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不确定理论及其公理化体系
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第 2
4卷 第 3期 Vo . 4 No 3
12 .
20
0 4年 6月 J n 2 0
u .0 4
不确 定 理论 及其 公 理化 体 系
彭 锦 , 宝碇
刘
(. 冈 师 范 学 院 数 学 系 , 北 黄 州 4 8 0 ;2 清 华 大 学 数 学 科 学 系 , 京 1 0 8 )
1黄 湖 300 . 北 0 0 4
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黄 m
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摘 要 : 确 定 理 论 是 概 率 论 、 信 性理 论 、 赖 性 理 论 的 统 称 , 时还 包 括 模 糊 随 机 理 论 、 机
冈 不 可 信 同 随
模 糊理 论 、
师 岫 随机 粗 糙 理 论 、 糙 随 机 理 论 、 糊 粗 糙 理 论 、 糙 模 糊理 论 、 重 随机 理 论 、 重 模
粗 模 粗 双 双
g
糊 理 论 、 重 粗 糙 理 论 . 文 主 要 介 绍 不 确定 理 论 的 公 理 化 体 系 , 述 了不 确 定 理 论 最 新 研 究
双 本 综
范
成 果g、 究 方 法 和 研 究 动 向. 后 提 出 了不 确 定 理 论 值 得 深 入 研 究 的 一 些课 题 .
研 最
学 N
关 键 词 : 确 定 理 论 ; 糊 变量 ; 糙 变 量 ; 确 定 规 划
不 模 粗 不
中 图m 类 号 : 2 ; 2
院 分 O2 4 o2 1 文献 标 识 码 :
A 文 章 编 号 :0 38 7 ( 0 4 0 — 0 10
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报 Unc r a nt he y and is ax o a i ounda i
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2 D p rme to te t a c n e ,Ts g u iest ,B in 0 0 4 C ia
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a d b r g h o y Th s a tce p o ie o p e e sv u v y o n e t i t h o y a d is a .
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i m a i o n a i n . U p t — a e d v lp e t n u c r i t h o y a e r p re . S m e c a ln e o
o tc f u d to s —o d t e eo m n si n e tn y t e r r e o t d o h le g s t
u c r i t h o y a ei d c t d f rf rh rr s a c opc . An e t n i eb b ig a y i lo i cu e .
n e tn y t e r r n ia e o u t e e e r h t is x e sv i l r ph as n l d d
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n e t i t h o y;f z y v ra l
u z a i b e;r u h v ra l
o g a i b e;u c ran p o r m m i g
n eti r g a n
收 稿 日期 :0 40 — 8
20—40.
作 者 简 介 : 锦 , 9 1年 生 , , 北 麻 城 人 , 士 , 授 , 要 从 事 不 确 定 理 论 、 确 定 规 划 及 其 应 用 等 方 面 的 研 究
彭 16 男 湖 博 教 主 不
工 作 .( tp / o s. d . n  ̄ p n
ht : / rc e u c / e g E i p n j 0 @ tig u . r .n
mal e gi 1 sn h a og c )
: n
刘 宝 碇 , 9 5年 生 , , 津 宝 坻 人 , 士 , 华 大 学 教 授 、 士 生 导 师 . 究 兴 趣 为 不 确 定 理 论 、 确 定 规 划 、 能 算
16 男 天 博 清 博 研 不 智
法 及 其 在 系 统 可 靠 性 设 计 、 备 选 址 问 题 、 辆 调 度 问 题 、 程 进 度 问 题 、 器 排 序 、 储 问 题 等 领 域 的 应 用 . 在
设 车 工 机 存 已
JMAA , E. &oR ,
C&I C CMA , C, J
AM E OR,ORS F S,S IUF
J , S I ,J KS,E TF ,E E
I EE S I E TR 等 国 际 知 名 期 刊 上 发 表 了 一 系
列 论 文 . 外 , 版 4部 英 文 专 著 和 2本 中文 教 材 , 括 德 国 S r g r的 《 确 定 理 论 》 德 国 P y i
另 出 包 pi e
n 不 , h sca的 《 确 定 规 划 理 论
不
与 实 践 》 美 国 Klwe
。 u r的 《 策 准 则 与 最 优 存 储 过 程 》 美 国 W i y的 《 确 定 规 划 . 兼 任 5家 国 际 期 刊 副 主 编 或 编 委 ,
决 , le 不 现
包 括 《EE a s ci n n F z y S se 》 《 n o ma in: n e n t n l o r a 》 《 u z t z t n a d De i o
I E Trn a t so u z y tms 、 I f r t
o o An I t r a i a J u n l 、 F z yOp i a i n c in
o mi o s
M a ig》《 inI fr t n S in eL f》 (n en t n l o r l f n en ta d E tr r eM a a e n 》 还 兼 任 清 华
kn 、 As n omai — c c— i 、I tr ai a J u a o tr e n nep i n g me t.
a o e e ( o I s
大 学 出 版 社 《 确 定 理 论 与 优 化 丛 书 》 编 、 国 运 筹 学 会 副 秘 书 长 、 确 定 系 统 分 会 理 事 长 . 5次 担 任 国 际 学 术 会 议
不 主 中 不 曾
的 主 席 或 程 序 委 员 会 主 席 . ( t /o s .d . n ~ l
h t /rc e u c / i
p: u Emall @ tig u .d . n
i:u sn h a e u c )
i
基 金 项 目 : 家 自 然 科 学 基 金 资 助 项 目 ( 0 7 0 9 ; 法 信 息 、 动 化 与 应 用 数 学 联 合 实 验 室 ( AM A) 助 项 目 ;
国 6 144 ) 中 自 LI 资
湖 北 省 教 育 厅 优 秀 中 青 年 人 才 资 助 项 目( 0 0 4 0 1 .
20B 70 )
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・
2・
黄 冈 师 范 学 院 学 报 第 24卷
1 序 言
当 今 世 界 处 在 一 个 信 息 时 代 . 息 是 人 类 认 识 世 界 和 改 造 世 界 的 知 识 源 泉 . 们 接 触 到 的 各 种 各 样
信 人
的信息有 时候是确定性 的 , 多的时 候是不 确定的.
更、 比如 ,自然 界 中 普 遍 存 在 着 各 种 不 确 定 现 象 ; 济 生
经
活 中伴 随 着 大 量 的 不 确 定 信 息 , 票 证 券 或 期 货 市 场 总是 处 在 不 确 定 的 波 动 状 态 ; 些 传 染 性 疾 病 的 传
股 某
播 过 程 中 有 诸 多 不 确 定 因 素 . 现 实 世 界 中 , 确 定 信 息 可 谓 无 处 不 在 , 信 息 的 不 确 定 性 表 现 又 是 五
在 不 而
彩缤 纷 的 ,比如 随机 信 息 、 糊 信 息 、 糙 信 息 、 糊 随机 信 息 、 重 随 机 信 息 、 重 模 糊 信 息 等 等 .
模 粗 模 双 双
信 息 本 身 的 确 定 或 不 确 定 属 性 无 所 谓 好 坏 . 们 不 能 片 面地 认 为 确 定 信 息 纯 粹 就 是 好 , 确 定 信 息
我 不
全 然 就 是 坏 事 . 题 在 于 人 们 怎 样 认 识 和 把 握 不 确 定 性 . 们 究 竟 应 该 怎 样 来 正视 不 确 定 性 呢 ? 谓 “
问 我 所 不
确 定 性 是科 学 的 敌 人 ” 是 形 而 上 学 的 观 点 . 定 与 不 确 定 揭 示 和 反 映 事 物 变 化 发 展 过 程 中 的必 然 与 偶
乃 确
然 、 晰 与模 糊 、 似 与 精 确 之 间 的 关 系 . 定 性是 指 客 观 事 物 联 系 和 发 展 的 过 程 中有 规 律 的 、 然 的 、
清 近 确 必
清 晰 的 、 确 的 属性 ; 确 定 性 是 指 客 观 事 物 联 系 和发 展 的 过 程 中 无 序 的 、 然 的 、 糊 的 、 似 的 属 性 .
精 不 或 模 近
确 定 与 不 确 定 , 有 本 质 区 别 , 有 内 在 联 系 . 者 辨 证 统 一 ,两 者 相 互 矛 盾 , 互 依 存 , 一 定 条 件 下
既 又 两 相 在
又 可 相 互 转 化 . 定 性 往 往 通 过 大 量 不 确 定 性 表 现 出 来 , 确 定 性 是 确 定 性 的 补 充 和 表 现 形 式 . 握 确
确 不 掌
定 性 是 科 学 认 识 和 实 践 的 基 础 , 识 确 定 性 和 利 用 确 定 性 才 能 获 得 自由 . 们 应 该 重 视 不 确 定 性 , 于
认 人 善
利用 有利的不确 定性 , 免不利 的不确 定性 , 过不确定性 掌握确定性 , “ 定”
避 通 从 不 中求 “ 定 ”
有 .
其 实 , 类 对 不 确 定 性 的 认 识 由来 已久 . 率 论 的 产 生 可 以 追 溯 到 几 百 年 的 历 史 [ , 糊 数 学 诞 生
人 概 1模
]
于 上 个 世 纪 六 十年 代 , 糙 集 合 的 问 世 则 是 近 二 十年 的 事 情 【 概 率 论 已经 广 泛 应用 于 众 多 的学 科 .
粗 5 .
模 糊 数 学 的 理 论 与 方 法 也 逐 渐 受 到 人 们 的 青 睐 . 着 软 计 算 研 究 的兴 起 , 糙集 合 的 理 论 与方 法 也 日益
随 粗
引 起 人 们 的 关 注. 大 批 数 学 工 作 者 、 算 机 研 究 人 员 、 制 工 程 师 、 言 逻 辑 学 家 甚 至 哲 学 家 , 不 确
一 计 控 语 对
定 性 的 研究 表 现 出 了浓 厚 的 兴 趣 . 而 论 之 , 确 定 信 息 处 理 的 研 究 越 来 越 引 起 人 们 的重 视.
概 不
以 因特 网上 常 见 的 电 子 资 源 数 据 库 检 索 为 例 : 英 文 单 词 “ n e tit ” S I数 据 库 检 索 就 有
用 u cran y 作 C
27
3 7篇 文 献 记 录 ( 9 0 2 0 ) 用 主 题 词 “ n e tit ”作 E 数 据 库 检 索 就 有 1 2 7篇 文 献 记 录 ( 9 0
19~ 03. u cran y i 28 1 9
~
20 )
0 3 .用 “ 确 定 ”作 中 国 期 刊 光 盘 题 录 检 索 就 有 1 8
不 8 1篇 文 献 记 录 ( 9 4 2 0 )
1 9 ~ 0 3 .考 虑 到 收 录 年 限
和 收 录 期 刊 范 围 , 际 上 的 文 献 数 量 远 远 不 只 这 些 . 竟 世 界 上 共 发 表 了 多 少 有 关 “ n e tit ” 研 究
实 究 u c ran y 的
文 章 , 怕 无 法 统 计 出确 切 数 字 . 献 检 索 粗 略 统 计 表 明 , 于 不 确 定 系 统 的 国 内 外 研 究 动 态 呈 现 出 三
恐 文 关
大 趋 势 : ) 确 定性 转 向 不 确 定 性 的 文 献 数 量 急 剧 增 长 ;2 由单 一 不 确 定 性 转 向 多 重 不 确 定 性 ;3 不
1由 ) )
确定性 的研究渗透到愈来 愈多 的领域.
复 杂 系 统 的 处 理 往 往 难 以 回 避 定 性 的 、 完 全 的 和 不 确 定 的 信 息 . 随 着 这 些 精 彩 纷 呈 的 不 确 定
不 伴
性 , 在 着 大 量 的 优 化 问 题 需 要 解 决 . 确 定 信 息 环 境 下 的 优 化 方 法 —— 不 确 定 规 划 L 。
存 不 2h ’ 正 是
在 这 种 背景 下 建 立 和 发 展 起 来 的 . 数 学 理 论 的 角 度来 审 视 , 确 定 理 论 的 数 学 基 础 的 建 立 显 得 越 来 越
从 不
重 要 . 其 是 公理 化 方 法 的 建 立 , 得 不 确 定 理 论 形 成 一 门 严 谨 的 数 学 , 且 具 有 面 向优 化 决 策 理 论 的
尤 使 而
鲜 明 特 色 . 确 定 理 论 [ ,] 不 确 定 规 划 提 供 理 论 基 础 和 工 具 , 确 定 规 划 针 对 不 确 定 信 息 环 境 下 的
不 e7 为
38 不
优 化 决 策 问题 提 供 建模 方 法 , 成 了 沟 通 不 确 定 理 论 与优 化 应 用 的 桥梁 纽 带 .
形
不确定理论 是概率论 、 信性 理论 、 赖 性理论 的统称 , 时还包 括模糊 随机 理论 、 机模 糊理 论 、
可 信 同 随
双 重 随 机 理 论 、 重 模 糊 理 论 、 重 粗 糙 理 论 、 糊 粗 糙 理 论 、 糙 模 糊 理 论 、 机 粗糙 理 论 、 糙 随 机 理
双 双 模 粗 随 粗
论 . 文 主要 介 绍 不 确 定 理 论 的 公 理 化 体 系 , 述 了不 确 定 理 论 的最 新 研 究 成 果 、 究 方 法 和 研 究 动 向.
本 综 研
最 后 , 确 提 出不 确 定 理 论 的 一 些 课 题 以供 深 入 研 究 .
明
2 不 确 定 理 论 的 公 理 化
简 单 地说 , 理 就 是 不 证 自明 的道 理 , 是 人 们 研 究 问 题 的基 础 . 公 理 化 方 法 则 指 从 尽 可 能 少 的
公 它 而
原 始 概 念 和 公 理 出 发 , 用 逻 辑 推 理 展 开 研究 的 方 法. 学 公 理 化 方 法 起 源 于 古 希 腊 , 元 前 3世 纪 希
利 数 公
腊 数 学 家 欧 几 里 得 所 著《几何 原 本 》 公 理 化 数 学 的 最 早 典 范 , 从 有 限 的几 个 公 理 出 发 , 公 理 化 方 法
是 它 用
建 立 了一 套 完 整 的 平 面 几 何 演 绎 体 系 .
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第 3期 彭 锦 。 : 确 定 理 论 及 其 公 理 化 体 系
等 不 ・3‘
德 国著 名 数 学 家 希 尔 伯 特 在 其 名 著 《 何 基 础 》 , 确 地 提 出公 理 体 系 应 有 相 容 性 、 立 性 和 完 备
几 中 精 独
性 的 要 求 , 项 工 作 的 意 义 远 远 超 出 了几 何 基 础 本 身 的 范 围 , 使 他 成 为 现 代 公 理 化 方 法 的奠 基 人 .
这 而 自
20世 纪 以来 , 理 化 方 法 在 数 学 中 得 到 了 广 泛 的 应 用 , 世 代 数 学 、 代 概 率 论 、 代 分 析 等 数 学 分 支
公 近 近 现
都 是用 公 理 化 方 法 建 立 起 来 的 . 9 3年 , 苏 联 数 学 家 柯 尔 莫 哥 洛 夫 实 现 了概 率 论 的公 理 化 . 理 学 的
13 前 物
公理化作 为希尔伯特 第六 问题 ,自上 个 世 纪 初 提 出 以来 也 获 得 了很 大 进 展 . 量 子 力 学 、 子 场 论 、 力
在 量 热
学 等 领 域 ,公 理 化 方 法 已经 获 得 很 大 成 功.
公 理 化 方 法 的 意 图 在 于 创 造 性 地 吸 收并 发 展 前 人 的 研 究 成 果 , 过 建 立 起 一 套 完 善 的 演 绎 体 系 ,
通 把
那些零碎 的 、 连贯 的数学 知识进 行分类 、
不 比较 、 括 , 示 彼 此 间 的 内 在 联 系 , 织 在 一 个 严 密 的完 善
概 揭 组
系 统 之 中. 理 化 的 过 程 犹 如 高 明 的建 筑 师 怎 样 把 钢 筋 木 石 、 泥 砖 瓦有 机 组 合 , 成 巍 峨 的 大 厦 一 样 .
公 水 建
例 如 , 国 的 布 尔 巴 基 ( o r a i学 派 发 现 , 用 公 理 化 方 法 可 以从 规 定 的 几 条 公 理 及 其 相 关 的 一 套 演
法 B ub k) 利
绎 推 理 中 提 炼 出数 学 的 三 大 主 要 “ 构 ” 即代 数 结 构 、 扑 结 构 、 结 构 . 学 的 不 同分 支 可 以认 为 是 由
结 , 拓 序 数
这 些 不 同 的 结 构 组 成 的 , 这 些 结 构 之 间 的 错 综 复 杂 的 联 系 又 把 所 有 的 分 支 连 成 一 个 有 机 整 体 . 果 把
而 如
一
门学 科 比 作 一 棵 浓 荫 茂 密 、 枝 伸展 的 大 树 , 么 建 立 这 门 学 科 公 理化 数 学 基 础 的 目的 就 是 要 理 清 这
百 那
些 根 、 、 、 、 、 、 、 之 间 的关 联 , 该 学 科 的 根 基 牢 牢 扎 根 于坚 固 的 数 学 沃 土 之 中.
干 节 枝 叶 茎 花 果 使
公理化方 法是反 映现实 的、 合辨证 唯物主义认识论 的一种科学 方法. 现代数学 、
符 在 自然 科 学 中 ,公
理 化 方 法 也 作 为 探 索 新 结 果 的手 段 而 广 泛 采 用 . 为 整 理 某 一 门学 科 的 逻 辑 方 法 , 常 是 需要 积 累相 当
作 常
丰 富 的 经 验 材 料 或 发 展 到 一 定 阶段 后 才 能 形 成 公 理 系 统 的 基 础 . 了严 格 描 述 各 种 不 确 定 性 , 须 建 立
为 必
相应 的 数 学 理 论 基 础 .
概 率 论 就 是 一 门 研 究 随 机 信 息 的 数 量 规 律 性 的 数 学 分 支 学 科 . 代 概 率 论 建 立 在 概 率 的 公 理 化 体
现
系基础之 上 , 而形成整个 随机数 学的基石. 率的公理定 义如下 :
从 概
定 义 l 设 是 非 空 集 合 , 是 由 的一 些 子 集 ( 为 事 件 ) 成 的 代 数 ( 件 域 ) 若 非 负 集 函
称 构 事 .
数Pr满 足
公 理 i P { ) 1
r 一 ;
公理 i 对任何 事件 A E
i , P { ) 0
有 r > ;
/
]
公 理 i 对 任 意 可 列 个 不 相 交 的 事 件 { ) , P { 。 )
ii A 。有 r U 一 。 r
P{
则集 函数 Pr称 为 概 率 测 度 ,而 三 元 组 ( , r 称 为 概 率 空 间 .
, P )
模 糊 集 合 论 就 是 一 门研 究 模 糊 信 息 的 数 学 分 支 学 科 [
6 . 去 , 们 一 直 认 为 在 模 糊 集 合
过 人
论 中可 能 性 测 度 扮 演 了 概 率 测 度 的 角 色 . 而 , 实 并 非 如 此 . 概 率 测 度 对 应 的应 该 是 可 信 性 测 度 .
然 事 与
假 设 @ 为 非 空 集 合 , ( 表示 @ 的 幂 集 .如 下 四 条 公 理 构 成 了可 信 性 理 论 的 公 理 化 基 础
多 @)
公 理 1 P s @} 1
o{ 一 ;
公 理 2 P s } 0
o{ 一 ;
公 理 3 对 于 多 ( 中 的 任 意 集 合 { , o { A。 =s pP s A }
@) A } P s U } u o { ;
公 理 4 如 果 是 非 空 集 合 ,其 上 定 义 的 P s{・} 足 前 三条 公 理 ,一1 2 … , , 且 @一@。
o 满 i ,, n 并 ×@
× … ×@ , 对 于 每 个 E ( ,
则 @)
P s A}
o { 一 sp
u P s {1 AP s {2 A… AP s { }
o 10 } o 0 }
2 o ()
1
( ・
l 2・ ・ )
… ∈
记 作 P s o l o2
o —P s AP s A… AP s.
o
如 果 P s满 足 前 三 条 公 理 , 称 为 可 能 性 测 度 , 元 组 ( ( , o ) 为 可 能 性 空 间 .为 了定 义
o 则 三 @, @) P s 称
乘 积 可 能 性 测 度 ,I u 3 给 出 了 第 四 条 公 理 ,并 且 证 明 了 P s o 。 o
[
i 。 o —P s AP s A… A P s 足 前 三 条 公
o 满
理 . 四条 公 理 构 成 了 可 信 性 理 论 的基 础 ,使 得 可 信 性 理 论 的 所 有 内 容 均 可 通 过 其 导 出. u2 已经 成
这 Li[
。
功 建 立 了 可 信 性 公 理 化 体 系 , 富 了 模 糊 数 学 的理 论 底 蕴 .
丰
定 义 2 I u& I u4 假 设 ( 多 ( , o ) 可 能 性 空 间 , 是 幂 集 ( , 的 一 个 元 素 ,则 称
( i [
i ) @, @) P s 是 @) 中
1
C { 一 ÷ ( o { + Ne { )
rA} P sA} c A} ()
2
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黄 冈 师 范 学 院
学 报 第24卷
为 模 糊 事 件 的 可信 性 测 度 .
粗 糙 集 合 论 就 是 一 门 研 究 粗 糙 信 息 的 数 学 分 支 学 科 _ ] 为 了 建 立 处 理 粗 糙 性 的 一 套 信 赖 性 理
s .
卜计
论 ,L u。 先 引 入 了粗 糙 空 间 、 糙 变 量 和 信 赖 性 测 度 的 概 念 . 以 为 一 非 空 集 合 ,
i E 首 粗 设 为 一 由 以 的子
集 构 成 的 代 数 , 为
△ 中 一 个 元 素 , 义 在
定 上 的 一 个 非 负 可 加 集 函数 丌满 足 如 下
公 理 I 丌{ < ;
A}
公 理 Ⅱ 丌{ > 0
△} ;
公理 Ⅲ 对所有 的 A E
, A } 0
丌{ ≥ ;
。 。
三
公 理 Ⅳ 对 任 意 可列 不 相 交 事 件 序 列 { 。有 丌 UA }一
A} ,
{ 丌{ .
A}
1
l
一
1
定 义 3 设 以为一非空集 合 ,
为一 由 以 的 子 集 构 成 的 代 数 ,△为 中一 个 元 素 ,
丌为 定 义 在
上 的 满 足 如 上 四 条 公 理 的集 函 数 , 称 四元 组 ( △, , ) 一 粗 糙 空 间 .
则 以, 丌 为
设 ( △, , )
以, 丌 为一 粗 糙 空 间 , 是 从 以 到 实 数 集 R上 的 函 数 . 对 R 的任 意 B rl B,
若 oe 集 有
{ ∈ 以J
( )∈ B}E J
()
3
则 称 为 粗 糙 空 间 ( △, , ) 的 粗 糙 变 量 .
以, 丌 上
此 外 , 别 称 一 { J ∈ △} 一 { ) ∈ 以}为 粗 糙 变 量 的下 近 似 和 上 近 似 .
分 ( ) ,
( J
定 义 4 设 为 定 义 在 粗 糙 空 间 ( △, , ) 的 维 粗 糙 向 量 , 为 R
以, 丌 上 历 中一 个 B rl , 粗 糙
oe 集 则
事 件 ∈历 的 信 赖 性 测 度定 义 为 .
1
Tr E B}一 ( { E
{ Tr B}+ Tr E )
{ B} ()
4
其 中 ∈ B}一 ()
5
称 为上信赖 性 ,
Tr E B }=
{ ()
6
7t
r
一
称 为下信赖性 .
基 于 信 赖 性 测 度 , 而 能 够 引入 粗 糙 变 量 的期 望 值 、 观 值 与 悲 观 值 等 重 要 概 念 , 而 形 成 整 个 信
继 乐 从
赖 性 理 论 的公 理 化 体 系 .
归纳起来讲 ,随机 变 量 是 从 概 率 空 间 到 实 数 空 间 的 可 测 函数 ; 糊 变 量 是 从 可 能 性 空 间 到 实 数 空 间
模
的 函数 ; 糙 变 量 定 义 为从 粗 糙 空 间到 实 数 空 间 的 可 测 函数 . 三 类 基 本 不 确 定 变 量 分 别 用 来 定 量 刻 划
粗 这
随机信 息、 糊 信息 、 糙信息这 三类不确定信 息.
模 粗 由此 繁 衍 出 层 叠 有 致 、 横 交 织 的 多 种 双 重 不 确 定 变
纵
量 , 来 定 量 刻 划 双 重 不 确 定 信 息. 一 类 双 重 不 确 定 变 量 在 数 学 上 都 有 准 确 的 内 涵 和 明 确 的 外 延 .
用 每 比
如 说 , 糊 随 机 变 量 是 从 概 率 空 间 到模 糊 变 量 集 合 的 一 个 可 测 函数 . 宏 观 上 讲 , 种 多 重 不 确 定 性 的
模 从 各
研 究 在 方 法 上 可 以融 通 一 体 , 得 益 彰 . 微 观 上 讲 , 种 多 重 不 确 定 性 的 表 述 形 同 神 异 , 有 千 秋 .
相 从 各 各 一
旦 把 握 它 们 之 间 的 内 在 联 系 和 区别 之 后 , 以 举 一 反 三 、 类 旁 通 .
可 触
下 面树 形 图 ( 1 展 示 了不 确 定 理 论 的概 貌 .
图 )
总 之 , 于 单 重 或 双 重 不 确 定 变 量 , 们 可 以纯 粹 从 相 应 的不 确 定 变 量 定 义 出 发 , 以 导 入 期 望 值 、
对 我 可
乐 观 值 、 观 值 、 会 测 度 、 会 分 布 、 会 密 度 、 立 性 、 列 收 敛 性 等 概 念 , 且 深 入 研 究 它 们 的数 学
悲 机 机 机 独 序 并
性 质 , 而形成一 套独立而完善 的不确定理论公 理化体 系.
从
3 不 确 定 规 划
数 学 规 划 问 题 就 是 要 在 一 组 约 束 条件 下 寻求 一 个 或 多 个 目标 函数 的 最 优 值 . 学 规划 在 过 去 的 5
数 O
多年中有了1足的发展和 日
长 益广泛的应用.尤其是线性规划单纯形算法 的出现,
对数学规划乃至其
它 学 科 的 发 展 起 了 重 大 的 推 动 作 用 . 典 的 数 学 规 划 或 确 定 性 数 学 规 划 建 立 于 一 个 非 常 重 要 的 假 设 基
经
础 之上 ,即假 定 系数 和 资 源 都 是 确 定 型 数 据 . 体 来 说 , 究 问题 所 处 的 环 境 是 确 定 的 , 于模 型 中参 数
具 研 关
的 信息 是完 全确定 的 ,目标 函 数 和 约 束 条 件 是 比 较 简 单 的 ( 线 性 的 或 二 次 的 ) 决 策 变 量 之 间 是 相 互
如 ,
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第 3期 彭 锦 , : 确 定 理 论 及 其 公 理 化 体 系
等 不
图 1 不 确 定 理 论 树 形 图
独 立 的. 决 策 系 统 的 基 本 特 征 不 会 发 生 重 大 变 化 的情 况 下 , 述 假 定 可 以认 为 是 成 立 的. 用 确 定 性
在 上 但
的 模 型 去 描 述 充 满 不 确 定 性 的 现 实 优 化 问 题 不 可 避 免 地 存 在 较 大 误 差 . 是 人 们 在 处 理 优 化 问 题 的 过
于
程 中 , 自然地 将 未 来 需 求 、 源 变 化 等 都 认 为 是 随 机 变 量 、
很 资 模糊 变 量 或 粗 糙 变 量 。 率 论 与 数 学 规 划 结
概
合 , 产 生 了随 机 规 划[ 。; 糊 数 学 与 数 学 规 则 结 合 , 产 生 了模 糊 规 划 L 粗 糙 集 与 数 学 规 划 结 合 ,
就 2 模
就 7钉;
就 产 生 了粗 糙 规 划 . 机 规 划 、 糊 规 划 以及 粗 糙 规 划 的 交 叉 渗 透 则 孕 育 了 更 一 般 的不 确 定 规 划 。
随 模
设 和 是 两 个 不 确 定 变 量 .与普 通 的 实 变 量 不 同 , 确 定 变 量 不 能 直 接 比较 “ 小 ” 没 有 统 一 的
不 大 ,
序 关 系.只能 在 一 定 的数 学 意 义 下 作 量 化 比较 , 是 不 确 定 变 量 比 较 的关 键 和 难 点 所 在 . 实 际 优 化 问
这 在
题 中 取 决 于 决 策者 的 决 策 准 则 或 偏 好 . 们 可 以提 供 几 种 一 般 方 法 进 行 不 确 定 变 量 的 比较 :
我
()
i称 > 当且 仅 当 E >E[ ] 其 中 E是不确 定变量 的期 望值算子.
[] , 这个 准则 导致 了不 确定规
划 的 期 望 值 模 型.
(i称 > 当 且 仅 当 对 某 个 给 定 的 置 信 水 平 a ( ,]
i) ∈ 0 1 ,有 ()
a > () 其 中
a, ()
a 和 。 a
()
是分 别 和 的 a乐 观 值 . 准 则 导致 了不 确 定 规 划 的极 大 化 乐 观 值 的 机 会 约 束 规 划 ma i x模 型 .
一 该 xma
( i称 > 当且 仅 当 对 某个 给定 的置 信水 平 a 0 1 , 们 有 ( )
i)
i ∈( , ] 我 a > ( ) 其 中 £ ( )
a, a和
r fa 是 分 别 和 的 a 悲 观 值 . 个 准 则 导致 了不 确 定 规 划 的 极 大 化 悲 观 值 的机 会 约 束 规 划 mii x
/ ()
i
. 一 这 nma
模 型.
(v 称 > 当 且 仅 当 C , > C r 对 某 个 预 先 给 定 的 目标 水 平 , 这 个 准 则 导 致 了不 确 定
i) h{≥
} h{≥ } -.
规 划 的相 关 机会 规 划 模 型 .
从 模 型 信 息 类 型 来 说 , 照 刻 划 系 统 信 息 的不 确 定变 量来 分 , 确 定 规 划 可分 为 :
按 不 随机 规 划 、 糊 规
模
划 、 糙 规 划 、 糊 随 机 规 划 、 糊 粗 糙 规 划 、 机模 糊 规 划 、 机粗 糙 规 划 、 糙 随 机 规 划 、 糙 模 糊 规
粗 模 模 随 随 粗 粗
划 、 重 随 机 规 划 、 重 模 糊 规 划 、 重 粗 糙 规 划 等 n “ 锚 .
双 双 双 。 ]
综 而 述 之 , 确 定 规 划 的 基 本 轮 廓 可 形 象 地 用 如 下 “王 图 ” 图 2 表 示 .
不 、r ( )
图 实 质 上 代 表 一 个 三 维 坐 标 系 框 架 P I { 模 机 理 P, 型 结 构 S, 统 信 息 I . 何 一 类 不 确
S一 建 模 系 }任
定 规 划 都 可 以在 其 中表 示 出来 . 如 , 面“ 模 机 理 P一 机 会 约 束 规 划 ” 示 机 会 约 束 规 划 ; 面 “ 型
例 平 建 表 平 模
结 构 S 目标 规 划 ” 示 目标 规 划 ; 面 “
一 表 平 系统 信 息 I一模 糊 ” 示 模 糊 规 划 ; “ 建 模 机 理 P, 型结 构
表 点 ( 模
S, 统 信 息 I : ( 会 约 束 规 划 ,
系 ) 机 目标 规 划 , 糊 ) 表 示 模 糊 机 会 约 束 目标 规 划 .
模 ”
求 解 不 确 定 规 划 优 化 问题 的 基 本 算 法 是 混 合 智 能 算 法 , 基 本 思 路 是 将 遗 传 算 法
其 “ 川, 算 机
计
模 拟L 以 及神 经 网 络 【
8 6 机 地 结 合 一 体 . , 先 利 用 双 重 随机 模 拟 产 生 双 重 随 机 函数 的训 练 样 本 ,
有 即 首 然
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黄 冈 师 范 学 院 学 报 第 24卷
后 利 用 这 些 数 据 训 练 神 经 元 网 络 以 逼 近 双 重 随 机 函数 , 后 把 训 练 好 的 神 经 元 网络 嵌 人 到 遗 传 算 法 中 ,
最
从而形 成更有效 、 强大 的混合智 能算法. 解不确定 规划模 型的混合智 能算法的大体 流程如下 :
更 求
系统信 息()
I
建模机m( )
p
多
模型 结构 ( )
S
图 2 不 确 定 规 划 图
首 先 , 人 群 体 规 模 p p s e 交 叉 概 率 、 异 概 率 、 代 次 数 等 参 数 ; 着 , 始 产 生 p p sz
输 o —i 、
z 变 迭 接 初 o —ie个 染 色
体 , 中 可 能 采 用 训 练 好 的 神 经 元 网络 检 验 染 色 体 的 可 行 性 ; 后 , 染 色 体 进 行 交 叉 操 作 以 及 变 异 操
其 然 对
作 , 中 又 可 能 采 用 神 经 元 网 络 检 验 后 代 的 可 行 性 ;采 用 训 练 好 的 神 经 元 网 络 模 拟 计 算 所 有 染 色 体 的
其
目标 值 ;根 据 目标 值 计 算 每 个 染 色 体 的 适 应 度 ; 转 赌 轮 , 择 染 色 体 ;重 复 选 择 、 叉 、 异 操 作 ,
旋 选 交 变 直
到给 定 的 次 数 ;最后 , 出 最 好 的 染 色 体 作 为 优 化 问题 的 最 优 解 .
输
不 确 定 规 划 理 论 与方 法 在 智 能 决 策 、 确 定 信 息 管 理 等 应 用 领 域 可 以大 显 身 手 .目前 已被 应 用 到 诸
不
多 领 域 , 如 , 库 调 度 、 产 过 程 [ 存 储 系 统 [ 、 金 预 算 D .] 网 络 优 化 L 车 辆 调 度 L 系 统
例 水 。 生 2 、 1 资 3 s、
1 4 、 4 、
可 靠 性 口 引、 业 排 序 [ 引、 备 选 址 问 题 [3 . 些 课 题 的 研 究 一 方 面 反 映 了不 确 定 规 划 在 实 际应
作 5 设 7等 这
3
用 中行 之 有 效 , 一 方 面 也 衬 托 出 不 确 定 规 划 的 研 究 背 景 , 不 确 定 规 划 的 研究 提 供 了动 力 源 泉 .
另 为
4 不 确 定 理 论 研 究 的 新 课 题
不 确 定 理 论 是 在 概 率 论 、 糊 数 学 、 糙 集 理 论 分 支 基 础 之 上 发 展 而 形 成 的新 型 交 叉 综 合 学 科 .
模 粗 不
确 定 理 论 的 研 究 目的 是 建 立 研 究 不 确 定 性 的 一 套 公 理 化 的数 学 系统 ,为处 理 现 实 世 界 中 的 不 确 定 信 息
( 括 随 机 信 息 、 糊 信 息 、 糙 信 息 、 糊 随 机 信 息 等 ) 供 严 谨 的数 学 工 具 . 别 是 面 向不 确 定 环 境 中
包 模 粗 模 提 特
的 优 化 问 题 提 供 理 论 依 据 和 方 法 指 导. 确 定 理 论 的 研 究 内容 涵 盖 了概 率 论 、 能 性 理 论 、 糙 集 论 ,
不 可 粗 并
且 提 供 了 在 这 些 分 支 学 科 的交 叉 领 域 进 行 研究 的 公 共 平 台 .
不 确 定 理 论 是 研 究 各 种 不 确 定 现 象 量 化 特 性 的 数 学 理 论 . 方 面 的 研究 既 有 理 论 意 义 又 有 实 践 意
这
义 . 确 定 理 论 的 研 究 已经 取 得 比较 丰 硕 的 成 果 和 实 质 性 的 进 展 .当 然 , 为 一 个 与 时 俱 进 的 新 型 学 科
不 作
发 展 方 向 , 领 域 中 仍 然 存 在 着 许 多 尚 待 探 索 的 课 题 . 着 研 究 的 不 断 深 入 , 多 悬 而 未 决 问 题 将 迎 刃
此 随 很
而 解 , 的 问题 也 会 不 断 涌 现 . 正 是 不 确 定 理 论 的 活 力 和 魅 力 之 所 在.
新 这
从 不确 定 理 论 内 容 的 延 伸 来 讲 , 要 更 深 入 的 数 学 理 论 分 析 . 们 已 经 在 上 下 界 估 计 、 种 确 定 或
需 我 各
清 晰 的 等 价 类 等 课 题 方 面 开 展 了广 泛 的 研 究 工 作 , 时 也 取 得 了一 批 成 果 . 是 , 不 确 定 理 论 的 纵 向
同 但 从
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第 3期 彭 锦 . : 确 定 理 论 及 其 公 理 化 体 系
等 不 ・
7・
发 展 来 说 , 些 工 作 刚刚 起 步 , 待深 化.
有 尚 比如 , 立 不 确 定 变 量 序 列 的 收 敛 性 、 种 形 式 的 强 ( )
独 各 弱 大
数 定 律 、 立 不 确 定 变 量 和 的 极 限 、 心 极 限 定 理 、 会 分 布 的 分 解 定 理 、 件 期 望 、 件 机 会 、 理 论
独 中 机 条 条 鞅
等 . 外 , 双 重 不 确 定 理 论 走 向 更 复 杂 的 多 重 不 确 定 理 论 的 道 路 上 还 有 许 多 探 索 性 的工 作 需 要 完 成 .
此 由
从 不 确 定 规 划 模 型 的 扩 充 来 讲 , 们 以 往 较 多 讨 论 了 不 确 定 环境 下 的单 目标 规 划 、 目标 规 划 以 及
我 多
目标 规 划 ,当然 还 可 以 进 一 步 研 究 不 确 定 环 境 下 的 动 态 规 划 和 多 层 规 划 . 另 外 一 个 侧 面 来 看 , 求 不
从 寻
确 定规 划 的 最 优 性 条 件 或 建 立 对 偶 理 论 以 及 进 行 灵 敏 度 分 析 , 是 具 有 诱 惑 力 的课 题 .
都
从 不 确 定 规 划 计 算 的 效 率 来 讲 , 要 设 计 更 有 效 的基 于 启 发 式算 法 的求 解 算 法 . 管 我 们 设 计 的基
需 尽
于各 种 模 拟 的遗 传 算 法 、 神 经 元 网络 嵌 入 遗 传 算 法 的 混 合 智 能 算 法 成 功 地 求 解 了一 系 列 不 确 定 规 划
将
模 型 , 为 适 应 求 解 更 大 规 模 的 问 题 之 需 要 , 必 要 在 算 法设 计 方 面 作 进 一 步 的 改 善 或 进 行 新 的 尝 试 .
但 有
算法的优化是 永无止境 的.
从 不 确 定 理 论 的应 用 角 度 看 , 了前 面 已经 提 及 到 的应 用 领 域 之 外 , 以 进 一 步考 虑 不 确 定 规 划 在
除 可
金 融 工 程 、 险 管 理 、 场 预 测 、 队 系统 、 境 保 护 、 量 控 制 等 领 域 的 应 用 .
风 市 排 环 质
5 结 束 语
纵 观 科 学 的 众 多 分 支 无 一 不 是 遵 从 从 “ 量 系 统 ” 向 “ 量 系 统 ” 从 “ 性 系 统 ” 向 “ 线 性 系
常 走 变 、 线 走 非
统 ” 从 “ 定 系 统 ” 向 “ 确 定 系 统 ” 范 式 .人 们 认 识 信 息 、 握 信 息 的 规 律 往 往 是 从 确 定 到 不 确 定 ,
、 确 走 不 的 把
又 从 不 确 定 到 确 定 , 环 往 复 , 断 上 升 . 确 定 性 意 味 着 机 遇 , 确 定性 意 味着 挑 战 . 以 预见 ,
循 不 不 不 可 由确 定
性转向不确定 、由单 重 不 确 定 性 转 向 多 重 不 确 定 性 的研 究 必 将 成 为 学术 热 点 .
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・ 8・
黄 冈 师 范 学 院 学 报
第 24卷
E 2 Li B
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[ 3] L uB
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wadfzyo t ai t u h mai l mbg i J .F zyOp i ai n c o kn ,
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0 2. ( ) 4 3
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s d l t I o —
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i c s E
J ur a fOp r to a s a c 1 9 1 1 1 1 3 2 3
o n lo e a in lRe e r h, 9 7・ 0 ( ): 9 ~ 0 .
[ o L uB.1 muaK.C a c o srie r ga
4 - i wa r
] h n ec n tan dp o rmmig wi u z aa tr[ ]
n t fzyp r mees J .Fuz esa dS se ,9 8
h zyS t n y tms 1 9 ・
9 2 : 2 ~ 2 7
4( ) 2 7 3.
[ I Lu B.1 mu aK.A n t nc a c o srie rg a
4] i wa r oeo h n ec n tan dp o rmmigwi u z o fce t [] uz esa dS s
n t fzy cef i s J .F zyS t n y —
h i n
tr s 1 9 1 0( - ): 2 ~ 2 3
e , 9 8, 0 1 3 2 9
n 3.
[ 2 Li B.1 m ur . Topol gi a o t miato od l or c m munia i n ne wor wih m u tpl r la iiy go l
4] u wa aK o c l p i z in m e sf o c to t k t l i e e ib l a s
t
[] C m ues&Mahma c w t p lai s 20 ,9 5~6 .
J. o p tr te t s i A pi t n ,0 0 3 :9 9
i h c o
[ 3 L uB, wa r
4 ] i 1 muaK.F zyp o rmmigwi uz e io sa d fzysmuain b sd g n t lo i m[ ]
u z r g a n t f zy d c in n u z i lt — ae e ei ag r h J ・
h s o c t
Fu z e sa d Sy t ms. 0 1 1 2 2 25 ~ 2 2
z y S t n s e 2 0 ・ 2 ( ): 3 6.
[ 4 L u B.L i K.S o h si p o rmmig mo esfrv hcer uig p o lms J .Asa no main S in e
4 ] i a K
tc at rg a
c n d l o e i o t r be [ ]
l n in Ifr t — c c—
o e
Lie. 0 2, ( ) 1 ~ 2 .
f 2 0 1 1 : 3 8
[ 5 Li B.L u Y K.E P ce au ffzy v r bea d fzy e p ce au d l[ ] E E T a s cin n
4- ] u i x etdv leo u z a i l n u z x etd v lemo es J .I E rn a t so
a o
Fu z y t ms,2 0 , 0 4) 4 5 4 O
z y S se 0 2 1 ( :4 ~ 5 .
[ 6 Li Y Li B u z a d m a ibe : clr x e tdv le J .F zyOpi z t na dDeiinMa ig,
4] u K, u .F zyrn o v r ls A saa p ce au E] u z t ai n c o kn
a e mi o s
2 0 2( ): 4 ~ 1 0
0 3, 2 1 3 6.
[ 7 Li Y K,Lu B
4] u
i .Ex e tdv leo e ao frn o u z aibea drn o fzye p ce au d l[ ]
P ce au p rtro a d m fzyv r l n a d m u z x etdv lemo es J .
a
I t r a in 1 o r a o c ran y u zn s
ne n t a J u n l f
o Un e t i t ,F zi e s& Kn wld e B s d S r e , 0 3 1 ( ) 1 5 2 5
o e g — a e y t ms 2 0 , 1 2 : 9 ~ 1 -
s
[ 8 Li Y
4-] u K,Lu B
i .Ra d m fz yp o rmmigwi h n eme s rsd f e yfzyitg as J .Mah maia
n o u z r g a n t c a c a u e ei db u z ne rl[ ]
h n te t l
c
a d Co u e o el g, 0 2, 6 4 5 : O ~ 5 4
n mp t rM d li 2 0 3 ( — ) 5 9
n 2 .
[ 9 Lu Y K.Lu B
4] i
i .A 1s ffzyr n o o t zt n: x e td vlemo es J 'I fr t nS i cs 2 0 ,
c so u z a d m p i ai E p ce au d l[ ] n omai ce e ,0 3
a mi o o n
】 5( — ): 9 l 2
5 12 8 ~ O .