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D-S证据理论属于不确定性推理方法,证据理论是Dempster于1967年首先提出,由他的学生Shafer于1976年进一步发展起来的一种不精确推理理论,也称为Dempster/Shafer 证据理论(D-S证据理论),属于人工智能范畴,最早应用于专家系统中,具有处理不确定信息的能力。 ==应用领域:== 图像处理、模式识别、故障诊断、风险评估、技术状态评估等。 ==作用:== 在医学诊断、目标识别、军事指挥等许多,需要综合考虑来自多源的不确定信息,如多个传感器的信息、多位专家的意见等等,以完成问题的求解,而证据理论的组合规则在这方面的求解发挥了重要作用。
一、证据理论特点
- 满足比Bayes概率理论更弱的条件,即不必满足概率可加性。
- 具有直接表达“不确定”和“不知道”的能力,这些信息表示在mass函数中,并在证据合成过程中保留了这些信息。
- 证据理论不但允许人们将信度赋予假设空间的单个元素,而且还能赋予它的子集,这很象人类在各级抽象层次上的证据收集过程。
二、基本概念
设是一个识别框架,或称假设空间。
1、基本概率分配
基本概率分配:Basic Probability Assignment,简称BPA。在识别框架上的BPA是一个的函数m,称为mass函数。并且满足
且
其中,使得 m(A)>0 的A称为焦元。
2、信任函数
信任函数也称信度函数。在识别框上基于BPA m的信任函数定义为:
3、似然函数
似然函数也称似然度函数 (Plausibility function)。在识别框架上基于BPA m的似然函数定义为:
4、信任区间
在证据理论中,对于识别框架中的某个假设A,根据基本概率分配BPA分别计算出关于该假设的信任函数Bel(A) 和似然函数 Pl(A) 组成信任区间 [Bel(A),Pl(A)] ,用以表示对某个假设的确认程度。
三、Dempster合成规则
Dempster合成规则(Dempster’s combinational rule)也称证据合成公式,其定义如下:
其中,K为归一化常数
n个mass函数的Dempster合成规则
其中,
四、Dempster合成规则计算举例
例1. “Zadeh悖论”:某宗“谋杀案”的三个犯罪嫌疑人组成了识别框架 ,目击证人分别给出下表所示的BPA。
要求: 计算证人W1和W2提供证据的组合结果。
解: 首先,计算归一化常数K。
其次,利用Dempster证据合成规则分别计算Peter, Paul, Mary的组合BPA(即组合mass函数)。
- 关于Peter的组合mass函数
- 关于Paul的组合mass函数
- 关于Mary的组合mass函数
【说明】:对于这个简单的实例而言,对于Peter, Paul, Mary的组合mass函数,再求信任函数、似然函数,可知:信任函数值=似然函数值=组合后的mass函数值 即,
附录
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