:SD0服务器参数1187.5.234对象128012F:SD0客户端参数.1217.5.235对象1400~15FF1:RPD0通信参数1237.5.2.36对象160017FF:RPD0映射参数.1267.5.2.37对象180019FB:TPD0通信参数1297.5.238对象1A00"1BF:TPD0映射参数1347.5.2.39对象1FA011FCF:对像扫描仪列表1367.5.2.40对象1FD0^1FFR:对象分配列表…138附件A(更多信息)140注译版木记录142CA2011-保留所有权利CANopen应用层和通信协议1适用范围本规范定义了 CANopen应用层。包括数据类型、编码规则、对象字典以及 CANopen通信服务协议。此外,本规范也定义了 CANopen网络管理服务协议本规范规定了 CANopen通信协议,例如物理层、通信对象标识符预定义连接集、应急对象( Emergency)、时间戳和同步通笮对象⊙CA2011-保留所有权利CANopen应用层和通信协议2参考资料2.1规范性引用/EN61131-3EN61131-3,可编程控制器一一第3部分:编程语言/IS07498-1/IS07498-1,信息技术-开放系统互连-基本参考模型:基本模型/IS08859/IS08859,信息技术——8位单字节编码图形字符集ISol!898-1/Is011898-1,道路车辆—控制器区域网络(CAN)——第1部分:数据链路层和物理信令/IS0ll898-2/IS0118982,道路车辆——控制器区域网络(CAN)—一第2部分:高速介质访问单元/IS01l8983ⅠS0118983,道路车辆——控制器区域网络CAN——第3部分:低速度、容错的介质相关接口。/IS010646/IS010646,信息技术通用多八位编码字符集(LCS)2.2信息参考/IEEE754/TEEE754,标准的二进制的浮点运算/IEC62390IEC TR62390,常规的白动化设备一协议的准则3缩写和定义3.1缩写ARQ自动重复请求CAN控制局域网CAN IDCAN标识符COB通信对象COB-IDCOB标识符CRC循环冗余校验CSDOClicnt-SDODAM目的地址模式FSA有限状态机LLO逻辑链路控尙LSB最低位/字节MAC介质访问控制MDI介质相关接口MPDO多路复用PD0MSB最高位/字节网络管理NODE-ID节点标识符OSI开放系统互连PDO过程数据对象PLS物理层的信令ccⅰA2011-保留所有权利CANopen应用层和通信协议PMA物理介质连接RPDO接收PDORTR远程传输请求SAM源地址模式SDO服务数据对象SSDOServer-SDoSYNC同步对象TPDO发送PDO3.2定义标准帧/IS01898-1/屮定义的最多可包含8个字节数据和11位标识符的消息扩展帧/IS011898-1/中定义最多可包含8个字节数据和29位标识符的消息CAN-ID/IS011898-1/中定义的CAN数据和远程帧标识符COB-ID包含CAN-1D和附加控制位的标识符实体特指事物如人、地点、过程、概念、组织或事件FSA若干计算行为组成的模式作为一个状态,一个启动状态,输入一个字母,映射输入符号和当前状态到下一状态的转换功能:以一个宁符串输入作为启动状态的计算起始;依赖传递函数变换到新状态(译者注:无法按字面翻译,译者定义为表示有限个状态以及在这些状态之间的转移和动作等行为的数学模型,即有限状态机)。设备域1.自动化系统中独立联网的物理实体,在特定的上下文和分隔符中使用自身接口执行指定的功能2.在自动化系统中向其他实体扶行控制、操纵和/或传感功能和相关接口的实体。逻辑设备根据改备域模型所组织的一系列对象和行为,描述了该设备的数据和行为使网络所理解Node-ID网络范围内每个 CANopen设备的独特标识对象封装了状态和行为有明确界限和身份的实体虚拟设备能够像域设备一样完成所属功能事件的软件实体,⊙CA2011-保留所有权利9CANopen应用层和通信协议4建模4.1设备域模型如图1所示,设备域至少包含一个 CANopen设备。其中每个 CANopen设备至少带有一个包含数据链路层(见本章第6节)和物理层(见本章第5节)的网络接凵、一个node-1D、至少一种通信状态机(FSA)。通信状态机不仅带有NMT从状态机(见7.3.2),还包括应急状态机(见7.27)等共他附加状态机。这些附加状态机定义于所谓的框架协议内,不属于本协议范围。一个 CANopen设备至少包含一个多至8个逻辑设备,且不可分割于多个设备域。每个逻辑设备可包含一个逻辑设备状态机(可选)和多个虚拟设备。逻辑设备不可分割于多个 CANopen设备。逻辑设备定义于所谓的设备协议中(见4.5.1),不在本协议的范围内。每个虚拟设备包含一个虚拟设备状态机且不可分割于多个逻辑设备。虚拟改备定义于所请的应用协议(请参阅子句452),不在本协议范围内。设备域的最小化结构如图2所示。Field deviceCANopen device (Node-ID)CANopen device (Node-ID)CommunicationCommunicationCommunicationCommunicationFSA●●FSAFSAFSA1st logical device1st logical deviceLogical deviceLogical deviceLogical deviceLogical device●自FSAFSAFSAFSAVirtual deviceVirtual deviceVirtual deviceVirtual deviceDevice●●DeviceDevice●●●DeviceFSAFSAFSAFSA8th logical device8th logical deviceLogical device●●Logical devicLogical device@●●Logical deviceFSAFSAFSAFSAVirtual deviceVirtual deviceVirtual deviceVirtual deviceDevice鲁●●DeviceDeviceDeviceFSAFSAFSAFSA图1:设备域模型ccⅰA2011-保留所有权利
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