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情景想定之贝叶斯网笔记(22.6.18)

情景想定之贝叶斯网笔记(22.6.18)

作者: 次第前行 | 来源:发表于2022-06-18 20:13 被阅读0次

最近开始针对情景想定相关理论进行业务应用,将进行系统学习和思考,并记录学习到的知识和体会。

一、基本概念

几个比较重要的概念在这里梳理一下:

(1)贝叶斯网络是一种基于网络结构的有向无环图描述,由 Pearl 在 1988 年提出[10],是人工智能与概率理论、图论、决策理论相结合的产物,利用节点变量表示各个信息要素,用连接节点之间的有向边表示各个信息要素之间的因果关系,用条件概率表示各个信息要素之间的影响程度,节点之间的因果关系和影响程度构成了贝叶斯网络结构。节点和有向边组成了贝叶斯网络的最基本框架,如图 1 所示。

(2)联合概率:假设有随机变量X与Y, 此时,P(X=a,Y=b)用于表示X=a且Y=b的概率。这类包含多个条件且所有条件同时成立的概率称为联合概率。联合概率并不是其中某个条件的成立概率, 而是所有条件同时成立的概率。

联合概率的一览表称为联合分布。

(3)边际概率:P(X=a)或P(Y=b)这类仅与单个随机变量有关的概率称为边缘概率。

(4)条件概率:条件概率的分布简称条件分布,即已知两个相关的随机变量X和Y,随机变量Y在条件{X=x}下的条件概率分布是指当已知X的取值为某个特定值x之时,Y的概率分布。

二、贝叶斯网络构建

(1)情景要素确定:突发事件、危险因素、应急响应、灾害后果。对应贝叶斯网络中的节点(变量)

(2)网络推演模型构建,步骤:

a.明确节点(即情景要素)

b.明确节点之间的关系。( 采用Dempster-Shafer 证据理论分析,计算专家经验置信度(因果关系权重系数),如果>0.85,则认为存在因果关系)

c.确定所有节点的条件概率,建立条件概率表。

三、贝叶斯网络构建及过程推理分析步骤

        第一步:对《学习河南郑州720特大暴雨灾害调查报告》进行情景分析,提取包括突发事件(暴雨、城市内涝、洪水灌入地铁隧道、人员被困)、危险因素(城市道路基础设施、周围环境)、应急响应活动(加强检查巡视、隐患排查、排水、发布预警引导人员、疏散救援、修复地铁)、造成后果(人员死亡、地铁受损坏)四大类13小类情景要素。采用德尔菲法让专家对提取的情景要素进行打分,评价其合理性。如果专家存在异疑,则需要对评估报告进行进一步分析,重新提取情景要素。如果专家评价无异疑,则开始网络构建。

        第二步:通过问卷法调查初步确定各因素因果关系,再采用D-S证据论去证实关于因果关系的判断,确定各情景要素之间的因果相关性,构成贝叶斯网络结构。(D-S定义辨别框架∅和质量函数,计算因果关系权重,大雨0.85则认为有因果关系)

        第三步:进行第二轮调查问卷,运用D-S证据理论去计算贝叶斯网络节点条件概率(生成条件概率表),由专家对计算结果合理性进行判断。

        第四步:设置不同情形,进行预测推理得到概率结果。

四、情景推演与实验仿真

(1)状态概率计算,借助 Netica 软件。

所谓想定,是对不同情景要素不同条件概率下,不同损失程度发生概率的估测。       

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